Hepimizin Merak Ettiği Kuantum Bilgisayarın Ezberleri Bozan Özellikleri

Kuantum hesaplama klasik hesaplamadan büyük ölçüde farklıdır. Wilfrid Laurier Üniversitesi’nden kuantum fizikçisi Shohini Ghose, kuantum ve klasik hesaplama arasındaki farkı ampul ve muma benzetmiştir: 

‘Ampul sadece daha iyi bir mum değildir; tamamen farklı bir şeydir.’

Modellemek için kullanıldığı kuantum sistemlerinden bazıları fotosentez, süper iletkenlik ve karmaşık moleküler oluşumları içerir. Kuantum hesaplamayı ve nasıl çalıştığını anlamak için öncelikle kübitleri, süperpozisyonu, dolaşıklığı ve kuantum girişimini anlamanız gerekir.

Kübitler süperpozisyonu deneyimledikçe, doğal olarak kuantum girişimini de deneyimleyebilirler. Bu girişim, kübitlerin çökme olasılığıdır. Girişim olasılığı nedeniyle, kuantum bilgisayarlar bunu azaltmak ve doğru sonuçlar elde etmek için çalışır.

Kuantum bitleri veya kübitler, kuantum hesaplamadaki temel bilgi birimidir.  Qubitler aynı anda birden fazla durumda olmak için süperpozisyonu kullanır. İkili bitler yalnızca 0 veya 1’i temsil edebilir. Kübitler 0 veya 1 olabileceği gibi her iki durumun süperpozisyonunda 0 ve 1’in herhangi bir parçası da olabilir.

Bu sorunun cevabı, kuantum sistemlerinin mimarisine bağlıdır, çünkü bazılarının düzgün çalışması için aşırı soğukluklar veya sıcaklıklar gerekir. Kübitler tuzaklanmış iyonlardan, fotonlardan, yapay veya gerçek atomlardan veya kuasipartiküllerden yapılabilirken ikili bitler genellikle silikon bazlı çiplerdir.

Basitçe söylemek gerekirse kuantum süperpozisyonu, kuantum parçacıklarının tüm olası durumların bir kombinasyonu olduğu bir moddur. Waterloo Üniversitesi Kuantum Hesaplama Enstitüsü bilimsel sosyal yardım yöneticisi John Donohue, süperpozisyonla ilgili daha ilginç gerçeğin kuantum durumlarına birden fazla şekilde bakma ve ona farklı sorular sorma yeteneği olduğunu söyledi. Yani, geleneksel bir bilgisayar gibi görevleri sırayla yerine getirmek yerine, kuantum bilgisayarlar çok sayıda paralel hesaplama yapabilir.

Bu algoritmalar bir kullanıcı tarafından girilir, bilgisayar daha sonra kalıpların ve bireysel veri noktalarının bulunduğu çok boyutlu bir alan yaratır. Örneğin, bir kullanıcı, kullanılacak en az enerji miktarını keşfetmek için bir protein katlama problemini çözmek isterse, kuantum bilgisayarı katlama kombinasyonlarını ölçecektir; bu kombinasyon sorunun cevabıdır.

Kuantum parçacıkları birbirlerinin ölçümlerine karşılık verebilirler ve bu duruma dolanıklık denir. Dolanıklık sırasında, bir kübitten alınan ölçümler diğer birimler hakkında sonuçlara ulaşmak için kullanılabilir. Dolanıklık, kuantum bilgisayarların daha büyük problemleri çözmesine, daha büyük veri ve bilgi depolarını hesaplamasına yardımcı olur.

Kuantum hesaplama, geleneksel bilgisayarlar için çok büyük veya karmaşık sorunları çözmek için kuantum mekaniği yasalarını kullanan bir süreçtir. Kuantum bilgisayarlar, çok boyutlu kuantum algoritmalarını çalıştırmak ve çözmek için kübitlere güvenir.

Kuantum bilgisayarlar bilgiyi klasik bilgisayarlardan farklı bir şekilde işler. Geleneksel bilgisayarlar ikili bitlerle çalışır ancak kuantum bilgisayarlar bilgiyi kübitler aracılığıyla iletir.

Yani onu kullanmak da buna sebep olabilir. Küçük titreşimler ve sıcaklık değişimleri bile kübitlerin bozulmasına neden olur. Bu nedenle kuantum bilgisayarlar yalıtılmış halde tutulur ve süper iletken devreler üzerinde çalışanlar – Google ve IBM tarafından tercih edilen yöntem – mutlak sıfıra yakın bir sıcaklıkta tutulmalıdır.

Örneğin, piyasada GitHub üzerinden çevrimiçi olarak erişilebilen çeşitli açık kaynaklı kuantum araç setleri de bulunmaktadır. Gerçek bir kuantum bilgisayarın fiziksel yapısı temel olarak üç bölümden oluşur. İlk kısım, programlamayı çalıştıran ve kübitlere talimatlar gönderen geleneksel bir bilgisayar ve altyapıdır. İkinci kısım, sinyalleri bilgisayardan kübitlere aktaran kısımdır. Son olarak, kübitler için bir depolama birimine ihtiyaç vardır. Kübitler için bu depolama birimi kübitleri stabilize edilmeli ve belirli ihtiyaçlar karşılanmalıdır.