Evde Kendi Kuantum Bilgisayarını Yapmak ve Ölçeklenebilirlik Üzerine

Geçtiğimiz senenin sonunda dolaşıma NextGenQ firmasının CEO Yann Allain’e ait olan bir video dolaşıma girdi, bu videoda nasıl birkaç bin euro’ya evde kendi iyon tuzaklı kuantum bilgisayarınızı yapabileceğiniz anlatılıyordu!

Build Your Own Quantum Computer At Home

Kendisinin konu üzerine yaptığı sunumlar da kamuya açık olarak bulunabilir:

Build a quantum computer @ home Hacker style !

Geçtiğimiz günlerde ise benzer bir projenin 8-10 bin dolar arası bir bütçeyle yapılması üzerine bir açık kaynak proje başlatıldı:

8Q: The DIY Quantum Computer

Muhtemelen benzer girişimler zaman geçtikçe sayı olarak da artacaktır. Peki kuantum bilgisayarlar gerçekten de evde 10 bin dolara yapabileceğimiz cihazlar mı?

Bu soruya yanıt verebilmek için yukarıdaki bilgilere ve bulundukları vaatlere bakmak gerekiyor. Öncelikle, ‘evde’ yapılması planlanan bu bilgisayarlar 8-10 kübit mertebesinde. Yani 2 üzeri 10’un 1024 olduğunu göz önünde bulunduracak olursak bu bilgisayarın aynı anda 1024 farklı durum üzerinden işlem yapabileceğini görebiliriz. Elimizdeki ortalama bir cep telefonunda ise 3,000,000,000 ila 5,000,000,000 arası transistör bulunduğunu düşünecek olursak aslında 10 kübitlik bir sistemin ne kadar işlevsiz olduğunu görmek mümkün. Oysa alternatif olarak 50 kübitlik bir sistemin aynı anda 1,000,000,000,000,000’dan fazla durum üzerinden işlem yapabileceğini düşününce (bir akıllı telefonunun yaklaşık 1 milyon katı) o zaman sayılar bir anlam ifade etmeye başlıyorlar.

Yukarıdaki mesele kuantum bilgisayarların ölçeklenebilirlik problemi olarak biliniyor ve aslında 2000’lerin başında alanı öldüren de bu olmuştu. Shor ve ardından Grover algoritmasının geliştirilmesi alana 1990’ların sonuna doğru ciddi bir ivme kazandırmıştı, NMR sistemlerle kübit yapıp bunlar üzerinden deneysel sonuçlar göstermek o dönemki makalelere bakıldığında yaygındı. Fakat 2000’lerin başında acı bir gerçek fark edildi, NMR sistemlerle ‘küçük’ bilgisayarlar yapmak mümkün olsa dahi ölçeklemek mümkün değildi. 10 kübitlik bir sistem yapabilirdiniz ama 10,000 kübitlik bir sistem yapamazdınız. Bu nedenle de alandaki araştırmalar azaldı ve 2010’larda süperiletken kübitler ortaya çıkana kadar “en erken kuantum bilgisayar 2050’de yapılabilir” söylemi yaygınlaşmaya başladı.

Ölçeklenebilirliğin problem olması tam olarak da kübitleri klasik bitlere karşı bu kadar güçlü yapan şey olduğu için önemli. Eğer elinizde 100 ayrı klasik bit varsa bunlar birbirinden bağımsız çalışırlar. Evet araya CNOT gibi kapılar atabilirsiniz ama klasik CNOT’ın yaptığı kontrol bit’ine bakıp ona göre hedef bit’ine NOT operasyonu uygulamak olacaktır. 100 bitlik bir sistemi bozuk paralarla evinizde bile yapabilirsiniz! Kübitlerle kurduğunuz bir yapıda ise CNOT kapısı o iki kübite aynı anda uygulanmalı ve ölçüm içermemelidir. Yani kuantum CNOT kapısı kontrol kübitine bakıp onun durumuna göre hedefi değiştirmek değil aynı anda o iki kübite de bir mantık kapısı uygulamak demektir. Bu nedenle de uygulaması zordur ve kuantum devrelerin ne kadar karmaşık oldukları kaç CNOT içerdiklerine göre sayılır. 100 kübitlik bir sistem için 4950 olası farklı CNOT kapınız olması gerekir..

Eğer evinizde 8 kübitlik iyon tuzaklı bir kuantum bilgisayar yaparsanız 28 adet hassas lazer düzeneğiyle bu işi kotarabilmeniz mümkün olabilir, 28 çok da büyük bir sayı değil. Fakat 100 kübitlik bir sistemde bu sayı 4950’ye çıkar, Shor algoritmasını işletmek içinse 4000 kübit gerektiğini düşünecek olursak bu sayı 8,000,000’a çıkmaktadır. Şimdi bir kuantum sistemin çevresine 8 milyon lazeri hassas ayarla yerleştirmeye çalıştığınızı düşünün. Henüz kuantum hata düzeltme, cihazlardan kaynaklı problemler, kuantum durumu okuma gibi meselelere hiç girmedik bile.

Toparlayacak olursak, kuantum bilgisayarlarla alakalı ciddi bir heyecan bulunmakta ve herkes bu alandaki gelişmeleri bir yerinden de olsa yakalayıp anlamaya hevesli. Böylesi küçük DIY projeleri ise insanları eğitmek ve bilgi edinmek bakımından çok değerliler. Ancak bunların ticari veya bilimsel olarak ciddi bir çıktı vereceğini düşünmek düşülmemesi gereken bir hata. Günümüzde kuantum bilgisayar donanımıyla alakalı herhangi bir çabanın fon ararken ilk göstermesi gereken şey kaç kübiti olduğu veya mantık kapılarının hata oranları değil uzun vadede ölçeklenebilirlik olarak karşımıza çıkmaktadır. Dolayısıyla, hobi olarak evimizde kuantum bilgisayar yapmak elbette ilgi çekici, ancak bunların heyecanına kapılıp Türkiye’de böylesi fikirler geliştirecekler için ölçeklenebilirlik meselesi üzerine kafa yorulması gereken en önemli mesele diye hatırlatmakta fayda var.