Kuantum Bilişim (Quantum Computing) Nedir?

Kuantum Bilişim veya İngilizcedeki kullanımıyla Quantum Computing, son birkaç yıldır çalışmaları yapılan bir teknoloji. Kişisel ve kurumsal fayda açısından önemli avantajlar getirmesi beklenen bu yeni teknolojinin anlamını ve sunacaklarını bu yazımızda paylaşıyoruz.

Günümüzde hazırlık ve ilk uygulama çalışmaları yapılan Kuantum Bilişim, geleceği şekillendirecek teknolojilerden biri olarak gösteriliyor. Bugünkü süper bilgisayarlarda çözülmesi imkânsız olan bazı sorunları çözebilecek potansiyele sahip olan Kuantum Bilişim’i anlamak için somut bazı örnekler vereceğiz fakat öncesinde, kavramsal bir giriş yapmakta fayda var.

Klasik fiziğin deneyimlerimizi ve sezgilerimizi, son olarak da bilgileri işleyiş biçimimizi tanımladığı bir dünyada yaşıyoruz. Ancak atom düzeyinde doğayı, kuantum mekaniği olarak bildiğimiz farklı kurallar yönetiyor. Kuantum mekaniğin rolü olan ve doğada bulunan sorunların çözüme ulaşması için (örneğin, moleküllerin davranışının anlaşılması) günümüzdeki klasik bilgisayarlar yetersiz kalıyor.

Bunun üstesinden gelmek için Richard Feynman 1981 yılında, kuantum mekaniği kurallarına göre bilgisayarlar üretmeyi önerdi. 30 yılı aşkın bir süre sonra IBM bunun gerçek olmasına yardımcı oluyor.

Kuantum Bilişim nedir?

Kuantum bilişim, bugünün bilgisayarlarından önemli ölçüde farklı çalışıyor. Klasik bilgisayar, her bitin sıfır ya da 1’i temsil ettiği, bitleri kullanarak bilgileri işler. Öte yandan bir kübit, 1, 0 ya da aynı anda her ikisini de temsil edebilir. Buna da “superposition” (üstdüşüm) adı verilir. Diğer kuantum etkilerinin yanı sıra bu özellik, kuantum bilgisayarlarının bazı hesaplamaları normal bilgisayarlara göre çok daha hızlı bir biçimde yapabilmesini sağlar.

Akademi ve sektörel çevrede yapılan kuantum bilişim araştırmalarının birçoğu, evrensel bir kuantum bilgisayarı oluşturulmasına odaklıdır. Karşılaşılan önemli engellerden bazıları yüksek kaliteli kübitler oluşturulması ve bunların ölçeklenebilir bir biçimde bir araya getirilmesidir; böylece, karmaşık hesaplamalar denetlenebilir bir biçimde gerçekleştirilebilir.

Çalışmalarda önemli yol kat edildi

IBM, standart silikon fabrikasyon teknikleriyle tasarlanabilen ve üretilebilen, silikon bir çipte süper iletken metallerle yapılan süper iletken kübitleri kullanıyor. Geçen yıl IBM’deki bilim insanları, kafesli düzende ve kuantum devre tasarımları daha büyük boyutlara ulaşabilen tek fiziksel mimari olan süper iletken kübitleri bir araya getirerek kuantum hatalarını saptamak amacıyla çığır açan başarılara imza attı.

IBM’deki bilim insanları kafesli mimaride beş kübiti bir araya getirerek daha ileri düzeyde bir gelişme kaydetti. Bu da birçok kuantum hatası düzeltme iletişim kuralının temeli olan parite ölçümü olarak bilinen temel işlemi gösteriyor. Evrensel kuantum bilişime doğru giden bu yol, kuantum hatalarının düzeltilmesi başarısına bağlı ve IBM ekibi, bu zorlu yolda başka bir önemli adım daha atmış durumda.

Kuantum bilişimde yeni sınırlar

Son yıllarda kuantum bilişim alanında büyük bir ilerleme oldu. IBM Quantum Experience erişimi kullanıcılara sunularak işletmelerin ve kuruluşların teknolojinin potansiyelini anlamaları sağlandı. Üniversiteler için bu, kuantum bilişim ve ilgili konularda eğitim programlarının artırılması, öğrenciler için de gelecek vadeden yeni kariyer yollarının farkına varmaları anlamına geliyor.

Bulutla etkinleştirilen kuantum bilişim platformu IBM Quantum Experience, kullanıcıların IBM’in kuantum işlemcisinde deneyler yapmasını ve algoritmalar çalıştırmasını, ayrı ayrı kuantum parçalarıyla (qubit; kübit) çalışmasını, kuantum bilişimle nelerin mümkün olabileceğiyle ilgili eğitici malzemeler ve simülasyonları keşfetmesini sağlayacak.

Beş süper iletken özellikli kübitten oluşan kuantum işlemci, New York’taki IBM T.J. Watson Research Center’da bulunuyor. Beş parçadan oluşan bu işlemci, daha büyük kuantum sistemlerine ölçeklenebilen, IBM’in kuantum mimarisindeki en son gelişmeyi temsil ediyor. Ayrıca, evrensel kuantum bilgisayar oluşturmaya yönelik atılacak adımların da ilki olma özelliğini taşıyor.

Kuantum bilgisayarlar ne sağlayacak?

Evrensel kuantum bilgisayar, herhangi bir bilişim işlemini gerçekleştirmek üzere programlanabilir bir bilgisayar olma özelliğinin yanı sıra bilim ve iş amaçlı birçok önemli uygulama için klasik bilgisayarlardan çok daha hızlı olacak.

Hali hazırda kullanımda olmayan kuantum bilgisayarı ile ilgili olarak IBM, önümüzdeki 10 yıl içerisinde 50-100 kübitten oluşan orta ölçekli kuantum işlemcilerinin yapılabileceğini öngörüyor. Yalnızca 50 kübitlik bir kuantum bilgisayarın hızına günümüzdeki en iyi 500 süper bilgisayarın yaklaşamayacağı göz önünde bulundurulunca, teknolojinin olağanüstü potansiyeli ortaya çıkıyor.

Kuantum bilgisayarla ilgilenen bilim insanları ve teorisyenlerin oluşturduğu topluluk, bu güçten yararlanmaya çalışıyor. Optimizasyon ve kimya alanındaki uygulamalar kuantum alanındaki hızlı gelişimin ilk görüldüğü alanlar olarak ön plana çıkıyor.

Moore Yasası’nın enerjisinin tükenmesiyle birlikte kuantum bilişim, sektörler genelinde yeni bir inovasyon çağını başlatabilecek teknolojilerin arasında olacak. Bilişim alanındaki bu ilerleme, yeni farmasötik ilaçların keşfedilmesini sağlayacak ve bulut bilişim sistemlerini bütünüyle koruyabilecek. Diğer yandan da gelecekte daha güçlü Watson teknolojileri gibi yapay zekânın yeni yüzlerini ortaya çıkarabilecek, sektörlerde dönüşüm yaratacak yeni malzeme bilimini geliştirecek ve büyük hacimlerdeki büyük veride arama yapabilecek.