Kuantum + Bilgisayar = ?

"Kuantum" nitelediği şeyi boyut atlatan bir sıfattır. Kuantum bilgisayarlar ise yazılım dünyasının hız ve güvenlik tanımlarını yerle bir etmeye geliyor!

1'ler, 0'lar, birbirini ağırlar

Bir yerlerden çalınmıştır kulağına, bilgisayarlar yalnızca 1 ve 0'lar ile çalışır diye. Bu yazıyı 1'ler ve 0'lar ile nasıl oluşturabilir, nasıl görüntüleyebilirsin sence? Sana bilgisayarının ya da elinde bulunan herhangi bir elektronik cihazın çalışma mekanizması hakkında bir fikir vereyim. Cihazının içinde bulunan mikro işlemci, yani bir çip, üzerinde bulunan trilyonlarca transistörün aynı anda çalışmasıyla, sadece 1 ve 0 değerini alabilen "bit"lerle kodlanmış komutları işliyor ve önündeki görüntüyü, kullandığın sistemi oluşturuyor.

Her yeni bilgisayarımızdan daha hızlı olmasını bekliyoruz. Bu durumda yalnızca iki durumu; içlerinden elektrik akımı geçmesi (1) ve geçmemesini (0) yorumlayabilen transistörlerin sayısını artırmamız gerekiyor. Halihazırda nano boyutlara kadar getirilmiş transistörleri daha da küçültüp daha fazlasını aynı mikro işlemciye yan yana dizmek ayrı bir meseleyken, transistörlerin birbirine çok yakın durması sebebiyle kuantum tünelleme dediğimiz bir etkiyle karşılaşıyoruz. Kuantum tünellemenin ortaya çıkması transistörlere yanlış komut gitmesi olasılığını yaratıyor, amiyane tabirle 1'ler 0'lar karışıyor.

Derdim de dermanım da kuantum fiziği

"Kuantum" dertlerimizin imdadına yine kuantum fiziği yetişiyor. Mademki çiplerin üzerine yerleştirebileceğimiz transistör sayısı kuantum tünelleme sebebiyle sınırlı, öyleyse temel veri işleme birimi olan "bit"ler yerine, 1 ve 0'ın arasındaki tüm değerleri alabilecek kuantum bitler, "qubit"ler kullanalım ve bir transistörü aynı anda daha fazla veri işleyebilecek hale getirelim!

Açıklığa kavuşturmak gerekirse; bugün 1 ve 0'lardan meydana gelen uzun dizileri, ara değerler kullanarak ifade edebilirsek verileri bir anlamda paketleyip veri işleme sürecini hızlandırabiliriz. Kuantum bilgisayarların vaat ettiği şey bu.

Olmak ya da olmamak

Yazının başında belirtildiği gibi transistörler, içlerinden akım geçip geçmediğinden başka bir şeyi anlayamaz. Öyleyse onlara 1 ve 0 dışındaki değerleri nasıl anlatabiliriz? Elektrik akımını meydana getiren elektronları da içeren atomaltı parçacıklar için geçerli olan kuantum fiziğinin, normal fizikten ayrılan iki tane çok önemli prensibini kullanarak: süperpozisyon (üst üste binme) ve dolanıklık.

Schrödinger'in "Aynı anda hem ölü hem diri" olduğu söylenegelen meşhur kedisi (Türkçe altyazı mevcut) aracılığıyla aşina olduğumuz süperpozisyon ilkesi, qubitler özelinde "aynı anda hem 1 hem 0 olabilen" diye çevrilebilir. Bir cümlelik dikkatini rica ediyorum, çünkü bu tanımın kuantum süperpozisyonu fazla basite indirgediğini düşünüyorum. Ben süperpozisyonu bir qubit için şu şekilde tasvir ederdim: Bir qubit'in 1 ya da 0 olduğunu bilmediğimiz sürece, 1 ya da 0 olması için belli olasılıklar mevcuttur. Öyleyse, örneğin %60 olasılıkla 1 (ve %40 olasılıkla 0) olan bir qubit, 1'in %60'ı olan 0.6 ve 0'ın %40'ı olan 0'ı toplayarak 0.6 değerini alabilir.

"Değerini bilmediğimiz sürece" koşulunu vurgulayarak, değerini bilmediğimiz bir qubit'in değerini nasıl işleyebileceğimiz mevzusunda ise kuantum dolanıklık bir çözüm olabilir. Halihazırda siber güvenlikte kullanım alanı bulan dolanıklık ilkesine göre, (şartlanan) iki kuantum parçacığın durumları arasında bir ilişki kurulabilir. Kuantum bilgisayarlar bağlamında dolanıklık, bir qubit'in değerine dair başka bir qubit aracılığıyla bilgi alabileceğimiz şeklinde yorumlanabilir. Süreç bu anlatılandan biraz daha derin olduğundan meraklısına daha fazla araştırma yapmasını tavsiye ediyorum!

Kuantum bilgisayarlar, elimizin altında pratik amaçlarla kullanılmak üzere henüz seri üretime geçecek aşamada değil, yine de iş dünyasının belirli problemlerini çözmek için D-Wave'in geliştirdiği kuantum bilgisayarlar mevcut. Bu konuda öncülerden biri haline gelen IBM'in çalışmalarını takip etmeni de ayrıca tavsiye ederim. Microsoft'un kuantum programlamaya uygun bir dil geliştirdiği ve IBM'in en gelişmiş kuantum bilgisayarını test etmek için bir klasik programlama ortamı oluşturduğu müjdelerini vererek yazımı bitireyim.

Son bir not: Kuantum mekaniği fiziğin görece yeni, karmaşık ve merak uyandıran bir disiplini. Araştırma yaparken basitleştirilmiş açıklamalara direkt olarak güvenmektense, bilimsel makaleler veya online dersler aracılığıyla daha derin bilgi edinmeni öneriyorum.

Bu yazı CampusWIN Academy Koç Üniversitesi lideri ve mezunumuz Yasemen Aktaş tarafında yazılmıştır. Teşekkürler Yasemen!