Yarı iletken ve bilgisayar teknolojilerindeki yeniliklerle her geçen gün daha güçlü bilgisayarlar geliştirilmeye devam etse de birçok problemin bu bilgisayarlarla çözülebilmesi için hala binlerce yıl gerekiyor. Kuantum fiziği özellikleri ile geliştirilen kuantum bilgisayarların bu problemlerin çözümünde yeni bir sayfa açması bekleniyor.
Klasik bilgisayarlarda bit değerleri sadece “0” veya “1” olabilirken, kuantum fiziğinin özellikleri ile kuantum bilgisayarlarda bit değerleri belli olasılıklarla “0”, belli olasılıklarla da “1” olabiliyor. Bu sayede aynı anda birden fazla hesaplama işlemini yapabilme avantajı kuantum bilgisayarları klasik bilgisayarlardan çok daha üstün kılıyor. Bu avantaj ile büyük veri analizlerinde, yapay zeka uygulamalarında, şifre çözümlemelerinde, optimizasyon problemlerinde, malzeme bilimlerinde, biyoteknoloji uygulamalarında kuantum bilgisayarların üstünlük sağlaması bekleniyor.
Kuantum bilgisayar geliştirme çalışmaları 1990’larda başlamış olsa da genel problemleri çözebilecek Evrensel kuantum bilgisayarlar için önümüzde daha uzun zaman var. Kuantum bilgisayarların ilk örneklerinde atom altı parçacıklar – elektronlar, fotonlar, iyonlar – kullanılıyor. Bu parçacıkların herhangi bir direnç olmadan elektrik akımını iletebilmeleri ve süper iletken hale getirilmeleri için mutlak sıfır olarak tanımlanan -273°C dereceye kadar soğutulmaları gerekiyor. Bu soğutma ve kontrol bloklarının büyüklükleri sebebi ile geliştirilmekte olan kuantum bilgisayarlar devasa büyüklüklere ulaşıyor.
Temel olarak 2 kategoride geliştirilen kuantum bilgisayarlar uygulama alanlarına göre özelleşiyor. Özellikle optimizasyon problemlerinin çözümünde kullanılan Analog (tavlama) Kuantum Bilgisayarlar 5000 kübite ulaştı. Finanstan savunmaya birçok uygulamada kullanılsa da analog kuantum bilgisayarların kullanım alanı sınırlı kalıyor.
Uygulama alanları daha geniş olan ve Evrensel bilgisayarlara daha yakın sayısal (kuantum kapısı tabanlı) kuantum bilgisayarlar henüz 50-60 kübit kapasitesine ulaşabildi. Bu teknolojide bir yandan kübit sayıları arttırılmaya çalışılırken diğer yandan da gürültü problemleri ile uğraşılması gerekiyor. Mevcut şifreleme algoritmalarını (AES, RSA gibi) çözmek için 100 bin kübit kapasitesi gerektiği düşünüldüğünde bu bilgisayarların yıkıcı etkisinin gözlenebilmesi için önümüzde en az 5 yıl var.
Kuantum bilgisayar teknolojisinin bu iki yöntemden hangisine evirileceğini zaman gösterecek.
Kuantum çağının arifesinde olduğumuz bu dönemde yapılan çalışmalar ve elde edilen deneyimler ile kuantum hesaplama, klasik hesaplama yöntemlerinin yerini tamamen alamayacak. Bunun yerine, kuantum bilgisayarlar klasik bilgisayarlara tamamlayıcı bir teknoloji olacak. Uygulamalarda veri bütünlüğü için ön hazırlıklar klasik bilgisayarlarda yapıldıktan sonra kuantum bilgisayarlar devreye girerek hibrit çözüm oluşacak. Hibrit çözümünün avantaj sağlayacağı öngörüsü kabulü her geçen gün yaygınlaşıyor.
Kuantum bilgisayarları ile uyumlu algoritma ve uygulamaların geliştirilmesi en az kuantum bilgisayar geliştirmek kadar önemli. Kuantum bilgisayarlar beklenen kapasitelere ulaştığında bu yetkinliğe sahip olacak ülkeler/şirketler teknoloji yarışında önemli bir üstünlük sağlayacak. ASELSAN’da kuantum bilgisayarlar için askeri ve kritik sivil alanlarda fark yaratacak algoritma ve uygulamaların geliştirilmesi çalışmaları devam ediyor. Klasik bilgisayarlar için geliştirilen mevcut algoritmaların yerine kuantum bilgisayarların hibrit kullanımına uygun algoritma ve uygulama geliştirme çalışmaları yürütülüyor.
Kuantum bilgisayarı veri üzerinde işlem yapmak için bindirme ve dolaşma gibi kuantum-mekanik fenomenin doğrudan kullanımını sağlayan teorik hesaplama sistemlerini kullanan bilgisayarlardır.
Kuantum bilgisayarların özellikleri:
Klasik bilgisayarlar bitlerden oluşan hafıza yapısına sahiptir.
Her bit 1 veya 0 değerini alabilir.
Kuantum bilgisayarları ise kübit (qubit)lerden oluşan seriler içerir.
Tek bir qubit 1, 0 veya bu ikisi arasındaki (kuantum çakışması) bir değeri alabilir.
Bir kübit (qubit) çifti 4 kuantum çakışması durumunun herhangi birinde, üç kübit (qubit)
ise 8 kuantum çakışması durumunun herhangi birinde olabilir. Genel olarak
kübit sahibi bir kuantum bilgisayarı aynı anda
çakışmanın herhangi birinde olabilir. (Normal bilgisayarlar
durumun sadece birinde olurken, bir kuantum bilgisayarı
bu durumların hepsinde ya da bir kısmında bulunabilir.) Kuantum bilgisayarları kübitleri
(qubit) belirli kuantum mantık kapıları ile düzenleyebilir. Uygulanan bu kapı serilerine
kuantum algoritması adı verilir.
Kuantum bilgisayarının olası farkı hakkında; alışıla gelmiş klasik transistörlü elektriksel
devre akımı ile işlem yapma esnasında çeşitli veri gecikme süreçleri olduğu için, bu bekleme
süreci transistör sayısı artıkça ilk elektriksel yapı bir noktadan sonra tekrar yenilenmesi gerekir
Bu yüzden işlem süreci haliyle uzamaktadır. Fiber optik bağlantılardaki gibi,
kuantum bilgisayarlarının tüm işlemi ışık hızı sınırında tamamlayabilmesi olasıdır
Klasik bilgisayarlarda bit değerleri sadece “0” veya “1” olabilirken, kuantum fiziğinin özellikleri ile kuantum bilgisayarlarda bit değerleri belli olasılıklarla “0”, belli olasılıklarla da “1” olabiliyor. Bu sayede aynı anda birden fazla hesaplama işlemini yapabilme avantajı kuantum bilgisayarları klasik bilgisayarlardan çok daha üstün kılıyor. Bu avantaj ile büyük veri analizlerinde, yapay zeka uygulamalarında, şifre çözümlemelerinde, optimizasyon problemlerinde, malzeme bilimlerinde, biyoteknoloji uygulamalarında kuantum bilgisayarların üstünlük sağlaması bekleniyor.
Kuantum bilgisayar geliştirme çalışmaları 1990’larda başlamış olsa da genel problemleri çözebilecek Evrensel kuantum bilgisayarlar için önümüzde daha uzun zaman var. Kuantum bilgisayarların ilk örneklerinde atom altı parçacıklar – elektronlar, fotonlar, iyonlar – kullanılıyor. Bu parçacıkların herhangi bir direnç olmadan elektrik akımını iletebilmeleri ve süper iletken hale getirilmeleri için mutlak sıfır olarak tanımlanan -273°C dereceye kadar soğutulmaları gerekiyor. Bu soğutma ve kontrol bloklarının büyüklükleri sebebi ile geliştirilmekte olan kuantum bilgisayarlar devasa büyüklüklere ulaşıyor.
Temel olarak 2 kategoride geliştirilen kuantum bilgisayarlar uygulama alanlarına göre özelleşiyor. Özellikle optimizasyon problemlerinin çözümünde kullanılan Analog (tavlama) Kuantum Bilgisayarlar 5000 kübite ulaştı. Finanstan savunmaya birçok uygulamada kullanılsa da analog kuantum bilgisayarların kullanım alanı sınırlı kalıyor.
Uygulama alanları daha geniş olan ve Evrensel bilgisayarlara daha yakın sayısal (kuantum kapısı tabanlı) kuantum bilgisayarlar henüz 50-60 kübit kapasitesine ulaşabildi. Bu teknolojide bir yandan kübit sayıları arttırılmaya çalışılırken diğer yandan da gürültü problemleri ile uğraşılması gerekiyor. Mevcut şifreleme algoritmalarını (AES, RSA gibi) çözmek için 100 bin kübit kapasitesi gerektiği düşünüldüğünde bu bilgisayarların yıkıcı etkisinin gözlenebilmesi için önümüzde en az 5 yıl var.
Kuantum bilgisayar teknolojisinin bu iki yöntemden hangisine evirileceğini zaman gösterecek.
Kuantum çağının arifesinde olduğumuz bu dönemde yapılan çalışmalar ve elde edilen deneyimler ile kuantum hesaplama, klasik hesaplama yöntemlerinin yerini tamamen alamayacak. Bunun yerine, kuantum bilgisayarlar klasik bilgisayarlara tamamlayıcı bir teknoloji olacak. Uygulamalarda veri bütünlüğü için ön hazırlıklar klasik bilgisayarlarda yapıldıktan sonra kuantum bilgisayarlar devreye girerek hibrit çözüm oluşacak. Hibrit çözümünün avantaj sağlayacağı öngörüsü kabulü her geçen gün yaygınlaşıyor.
Kuantum bilgisayarları ile uyumlu algoritma ve uygulamaların geliştirilmesi en az kuantum bilgisayar geliştirmek kadar önemli. Kuantum bilgisayarlar beklenen kapasitelere ulaştığında bu yetkinliğe sahip olacak ülkeler/şirketler teknoloji yarışında önemli bir üstünlük sağlayacak. ASELSAN’da kuantum bilgisayarlar için askeri ve kritik sivil alanlarda fark yaratacak algoritma ve uygulamaların geliştirilmesi çalışmaları devam ediyor. Klasik bilgisayarlar için geliştirilen mevcut algoritmaların yerine kuantum bilgisayarların hibrit kullanımına uygun algoritma ve uygulama geliştirme çalışmaları yürütülüyor.
Kuantum bilgisayarı veri üzerinde işlem yapmak için bindirme ve dolaşma gibi kuantum-mekanik fenomenin doğrudan kullanımını sağlayan teorik hesaplama sistemlerini kullanan bilgisayarlardır.
Kuantum bilgisayarların özellikleri:
Klasik bilgisayarlar bitlerden oluşan hafıza yapısına sahiptir.
Her bit 1 veya 0 değerini alabilir.
Kuantum bilgisayarları ise kübit (qubit)lerden oluşan seriler içerir.
Tek bir qubit 1, 0 veya bu ikisi arasındaki (kuantum çakışması) bir değeri alabilir.
Bir kübit (qubit) çifti 4 kuantum çakışması durumunun herhangi birinde, üç kübit (qubit)
ise 8 kuantum çakışması durumunun herhangi birinde olabilir. Genel olarak
kübit sahibi bir kuantum bilgisayarı aynı anda
çakışmanın herhangi birinde olabilir. (Normal bilgisayarlar
durumun sadece birinde olurken, bir kuantum bilgisayarı
bu durumların hepsinde ya da bir kısmında bulunabilir.) Kuantum bilgisayarları kübitleri
(qubit) belirli kuantum mantık kapıları ile düzenleyebilir. Uygulanan bu kapı serilerine
kuantum algoritması adı verilir.
Kuantum bilgisayarının olası farkı hakkında; alışıla gelmiş klasik transistörlü elektriksel
devre akımı ile işlem yapma esnasında çeşitli veri gecikme süreçleri olduğu için, bu bekleme
süreci transistör sayısı artıkça ilk elektriksel yapı bir noktadan sonra tekrar yenilenmesi gerekir
Bu yüzden işlem süreci haliyle uzamaktadır. Fiber optik bağlantılardaki gibi,
kuantum bilgisayarlarının tüm işlemi ışık hızı sınırında tamamlayabilmesi olasıdır
