Kuantum bilgisayarların temelini oluşturan fotonların ne olduğu üzerinde fazla durmayacağım. Bir önceki yazımda tarihsel gelişimiyle birlikte kısaca anlatmaya çalıştım. Zaten foton hakkında bilmemiz gereken, onun atomik düzeyde bir parçacık olduğu ve kuantum bilgisayarların bu parçacıklarla işlem yapabildiğidir.
Teknik terimlere girmeden basitçe kuantum bilgisayarların nasıl çalıştığını izah etmeye çalışacağım. Bunun ne kadar zor olduğunu size söylemeliyim; çünkü Türkiye’de fizik biliminin hâlâ akademik çevrelerde matematiksel modellemeye geçirilememesi ve genelleştirilemediği için uygulamaya açılacak olan girişimcilere ise temel bilgilerinin Lise’de yeterli seviyede kazandırılamaması bizleri yeni çağ açacağı söylenen Kuantum teknolojisini anlatmakta yetersiz bıraktığı gibi anlamakta da istenilen seviyeye çıkartmıyor.
Bütün fotonlar manyetik alana sahiptirler ve birer mıknatıs gibi davranırlar. Bu özellikleri spin olarak isimlendiriliyor. Spin, en temel anlamıyla, tüm cisimlerin açısal momentum değerlerinin ölçüsü demektir. Kuantum dünyasında her bir parçacığın hacimleri olmasına rağmen ancak deneyler ile ölçebildiğimiz açısal momentuma sahip olduklarını biliyoruz. Bir fotonun spin değeri ya yukarı (spin up) ya da aşağıdır (spin down). Fakat ölçüm bize net bir değer vermez. Buna “Heisenberg’in Belirsizlik İlkesi” deniliyor. Bu ilke kısaca bir parçacığın konumu ve hızının aynı anda %100 kesinlikle bilinemeyeceğini söylüyor. Bir parçacık belli bir oranda spin aşağı ve belli bir oranda spin yukarı değerini saklayabilmektedir. Örneğin parçacık %64 oranında spin yukarı durumunda iken aynı sıra, %36 oranında spin aşağı durumundadır. Bu olguya süper pozisyon deniliyor. Kuantum bilgisayarlarda bu özellik sayesinde hem 1 hem de 0 değerleri tanımlanabiliyor.
Fotonun hareket halinde olması süper pozisyon durumunda olduğunu göstermekte. Kuantum bilgisayarlarda istediğimiz veriyi gönderebilmek için fotonların süper pozisyon durumlarına bir güç kullanarak müdahale ederiz. Süper pozisyon durumunda olan bir foton hem 1 ve hem de 0 olasılıklarını saklayabildiği için paralel işlem yapabilme imkanı oluşmakta. Fotonların bu özelliklerinden dolayı bilim adamları paralel evren, solucan deliği teorilerini ortaya atıp bize göre fantastik görünen bu olayların ispatı için çalışmalar öne sürdüler. Böylece Kuantum bilgisayarlarda paralel işlem ile farklı formülleri aynı anda işletebilmekle kurgulanan sonuca çok daha hızlı ulaşmayı sağlıyor.
Bit Yerine Q-Bit
Kuantum bilgisayarların asıl gücünün ne olduğunu anlatmadan önce nasıl çalıştığı üzerinde durmaya devam edelim. Süper pozisyon halindeki her bir parçacığın oluşturmuş olduğu veriye klasik bilgisayarlardaki gibi bit demiyoruz; q-bit (kubit ya da qubit) diyoruz. İki boyutlu dünyada oluşan bitler kuantum fiziği ile 3 boyutlu dünyaya evrildi. 2 kubit ile çalışan kuantum bilgisayarın işlem kapasitesi 2 klasik bit değil 4 bit’tir. 3 bitlik bir veri 8 kubit. 4 bitlik veri ise 16 kubit eder. Kubit arttıkça elde edilecek bit sayıları 2 üssü n olarak formül edilir.
Kubit adı verilen bu parçacıklardan birinin ölçümü aynı zamanda diğerinin ölçümü anlamına geliyor. Buna da Kuantum Dolaşıklığı deniliyor. Kuantum Dolaşıklığı birbirinden bağımsız olan iki nesnenin birbiri ile iletişimde olması durumudur. Farklı kubitler üzerinden formüllerle farklı nesnelerin birbirleriyle ilişkilendirilmesi tek bir işlem içinde aynı anda eş-anlı başka işlemlerin yapılabilinmesini sağlamıştır. Şu an itibariyle 50 kubit ile Kuantum Dolaşıklığı sorunsuz şekilde test edilmiş; fakat henüz 20 kubitlik kuantum bilgisayarlar üzerinden ticari amaçlı üretim yapılmakta.
Yeni Bir Başlangıç: Kuantum
Kuantum alanında yapılan yeni keşifler Max Planck tarafından ortaya atılan Kuantum Kuramı temeli üzerine oturmaktadır. “Schrödinger’in Kedisi” olarak bilinen ve buna itiraz olarak öne çıkan Albert Einstein, Podolski ve Rosen’in ortak deneyi olan “EPR” ne yazık ki (!) Kuantum Kuramı’nın yanlışlığını ispatlamakta yetersiz kaldı (tartışılmaya devam ediyor).
Bu kuramlar hakkında konuşmayacağım ama bu kuramlardan yola çıkarak fizik alanında devrim niteliğinde buluşlar ortaya çıkmakta ve uzunca bir süre kısırlaşan insanoğlunun hayal gücü zenginleşmekte.
Bugün bile fotonların kontrolünün zor olduğu, elde edilen sonuçların spinler gibi olasılıklar üzerinden gideceğini, belirsizliğin çözülemeyeceğini söyleyenler var. Kuantum’un kurucularından sayılan E. Schröndinger bile daha sonra kuantum kuramının yanlışlığını ispatlamaya çalışmıştır. Albert Einstein kuantum teknolojisine kapı açmakla birlikte geçmişten gelen fizik kurallarından vazgeçmemiştir.
Atomik düzeyde parçacıkların kontrolüyle gelişen Kuantum Bilgisayarlar'dan bir tanesi binlerce bilgisayarın yapmış olduğu görevlere şimdiden adaydırlar. NASA bu teknolojinin verimliliğinden faydalanmanın peşinde. Google ise enerji, yer, makine masraflarından kurtulmakla birlikte çok büyük verileri çok hızlı şekilde işlemeyi hedeflemekte. Google bu teknolojiyi şimdilik “Derin Öğrenme” gelişiminde kullanmakta. Özellikle yüz tanıma, nesne algılama, evrensel çeviri yazılımlarını kusursuz çalıştırmanın peşindeler.
Türkiye’de ne kadar büyüklükte projeler/araştırmalar yapıldığını bilmiyorum. Bildiğim en büyük araştırma yüz tanıma/nesne algılama alanında yapılan çalışmalardır. Avrupa’dan ve seçkin üniversitelerden birkaç insanımız ödüller bile aldılar. Bu gelişmelerin beni ne kadar heyecanlandırdığını tarif edemem. Fakat Big Data ve yazılımın kaynağını oluşturan yapay zekanın uluslararası bir iki firmanın tekelinde olduğunu öğrenince bizlerin yapmış olduğu sadece bu firmaların ekmeğine yağ sürmek olmuş.
Yapılan bu çalışmaları küçümsüyor değilim ama yapmış olduğumuz bu işlerin gelecekte çöplük olacağını bilmek beni üzüyor, sizleri üzmüyor mu? Bunlarla övünmek yerine, elimizdeki kısıtlı imkânları bu gibi peşe-takılmaca şeylere ayırmak yerine geleceği şekillendirecek olan Kuantum üzerinde yoğunlaşmak, kuantum bilgisayarlar geliştirmek gerekiyor.
İnsan hayal ettiği şeyin peşinden gider. Kuantum bilgisayarlar insanoğlunun hayalinin sınırlarını zorlayacak bir devrim niteliği taşımakta. Kısıtlı kullanım imkanı sunan klasik bilgisayar işlemcilerinin yazılımı işleme konusundaki yetersizliği yerine, alan sınırı tanımayan kuantum bilgisayarlarda yazılım çok geniş bir dil haznesine sahip olacağı gibi; yazılımcıların sadece yapacakları şey düşündüklerini yazmak olacak. Belki de söylemek olacak! Elbette 20 kubit ile sınırlı olan Kuantum Bilgisayarlarla bunu yapmak şimdilik zor görünüyor. Ama anlatılanlar gerçekse bilgisayara açıklayıcı bir yemek tarifi yerine şunu şunu demek yeterli olacaktır.
IBM firması şimdiden kendi cloud sistemini, yazılımcıların kuantum bilgisayarlarını test etmeleri için açmıştır. Kod yazmanın ne kadar kolay olduğunu göstermek ve geleceğin bilgisayarlarını tanıtmak için yaptığı bu hizmeti bizim özel kuruluşlar ya da üniversitelerimiz görmez mi?
Önceki Yazı: Gelecek Kuantum Bilgisayar mı? - 1 (Giriş)
