Bu günün bilgisayarları aslında ihtiyaçlarımızı karşılama noktasında, gerçekten hızlıdır. Düşük özellikli bir dizüstü bilgisayardaki işlemci bile saniyede 100.000.000’dan fazla işlem gerçekleştirebilir ve çoğu modern aygıtın birden fazla işlemcisi bulunmaktadır. Apollo 11 şu anda kullandığımız telefonlardan daha az bilgi işlem gücüyle bile aya gidebilmiştir. Ancak yine de klasik bilgisayarlarımıza alternatifler arayıp onu geliştirmeye çalışıyoruz: Bu noktada da kuantum bilgisayarlar şu an için taleplerimizi karşılama noktasında umut vadediyor.
Peki neden kuantum bilgisayarlara ihtiyaç duyuyoruz?
Kuantum hesaplama ve kuantum bilgisayarların bilgi işlem kapasiteleri geleneksel bilgisayarlara kıyasla birkaç avantaj sunuyor: Fiziksel sistemlerin simülasyonları, algoritmaları daha etkin bir şekilde tasarlamanın önünü açıp bunları işleyebilmek gibi. Kısacası, kuantum bilgisayar hassas işlemler ve performans konusunda bizlere çok fazla fayda sağlayabilme potansiyeli barındırıyor.
Büyük şeyleri (örn: golf topları, gezegenler) simüle etmek, küçük şeyleri (örn: atomlar ve moleküller) simüle etmeye göre daha kolaydır, çünkü çok küçük sistemler kuantum mekaniğinin yasalarına uyar.
Örneklendirme için hemen bir simülasyon yapacak olursak, diyelim ki bazı kuantum parçacıklarının davranışını simüle etmek istiyoruz. İşleri basit tutmak için, bu parçacıkların yalnızca iki durumdan birinde (AÇIK veya KAPALI) olabileceğini şart koyalım.
Gerçekleştireceğimiz simülasyonda “süperpozisyon” açısından, AÇIK ve KAPALI durumlarıyla ilgili iki değeri izlememiz gereklidir. Daha sonrasında ise başlangıç durumuna geçiyoruz, parçacık üzerinde bazı işlemler yapıyoruz ve sonuçların nasıl göründüğünü görüyoruz.
Her adım için simülasyon programı depoladığımız değerlere bakar ve bunları değiştirmek için matematikten yararlanır. Bu işlem için hesaplama oldukça basit görünse de, daha fazla parçacık ve değişken eklendiğinde işler zorlaşıyor.
Simülasyonumuza ilk parçacığımızla etkileşime girebilecek başka bir parçacık eklediğimizi varsayalım. Şimdi dört değere kadar takip etmemiz gerekiyor, çünkü sistemimiz dört farklı durumun üst üste bindirilme durumunda olabilir:
Durmayalım devam edelim ve simülasyonumuzdaki takip değerini sekize çıkaralım:
Şimdi bir model öngörebiliriz: eklediğimiz her bir parçacık ile çiftleri takip edecek değerlerin sayısı bir üstel büyüme örneği teşkil eder, bu terim kuantum hesaplama çerçevesince sıkça kullanılmaktadır.
Bu simülasyon problemi başlangıçta nispeten basit görünüyor olsa da, ancak yaklaşık otuz parçacıkta klasik bilgisayarlarımızın makul bir sürede simüle edebileceği sınırı aşmış oluyor. Sistemdeki hesaplanacak etken sayısı arttıkça klasik bilgisayar mimarisi gerekli performansın yakınından bile geçemiyor.
Peki ya 100 parçacığı simüle etmek istersek? İşte bu,herhangi bir bilgisayarın yeteneklerinin çok ötesinde olacaktır. Süperbilgisayarlar belki bu çözümü sunabilir anca aylar içerisinde olması işten bile değildir.
Ancak bir kuantum bilgisayar ile, parçacık başına sadece bir kübit gerekir. Bu parçacıkların 100’ünü simüle etmek istersek, 100 kübit ihtiyacımız vardır, 101’i simüle etmek için kuantum bilgisayarımızın boyutu bir kübit arttırılır. Çünkü kuantum bilgisayarın kendisi kontrol edilebilir bir kuantum sistemidir ve bizim için tüm değerleri takip eder.
Bu aynı zamanda bir kuantum sisteminin en basit örneğidir; kuantum parçacıklarından yapılan atomlar ve moleküller gibi gerçek sistemler birçok farklı duruma sahiptir ve daha büyük yapıların simüle edilmesi modern bilgisayarlar için gerçek bir zorluk oluşturmaktadır. Bir kuantum bilgisayar fikrinin ilk önerisinden bu yana, kuantum bilgisayarların diğer problemler için klasik bilgisayarlara göre avantaj sağlayabileceği keşfedilmiştir. Bazı problemler için avantaj, simülasyonlarda keşfettiğimiz avantaja benzer (buna ‘üstel hız’ adı verilir), diğer problemler için ise avantaj o kadar etkileyici değildir. Bu sebepten kuantum bilgisayarların oluşturulması ve test edilmesi hem bilimsel araştırmalar için hem de katkıları noktasında büyük bir önem taşır.
Yoruma kapalı.