Kuantum hesaplama, muazzam miktarda bilgiyi inanılmaz derecede yüksek bir hızda işlemek için kuantum mekaniğini kullanır. Bir masaüstü bilgisayarın çözmesinin yıllar veya on yıllar alacağı bir sorunu kuantum bilgisayarın çözmesi birkaç dakika ila birkaç saat sürer.
Kuantum bilişim, yeni nesil süper bilgisayarlar için zemin hazırlıyor. Bu kuantum bilgisayarların modelleme, lojistik, trend analizi, kriptografi ve yapay zeka gibi alanlarda mevcut teknolojiden daha iyi performans göstermesi bekleniyor.
Kuantum Hesaplamanın Açıklaması
Kuantum hesaplama fikri ilk olarak 1980'lerin başında Richard Feynman ve Yuri Manin tarafından hayal edildi. Feynman ve Manin, bir kuantum bilgisayarın, bir masaüstü bilgisayarın yapamayacağı şekilde verileri simüle edebileceğine inanıyordu. Araştırmacılar ilk kuantum bilgisayarları 1990'ların sonlarına kadar inşa etmedi.
Kuantum hesaplama, hesaplamaları gerçekleştirmek için süperpozisyon ve dolaşma gibi kuantum mekaniğini kullanır. Kuantum mekaniği, son derece küçük, yalıtılmış veya soğuk şeyleri inceleyen bir fizik dalıdır.
Kuantum hesaplamanın birincil işlem birimi kuantum bitleri veya kübitlerdir. Tek atomların, atom altı parçacıkların veya süper iletken elektrik devrelerinin kuantum mekanik özellikleri kullanılarak kuantum bilgisayarda kübitler oluşturulur.
Qubitler, masaüstü bilgisayarlar tarafından kullanılan bitlere benzer, çünkü kübitler 1 veya 0 kuantum durumunda olabilir. Kübitler, 1 ve 0 durumlarının süperpozisyonunda da olabilmeleri bakımından farklılık gösterir, yani kübitler aynı anda hem 1 hem de 0'ı temsil edebilir.
Kbitler süperpozisyondayken, iki kuantum durumu birbirine eklenir ve başka bir kuantum durumuyla sonuçlanır. Süperpozisyon, birden fazla hesaplamanın aynı anda işlenmesi anlamına gelir. Yani iki kübit aynı anda dört sayıyı temsil edebilir. Normal bilgisayarlar bitleri 1 veya 0 olmak üzere iki olası durumdan yalnızca birinde işler ve hesaplamalar birer birer işlenir.
Kuantum bilgisayarlar, kübitleri işlemek için dolaşıklığı da kullanır. Bir kübit dolandığında, o kübitin durumu başka bir kübitin durumuna bağlıdır, böylece bir kübit gözlemlenmeyen çiftinin durumunu ortaya çıkarır.
Kuantum İşlemcisi Bilgisayarın Çekirdeğidir
Kbit oluşturmak zor bir iştir. Herhangi bir süre için bir kübiti korumak için donmuş bir ortam gerekir. Bir kübit oluşturmak için gereken süper iletken malzemeler mutlak sıfıra (yaklaşık eksi 272 Santigrat) soğutulmalıdır. Hesaplamadaki hataları az altmak için kübitler ayrıca arka plan gürültüsünden korunmalıdır.
Kuantum bilgisayarın içi süslü bir altın avizeye benziyor. Ve evet, gerçek altından yapılmıştır. Bilgisayarın herhangi bir bilgiyi kaybetmeden süperpozisyonlar oluşturabilmesi ve kübitleri karıştırabilmesi için kuantum çiplerini soğutan bir seyreltme buzdolabıdır.
Kuantum bilgisayar, bu kübitleri kontrol edilebilen kuantum mekaniksel özellikleri gösteren herhangi bir malzemeden yapar. Kuantum hesaplama projeleri, süperiletken teli döndürmek, elektronları döndürmek ve iyonları veya foton darbelerini yakalamak gibi farklı şekillerde kübitler oluşturur. Bu kübitler yalnızca seyreltme buzdolabında oluşturulan alt donma sıcaklıklarında bulunur.
Kuantum Hesaplama Programlama Dili
Kuantum algoritmaları verileri analiz eder ve verilere dayalı simülasyonlar sunar. Bu algoritmalar kuantum odaklı bir programlama dilinde yazılmıştır. Araştırmacılar ve teknoloji şirketleri tarafından çeşitli kuantum dilleri geliştirilmiştir.
Bunlar kuantum hesaplama programlama dillerinden birkaçı:
- QISKit: IBM'in Quantum Information Software Kit, kuantum programlarını yazmak, simüle etmek ve çalıştırmak için eksiksiz bir kitaplıktır.
- Q: Microsoft Quantum Development Kit'te bulunan programlama dili. Geliştirme kiti, bir kuantum simülatörü ve algoritma kitaplıkları içerir.
- Cirq: Devreleri yazmak ve bu devreleri kuantum bilgisayarlarda ve simülatörlerde çalıştırmak için bir python kitaplığı kullanan, Google tarafından geliştirilen bir kuantum dili.
- Forest: Kuantum programları yazan ve çalıştıran Rigetti Computing tarafından oluşturulmuş bir geliştirici ortamı.
Kuantum Hesaplamanın Kullanımları
Gerçek kuantum bilgisayarlar son birkaç yılda kullanılabilir hale geldi ve yalnızca birkaç büyük teknoloji şirketinin bir kuantum bilgisayarı var. Bu teknoloji şirketlerinden bazıları Google, IBM, Intel ve Microsoft'tur. Bu teknoloji liderleri, çeşitli sorunları çözmek için üreticiler, finansal hizmet firmaları ve biyoteknoloji firmaları ile birlikte çalışıyor.
Kuantum bilgisayar hizmetlerinin kullanılabilirliği ve bilgi işlem gücündeki ilerleme, araştırmacılara ve bilim adamlarına daha önce çözülmesi imkansız olan sorunlara çözümler bulmaları için yeni araçlar sağlar. Kuantum hesaplama, inanılmaz miktarda veriyi analiz etmek, bu verilerle ilgili simülasyonlar oluşturmak, çözümler geliştirmek ve sorunları çözen yeni teknolojiler oluşturmak için gereken süreyi ve kaynakları az alttı.
İş ve endüstri, iş yapmanın yeni yollarını keşfetmek için kuantum bilişimi kullanıyor. İşte iş dünyasına ve topluma fayda sağlayabilecek kuantum hesaplama projelerinden birkaçı:
- Havacılık endüstrisi, hava trafiğini yönetmenin daha iyi yollarını araştırmak için kuantum hesaplamayı kullanıyor.
- Finans ve yatırım firmaları, finansal yatırımların riskini ve getirisini analiz etmek, portföy stratejilerini optimize etmek ve finansal geçişleri ayarlamak için kuantum hesaplama kullanmayı umuyor.
- Üreticiler, tedarik zincirlerini iyileştirmek, üretim süreçlerinde verimlilik yaratmak ve yeni ürünler geliştirmek için kuantum bilişimi benimsiyor.
- Biyoteknoloji firmaları yeni ilaçların keşfini hızlandırmanın yollarını araştırıyor.
Bir Kuantum Bilgisayarı Bulun ve Kuantum Hesaplama ile Deney Yapın
Bazı bilgisayar bilimcileri, bir masaüstü bilgisayarda kuantum hesaplamayı simüle etmek için yöntemler geliştirir.
Dünyanın en büyük teknoloji şirketlerinin çoğu kuantum hizmetleri sunar. Bu kuantum hizmetleri, masaüstü bilgisayarlar ve sistemlerle eşleştirildiğinde, kuantum işlemenin (masaüstü bilgisayarlarla birlikte) karmaşık sorunları çözdüğü bir ortam oluşturur.
- IBM, bulut aracılığıyla kullanabileceğiniz birkaç gerçek kuantum bilgisayara ve simülasyona erişim sağlayan IBM Q ortamını sunar.
- Alibaba Cloud, özel olarak oluşturulmuş kuantum kodlarını çalıştırıp test edebileceğiniz bir kuantum bilgi işlem bulut platformu sunar.
- Microsoft, Q programlama dilini, kuantum simülatörlerini ve kullanıma hazır kod geliştirme kitaplıklarını içeren bir kuantum geliştirme kiti sunar.
- Rgetti, şu anda beta aşamasında olan kuantum öncelikli bir bulut platformuna sahiptir. Platformları, Forest SDK'ları ile önceden yapılandırılmıştır.
Gelecekte Kuantum Bilişim Haberleri
Hayalimiz şu ki, kuantum bilgisayarları, şu anda standart donanımla çözülemeyecek kadar büyük ve karmaşık sorunları çözecek - özellikle çevresel modelleme ve hastalık kontrolü için.
Masaüstü bilgisayarlarda bu karmaşık hesaplamaları yürütecek ve bu inanılmaz miktarda veri analizini gerçekleştirecek alan yoktur. Kuantum hesaplama, en büyük büyük veri koleksiyonlarını alır ve bu bilgiyi bir masaüstü bilgisayarda alacağı zamanın çok daha kısa bir sürede işler. Bir masaüstü bilgisayarın işlenmesi ve analiz edilmesi birkaç yıl sürecek veriler, bir kuantum bilgisayar için yalnızca birkaç gün sürer.
Kuantum hesaplama hala emekleme aşamasındadır, ancak en karmaşık dünya sorunlarını ışık hızında çözme potansiyeline sahiptir. Kuantum hesaplamanın ne kadar gelişeceği ve kuantum bilgisayarların kullanılabilirliği konusunda kimsenin tahmini yok.
