Kuantum bilgisayar nasıl çalışır? sorusuna verilecek cevabın, oldukça karmaşık olacağını düşünüyorsanız, size katıldığımı söylemeliyim. Konu oldukça karmaşık olmasına rağmen, basite indirgeyerek anlatmaya çalışacağım.

      Günümüzde bilgisayarlarda işlemler sıraya konularak gerçekleştirilir. Bu konuda yapılan yeni teknolojiler ile aynı anda farklı işlemlerin yapılması için ek çekirdek ve işlemci takviyesi ile kapasitelerinin artırılması sağlanmıştır. Bu durum Kuantum bilgisayarda farklılık gösterir. Kuantum bilgisayarda işlemler, sıraya konulmak yerine aynı anda yapılmaktadır. Bir örnek vererek bu teknolojiyi daha anlaşılır hale getirelim. İçinde sadece bir tane kapının dışarı açıldığı, yüzlerce kapının olduğu bir odada olduğunuzu düşünün. Dışarı çıkmak için klasik bilgisayar kullanıldığında, dışarı açılan kapının bulunması için bütün kapıların sıra ile denenmesi gerekir. Bu işlem, Kuantum bilgisayarda aynı anda bütün kapıların denenmesi şeklinde yapılır. Bu sayede Kuantum bilgisayarda işlem çok kısa sürede bitirilebilir.

Bilgisayar Nasıl Çalışıyor?

      Günümüzde bilgisayarların verilen komutları işleyip, cevap döndüğü yer, merkezi işlemci birimidir. Bilgisayarda yapılan bütün işlemler en sonunda “0” ve “1” lere dönüştürülerek gerçekleştirilir. Bilgisayardaki mikroişlemciler; açma ve kapama anahtarı gibi çalışan, içinde milyonlarca transistörün bulunduğu elektronik devrelerdir. Bilgisayarda çalışan programlara göre merkezi işlemci deki bu anahtarlar üzerinden elektrik sinyalleri gönderilir. Bu sinyaller sayesinde bilgisayarın yaptığı bütün işlemler toplama, çıkartma, çarpma ve bölme işlemine indirgenir. Bilgisayardaki merkezi işlemci de bu işlemleri en basit sistem olan ikili (binary) düzen yani sadece “0” ve “1” sayılarını kullanarak yapar. Yani, mikroişlemciler her türlü işi ikili sayma sistemine dönüştürür. Bilgisayar klavyesinden basılan bir harf veya ses ve görüntüler de benzer şekilde ikili sayı grupları ile ifade edilir. Bu sayı grupları üzerinde işlem yapmak için, işlemci üzerinde bir takım komut listeleri yani programlar bulunur. Bilgisayarlar bu programlar sayesinde işlemlerini gerçekleştirirler.

Kuantum Bilgisayarı Nasıl Çalışır?

      Klasik bilgisayarlar işlemlerini “0” ve “1” değerleri alabilen “bit” lerle yaparken, kuantum bilgisayarlar “kübit” denilen kuantum bitleri üzerinden gerçekleştirirler. Klasik bilgisayarlarda bir devre elemanının açık ve kapalı olması durumuna göre değişen durumlar kullanılırken, kuantum bilgisayarlarda bir atomdan da küçük ortamlar kullanılır. Örneğin atom çekirdeği ya da elektronlar kübit olarak kullanılabilir.

      Bir atomda bulunan elektronlar, bir manyetik alanda mıknatıs gibi davranmaktadır. Elektronun bir mıknatıs gibi davranma özelliğine “spin”  adı verilir. Bu durum elektronun manyetik alana sahip olmasından kaynaklanır. Bir elektron manyetik alana girdiğinde, manyetik kuvvetin etkisiyle, manyetik alan doğrultusunda yön değiştirir.  Elektron manyetik alanın yönüne göre “spin up” veya “spin pown” durumlarında bulunabilir. Bu durumları, tıpkı klasik bilgisayardaki “0” ve “1” durumlarına benzetebiliriz.

      Klasik bilgisayarda bir devrenin durumu ya “0” ya da “1” dir. Yani devre ya açıktır ya da kapalı. Kuantum bilgisayarda “spin up” ya da “spin down” durumları bu kadar net değildir. Kuantum bilgisayarda elektronlar eğer dış etkenlerden tamamen arındırılmış bir ortamda bulunursa, hem “spin up” hem de “spin down” durumunda olabilir. Yani elektron hem “0” hem de “1” durumunda olabilir. Bu durum kuantum fiziğinde “süperpozisyon” ya da ” üst üste binme” olarak adlandırılır. Yani, elektron aynı anda birden çok durumda olabilir. Bu durum kuantum işlemciye daha hızlı çalışıp, sonuca gitme kabiliyeti verir.

      Kuantum bilgisayarda işlemler sıra ile değil, aynı anda yapılabilmektedir. Aynı anda işlem yapılabilmesi, yüzlerce, binlerce ve hatta milyonlarca hesaplamanın çok hızlı yapabilmesi anlamına gelir.

Kuantum Bilgisayarın İşlem Kapasitesi

      Kuantum bilgisayarlardaki qubitler birbirleri ile etkileşime girerek paralel işlem yapabilme yeteneğine sahiptirler. Bu duruma kuantum fiziğinde ” dolaşıklık ”  olarak ifade edilir. Bir kuantum bilgisayarın işlem yapma kapasitesi 2 üzeri kübit şeklinde formüle edilir. Yani 2 qubit ile çalışan bir kuantum bilgisayarın işlem kapasitesi 4 bit dir. Aynı şekilde 3 qubit ile dolaşıklığa sokulmuş bir kuantum bilgisayarın işlem yapma kapasitesi 8 bit dir. Kuantum bilgisayar teknolojisinde günümüze kadar yapılan en fazla işlemci gücüne sahip bilgisayar Vezüv kuantum bilgisayarıdır. Vezüv kauntum bilgisayarının 512 kubit işlemci hızı ile çalıştığı söylenmektedir. Bu durumda Vezüv kuantum bilgisayarının işlem kapasitesi 2 üzeri 512 bit dir. Bu değer oldukça büyük bir işlemci gücüne karşılık gelir. Bu işlemci gücünün bir de aynı anda işlem yaparak sonuç ürettiği düşünüldüğünde, olayın boyutu daha da büyümektedir.

      Kuantum bilgisayarın çalışabilmesi için çevre koşulları oldukça önemlidir. Dış ortamdan gelecek etkilerin tamamen ortadan kaldırılması için oldukça küçük sıcaklıklarda çalışılıyor olması gerekir. Kuantum bilgisayarın – 273 derece olan mutlak sıcaklığın sadece 0.02 derece üstünde bir ortamda çalışması gereklidir.

      Kuantum bilgisayara yeni nesil bilgisayar teknolojisi demek doğru olmaz. Kuantum bilgisayarın yapacağı işlemlerin dışında farklı bir işlem verildiğinde, klasik bilgisayardan da yavaş çalışması söz konusudur. Bu durum, kuantum bilgisayarı geleceğin bilgisayar teknolojisi olarak görmek yerine, gelecekte  büyük verinin değerlendirilmesinde ya da yapay zekanın daha da geliştirilmesi için kullanılması ile daha kompleks işlemlerin hızlandırılması açısından yararlı olacağı anlamına geliyor.

Twitter takip için @salihertugrul