“Kuantum mekaniği tuhaftır”, cümlesini eminim ki pek çok yerde duymuşsunuzdur. Peki potansiyel olarak çığır açan kuantum hesaplama alanının bazı yansımaları nelerdir? Klasik bilgisayarlara kıyasla potansiyel olarak garip olan, ancak dünyanın en zorlu hesaplama zorluklarından bazılarının üstesinden gelme şeklimizi kökten değiştirebilecek bu alanın daha şaşırtıcı yönlerini listeliyoruz.
Süperpozisyon: İkili Mantığın (Binary Logic) Ötesinde Bir Kuantum Sıçraması
Klasik hesaplamanın temeli, her bitin ya 0 ya da 1 olabildiği ikili sistemdir veya yaygın olarak bilinen adıyla binary sayı sistemidir. Ancak, kuantum hesaplama alanında bu kısıtlamanın ötesine geçebiliyoruz. Kuantum bitleri ya da kübitler süperpozisyon durumunda bulunabilirler, yani aynı anda hem 0 hem 1 ya da her ikisi birden olabilirler. Bu aynı anda birden fazla durumu tutma yeteneği, kuantum bilgisayarlara muazzam bir hesaplama gücü sağlar. Bu ilke, fizikçi Erwin Schrödinger tarafından ortaya atılmıştır ve kuantum mekaniğinin temel kavramlarından biridir. [1]
Dolanıklık: Uzaktaki Ürkütücü Eylem
Kuantum dolanıklığı, iki parçacığın durumunun, aralarındaki mesafeye bakılmaksızın birbirleriyle yakından bağlantılı olduğu bir olgudur. Bu ifade, bir kübitin durumundaki değişikliğin, aralarındaki mesafeye bakılmaksızın dolaşık bir kübitin durumunu anında etkileyebileceği anlamına gelir. Albert Einstein bu olguya “uzaktan ürkütücü eylem” olarak adlandırmıştır. Kuantum dolanıklık, inanılmaz mesafelerle ayrılmış kübitlerin bile anında birbirleriyle etkileşime girmesine olanak tanır. [2]
Kuantum Paralelliği: Birçok Problemi Aynı Anda Çözmek
Süperpozisyon ve dolanıklık ilkeleri sayesinde, kuantum bilgisayarlar çok sayıda hesaplamayı aynı anda gerçekleştirebilir. Kuantum paralelliği olarak bilinen bu özellik, kuantum bilgisayarların belirli problemleri klasik bilgisayarlardan daha hızlı çözmesini sağlar. Örneğin, klasik bilgisayarlar için karmaşık bir görev olan büyük sayıları çarpanlarına ayırma işlemi, Shor algoritması gibi kuantum algoritmaları kullanılarak önemli ölçüde daha hızlı bir şekilde gerçekleştirilebilir. [3]
Kuantum Üstünlüğü: Kuantum Bilgisayarlar Klasik Makineleri Aşıyor
‘Kuantum üstünlüğü’ (bazen ‘kuantum avantajı’ olarak da adlandırılır), bir kuantum bilgisayarın klasik bir bilgisayarın çözemediği veya çözmekte önemli ölçüde daha uzun süre alan bir sorunu çözebildiği durumları tanımlar. 2019 yılında Google’ın kuantum bilgisayarı, dünyanın en güçlü süper bilgisayarının 10.000 yılda çözebileceği bir problemi 200 saniyede çözerek bu önemli başarıya ulaşmıştır. [4]
Eşevresizlik (Dekoherans): Kuantum’un Zayıf Noktası
Kuantum mekaniği ilkeleri kuantum bilgisayarlara güç verirken, aynı zamanda en büyük zorluklardan birini de ortaya çıkarmaktadır: kuantum tutarsızlığı. Bu olgu, kübitlerin hassas durumunun çevreyle etkileşim nedeniyle kuantum özelliklerini kaybetmesi anlamına gelir. Hesaplamaları gerçekleştirmek için kübitlerin tutarlılığını yeterli bir süre boyunca (“tutarlılaşma süresi” olarak adlandırılır) korumak, kuantum hesaplamadaki en önemli engellerden biridir. [5]
Kuantum Işınlaması: Bilgiyi Anında Taşımak
Kuantum ışınlama, bir kuantum sisteminin durumunu, sistemin kendisinin herhangi bir fiziksel aktarımı olmaksızın bir konumdan diğerine aktarma işlemidir. Bu, dolanıklık ve kuantum ölçümü ilkeleri kullanılarak gerçekleştirilir. Bunun geleneksel anlamda (bilim kurguda olduğu gibi) ışınlanmayı değil, kuantum bilgisinin anlık aktarımını içerdiğini belirtmek önemlidir. Araştırmacılar, kuantum ışınlanmasını deneysel olarak birkaç kilometre boyunca başarıyla göstermişlerdir. [6]
Tersine çevrilebilirlik: Kuantum İşlemlerini Geri Alma
Klasik bilgi işlemde birçok işlem geri döndürülemez. Örneğin, bir dosyayı silerseniz, dosya yok olur. Kuantum hesaplamada, kuantum evriminin üniter doğası nedeniyle işlemler tersine çevrilebilir. Bu, her işlem için, ilkinin etkilerini geri alabilecek bir ters işlem olduğu anlamına gelir. Bu, güvenilir kuantum hesaplama için çok önemli bir husus olan kuantum hata düzeltmesine izin veren şeydir. [7]
Klonlama Teoremi Yok: Kuantum Dünyasında Kopyalara İzin Yok
Klonlama yok teoremi, rastgele bilinmeyen bir kuantum durumunun özdeş bir kopyasını oluşturmanın imkansız olduğunu belirten kuantum mekaniğinin temel bir ilkesidir. Bu ilkenin kuantum hesaplama ve kuantum bilgi teorisi üzerinde derin etkileri vardır. Kuantum iletişimini güvenli kılan temel faktörlerden biridir, çünkü kuantum bilgisini kopyalamaya yönelik herhangi bir girişim onun yok olmasına yol açacaktır. [8]
Belirsizlik İlkesi : Kesinlik Sınırlıdır
Heisenberg’in belirsizlik ilkesi, bir kuantum parçacığının tam konumunu ve momentumunu aynı anda ölçmenin imkansız olduğunu belirten kuantum mekaniğindeki temel bir kavramdır. Kuantum bilişim bağlamında belirsizlik ilkesi, kuantum durumlarıyla çalışırken her zaman bir dereceye kadar belirsizliğin söz konusu olduğu anlamına gelir. Bu durum kuantum sistemlerinin kontrol edilmesini ve yönetilmesini zorlaştırabilir. [9]
Yazar: Ozan Bıçakçı
Redaktör: Hatice Boyar
Kaynaklar:
[1] Griffiths, David J. Introduction to Quantum Mechanics. 2004.
[2] Feynman, Richard P., ve Albert R. Hibbs. Quantum Mechanics and Path Integrals. 1965
[3] Shor, Peter W. “Polynomial-time algorithms for Prime Factorization and Discrete Logarithms on a Quantum Computer.” 1997
[4] Google AI Quantum ve işbirlikçileri. “Quantum Supremacy Using a Programmable Superconducting Processor.” Nature, 2019
[5] Zurek, Wojciech H. “Decoherence, Einselection, and the Quantum Origins of the Classical.” 2003
[6] Liao, Sheng-Kai ve diğerleri. “Quantum Teleportation Across a Metropolitan Fibre Network.” Nature Photonics, 2016
[7] Shor, Peter. “Fault-Tolerant Quantum Computation.” 1996.
[8] Wootters, William K., ve Wojciech H. Zurek. “The No-Cloning Theorem.” Nature, 1982
[9] Zettili, Nouredine. Kuantum Mekaniği: Kavramlar ve Uygulamalar. 2009.
