Günümüzde, bilim ve mühendislik camiası kuantum bilgisayar modelleri üzerinde çalışarak; bilgisayım kapasitemize farklı bir alternatif veya daha iyi modeller sunmak için adeta soğuk terlerin döküldüğü bir savaş veriyorlar. Bu savaş 21. yüzyılın başlarından, günümüze kadar o kadar şiddetli bir hal almış durumda ki: hızlı bir dönüşümle, ticari anlamda da kuantum bilgisayar girişimleri açısından küresel bir rekabet ortamı oluşmuş durumda. Ortada böylesine ilgi uyandıran, sınırları keşfedilmek istenilen ve belirli spesifik konularda potansiyeller taşıyan kuantum bilgisayar gibi bir teknoloji bulunuyorsa rekabet ortamında da rol alan birçok faktörün oluşmaması işten bile değil: devletlerin araştırma merkezleri, üniversite veya enstitülerin laboratuvarları, devasa bütçeli teknoloji şirketlerinin laboratuvarları, daha erken safha bağımsız girişimler gibi…

Peki neden böyle bir ihtiyaç var? Ticari anlamda rekabet içinde olan ve bu amaçla çalışan girişimler hangileridir? sorularının cevaplarını aşağıdaki yazılarımızda bulabilirsiniz.

Kuantum bilgisayarlar geliştirmek neden önemlidir? Bu yazımızdan keşfedebilirsiniz.
Güncel kuantum bilgisayar girişimlerini bu yazımızdan keşfedebilirsiniz.

Kuantum Bilgisayar Modelleri

Kuantum bilgisayar denildiğinde çoğumuzun aklına gelecekten fırlamış veya uzaylı teknolojisi gibi görünen karmaşık, süslü cihazlar geliyor olabilir. Ancak teori ve uygulamada; bilgisayım kapasitesi ve fiziksel teknik altyapı olarak birbirinden çok farklı kuantum bilgisayar modelleri bulunmaktadır. Böyle cihazların oluşturulması bir takım önemli teknik zorluklara sahiptir. Hesaplama ve ölçüm sırasında, parçacıklar kararsızlaşma eğiliminde olduğundan, dışarıdan en küçük müdahale bilgisayarın operasyonlarında hatalar oluşmasına sebebiyet verebilir.

Amerikalı teorik fizikçi David DiVincenzo‘ya göre geniş ölçekli bir kuantum bilgisayar inşa edebilmek için olmazsa olmaz gereklilikler bulunmaktadır:

  • Kübit sayısını artırmak için fiziksel olarak ölçeklenebilirlik
  • Rastgele değerlere başlatılabilen kübitler oluşturabilmek
  • Eşevresizlik (decoherence) zamanından daha hızlı olan kuantum kapıları tasarlamak
  • Evrensel kuantum kapıları oluşturabilmek
  • Kolayca okunabilen kübitler

Hesaplama noktasındaki farklılıklar ve bu gereklilikler hem teorik olarak hem de uygulama olarak farklı kuantum bilgisayarlar modellerinin ortaya çıkmasına sebebiyet vermiştir.

Pratik önemi olan dört ana model şunlardır:

  • Kuantum kapı dizisi (Quantum gate array): Birkaç kübit kuantum geçidi dizisine ayrışan hesaplama modelidir. Yaygın olarak kuantum devre (Quantum circuit model) modeli olarak tanınmaktadır.
  • Tek yönlü kuantum bilgisayar modeli (One-way quantum computer): Yüksek derecede karışmış başlangıç durumuna veya küme durumuna uygulanan tek-kubit ölçümleri dizisine ayrıştırılmış hesaplama modelidir. Ölçüm tabanlı kuantum bilgisayarı (measurement based quantum computer) olarak da bilinmektedir.
  • Adyabatik kuantum bilgisayar modeli (Adiabatic quantum computation): Kuantum tavlamaya (Quantum annealing) dayanan bir kuantum bilgisayarı modelidir.
  • Topolojik kuantum bilgisayar modeli (Topological quantum computer): Üç boyutlu bir uzayda örgüler oluşturmak için birbirlerinden geçen iki boyutlu kuasipartikülleri kullanan teorik bir kuantum bilgisayar modelidir.

Teorik olarak mümkün olan ancak fiziksel anlamda uygulanması çok zor olan bir başka önemli model daha bulunmaktadır:

  • Kuantum Turing makinesi (Quantum Turing machine) veya (evrensel kuantum bilgisayarı (universal quantum computer), en güçlü, en genel ve gerçekleştirmesi en zor olan modeldir. Bir kuantum bilgisayarın etkilerini modellemek için kullanılan soyut bir makinedir. Kuantum hesaplamanın tüm gücünden faydalanmayı sağlayabilecek bir model sağlar. Kuantum Turing makineleri, geçiş matrislerine dayanan bir çerçevede klasik ve olasılıklı Turing makineleri ile ilişkilendirilebilirler.

İnfografik İncelemesi

IBM Research ekibinden bilim insanları ve mühendislere göre, bu ve benzeri bütün faktörler göz önüne alındığında ve modeller değerlendirildiğinde mümkün olduğu düşünülen üç tür kuantum bilgisayarı ön plana çıkmaktadır.

Dilerseniz infografikte sunulan modellere bir göz atalım:

Kuantum Tavlayıcı

Bu model kuantum bilgisayar modellerinin en az güçlü, en kısıtlı ve oluşturması en kolay olanıdır. Yalnızca belirli bir işlevi gerçekleştirebilir. Bilimsel dünyasının bu model için ortak fikri; bu modelin, geleneksel bilgisayarlara göre bilinen bir avantajı olmadığıdır.

Uygulama Alanı

  • Optimizasyon problemleri

Genellik

  • Kısıtlı

Bilgisayım Gücü

  • Geleneksel bilgisayarlar ile aynı

Analog Kuantum Bilgisayar

Analog kuantum bilgisayarı, bilinen herhangi bir geleneksel makine veya bu makinelerin kombinasyonları için uygulanamaz karmaşık kuantum etkileşimlerini simüle edebilme kapasitesine sahiptir. Analog kuantum bilgisayarların 50 ila 100 kübit arasında bir yerde olacağı tahmin edilmektedir. 2019 yılında IBM, 53 kübitlik bir sistem tasarlamayı başarmıştır. Spesifik problemler için kuantum hesaplamanın farkının hissedilebileceği en olası kuantum hesaplama biçimi olma potansiyeli taşır.

İnfografiğe göre geliştirmelerinin zorluğu orta

Uygulama Alanları

  • Kuantum kimyası
  • Malzeme bilimi
  • Optimizasyon problemleri
  • Örnekleme (Sampling)
  • Kuantum dinamikleri

Genellik

  • Kısmi

Bilgisayım Gücü

  • Yüksek

Evrensel Kuantum Bilgisayar

Evrensel kuantum bilgisayarı, en güçlü, en genel ve en zor olan kuantum bilgisayar modelidir. Geliştirilmesi şu an için teknik olarak mümkün görünmemektedir. Mevcut tahminler, bu makinenin 100.000’den fazla fiziksel kübit içereceğini göstermektedir.

Evrensel kuantum bilgisayar, kuantum bitleri için kübit sayısıyla üstel olarak katlanarak ölçeklenen durumlar oluşturmak üzere süperpozisyon ve dolaşıklığın kuantum mekanik özelliklerinden yararlanır. Geleneksel bilgisayarların ötesinde üstel olarak çalışabilen çok daha hızlı bilgisayım modeline sahiptir. Geliştirilmesi bilim dünyası, teknoloji dünyası ve iş dünyasına birçok katkı sunabilir.

Uygulama Alanları

  • Güvenli bilgisayım
  • Makine öğrenimi
  • Kriptografi
  • Kuantum kimyası
  • Optimizasyon problemleri
  • Örnekleme (Sampling)
  • Kuantum dinamikleri
  • Kuantum arama algoritmaları

Genellik

  • Genel

Bilgisayım Gücü

  • Çok yüksek

Genellikle herkes kuantum bilgisayarların kübit sayısına odaklanmaktadır. Ancak kuantum bilgisayarlar için en önemli faktör bu değildir. Hata oranı ve eşevresizlik (decoherence) süresi de önemli faktörlerdir.

Şirketler ve Çalıştıkları Modeller

Yukarıdaki görselde de görüldüğü üzere kuantum bilgisayar geliştirme üzerine çalışan şirketler farklı modelleri temel alıp, farklı mimarilerle çalışmaktadırlar.

Bu içeriği paylaş
QTurkey
QTurkey, Türkiye’deki kuantum teknolojileriyle ilgili faaliyetler için bir iletişim ve işbirliği ağıdır. “Kuantum Programlamaya Giriş” çalıştayları düzenliyor, ilgili konulardaki ilgili öğrenciler için çalışma grupları ve toplantılar organize ediyoruz ve ülke düzeyinde kuantum meraklıları için bir buluşma alanı oluşturabilme amacıyla hareket ediyoruz.

Bunları da beğenebilirsiniz

Yorum bırakın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Daha Fazla Kuantum Bilişim