Skip to content Skip to navigation

Kuantum Bilgisayarlar ve Kübitler

Dr. Mahir E. Ocak
25/03/2019 - 17:03

Günlük hayattan aşina olduğumuz bilgisayarlar bir insanın yıllarca uğraşsa bile bitiremeyeceği işleri saniyeler içerisinde gerçekleştirebiliyor. Ancak çalışma ilkeleri klasik fizikle açıklanan bu bilgisayarların kapasiteleri sınırlı. Modern bilimle ilgili pek çok sorunun çözümü klasik bilgisayarların kapasitesini aşıyor.

Yıllardır kuantum bilgisayarlar (çalışma ilkeleri kuantum mekaniğiyle açıklanan bilgisayarlar) geliştirmek için çalışmalar yapılıyor. Günümüzde gelinen noktada kuantum bilgisayarların hâlâ emekleme evresinde olduğu söylenebilir. İki basamaklı sayıları çarpanlarına ayırmak gibi bir insanın da çok kısa süre içinde yapabileceği basit işlemleri ancak yapabiliyorlar. Fakat, gelecekte belirli işlemleri klasik bilgisayarlardan çok daha hızlı yapabilen kuantum bilgisayarların geliştirilebileceği düşünülüyor. Kuantum bilgisayarlar için özel olarak tasarlanmış algoritmalar bile var.

Klasik bilgisayarlar ile kuantum bilgisayarlar arasındaki temel fark, bilginin kodlandığı ve işlendiği birimlerin çalışma biçimleridir. Klasik bilgisayarlarda bilginin kodlandığı birimler bit olarak adlandırılır. Hem bitlerin yapısı ve davranışları hem de bitler üzerinde yapılan işlemler klasik fizikle açıklanır. Kuantum bilgisayarlarda bilginin kodlandığı birimlerse kübit olarak adlandırılır. Hem kübitlerin yapısı ve davranışları hem de kübitler üzerinde yapılan işlemler kuantum fiziğiyle açıklanır.

IBM Q kuantum bilgisayarı

Bir bitin alabileceği iki değer vardır: 0 ve 1. Dolayısıyla klasik bilgisayarlarda tüm bilgiler 0’lar ve 1’lerle kodlanır. Örneğin tam sayıları ele alalım. Eğer bilgisayar sadece üç bitle işlem yapıyorsa, bu bitlerin alabileceği sekiz ayrı değer vardır: 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111. Dolayısıyla üç bitle ancak 0’dan 7’ye kadar olan tam sayılar kodlanabilir. 0’dan 7’ye kadar olan sayıların iki tabanlı gösterimiyle üç bitin alabileceği sekiz ayrı değer arasında birebir ilişki vardır. Örneğin 3 ve 6 sayıları iki tabanında sırasıyla 11 ve 110 olarak yazılır. Dolayısıyla 011, 3 sayısını; 110 da 6 sayısını kodlamak için kullanılabilir.

Bir biti sayının işaretini göstermek için kullanarak -örneğin 0’ı pozitif işareti, 1’i de negatif işareti göstermek için kullanarak- negatif sayılar da benzer biçimde kodlanabilir. Harfler, diğer semboller ve renkler de 0’lar ve 1’lerle kodlanır. Ancak kodlama yöntemi tam sayılarınkine göre biraz daha karmaşıktır. Günlük hayatta kullandığımız veri depolama aletleri sadece birkaç değil milyarlarca biti hafızasına kaydedebilir. Örneğin 1 terabaytlık (1 bayt=8 bit) bir harici disk, 8x1012 biti hafızasında saklayabilir.

Kübitlerin bitlerden temel farkı sadece 0 ve 1 değerlerine karşılık gelen durumlarda değil, bu durumların sonsuz farklı lineer kombinasyonunda da bulunabilmeleridir. 0’a ve 1’e karşılık gelen durumları |0> ve |1> ile gösterirsek, bir kübitin durumu genel olarak, a ve b iki karmaşık sayı olmak üzere, a|0>+b|1> olarak ifade edilir. a’nın ve b’nin sağlaması gereken tek koşul |a|2+|b|2=1’dir. Kübit, a=1 ve b=0 olduğunda |0> durumunda, a=0 ve b=1 olduğunda |1> durumundadır. Ancak a’nın ve b’nin sahip olabileceği sonsuz başka değerlere karşılık gelen sonsuz farklı durum daha vardır. Kuantum bilgisayarların belirli görevleri klasik bilgisayarlardan çok daha verimli bir biçimde yapabilmesini sağlayacak şey de kübitlerin bu özelliğidir. Örneğin 10 kübitin durumunu bir klasik bilgisayarın hafızasına kaydetmek için 210=1024 tane karmaşık sayının bitlerde kodlanması gerekir.

Kübitler ve kuantum bilgisayarlar üzerine bugün de yoğun araştırmalar yapılıyor. Şu an için kuantum bilgisayarların klasik bilgisayarlardan daha verimli bir biçimde çalışmasının önündeki en önemli engel, çok sayıda kübit içeren bir kuantum bilgisayar üretmenin zorluğu. Çok basamaklı sayıları çarpanlarına ayırmak gibi klasik bilgisayarların zorlandığı işlemleri kolayca yapabilecek bir kuantum bilgisayarın milyonlarca kübit üzerinde işlem yapabilmesi gerekiyor. Günümüzdeki en gelişmiş kuantum bilgisayarlarıysa 20 civarında kübit içeriyor. Dolayısıyla kuantum bilgisayarların klasik bilgisayarlardan daha iyi performans gösterecek seviyeye gelebilmesi için hâlâ zamana ihtiyaç var.

 

İlgili İçerikler

Bilgisayar ve İnternet

Gençlerin ve çocukların öğrenmesini kolaylaştıracak sanal gerçeklik uygulamaları ve bilgisayar oyunları geliştirilmesine yönelik çalışmalar yapan Hacettepe Üniversitesi Bilgisayar ve Öğretim Teknolojileri Eğitimi Bölümü Öğretim Üyesi Prof. Dr. Hakan Tüzün ile söyleşi gerçekleştirdik.

Bilgisayar ve İnternet

TÜBİTAK Üniversite Öğrencileri Araştırma Projeleri Destekleme Programı başvuruları başladı. Başvurular 31 Ekim’e kadar devam ediyor. Proje desteği almaya hak kazanan başvurulara ait sonuçların ise önümüzdeki şubat ayında açıklanması planlanıyor.

Bilgisayar ve İnternet

Son zamanlarda özellikle robot teknolojileri alanında sıkça yararlanılan yapay zekâyla ilgili araştırmalar yapan Orta Doğu Teknik Üniversitesi Bilgisayar Mühendisliği Bölümü Öğretim Üyesi Dr. Şeyda Ertekin ile yapay zekâ üzerine bir söyleşi gerçekleştirdik.

Bilgisayar ve İnternet

4. CodeFest programlama yarışması 23-24 Şubat 2019 tarihlerinde Üsküdar Amerikan Lisesi’nde gerçekleştirilecek.

Bilgisayar ve İnternet

Sinemada görsel efekt tasarımının sınırları her gün genişliyor. Bizi şaşırtan görüntüleri teknolojik gelişmelerin yaratıcı beyinlere sunduğu olanaklar sayesinde izleyebiliyoruz.

Bilgisayar ve İnternet

TÜBİTAK BİLGEM Ulusal Elektronik ve Kriptoloji Araştırma Enstitüsü tarafından lise ve üniversite öğrencilerine yönelik düzenlenen kriptoloji yaz okulları başvuruları 6 Ağustos’a kadar devam ediyor.

Bilgisayar ve İnternet

Özellikle gençlerin yakından takip ettiği, çevrimiçi bir ortam olarak tanımlanan sosyal medya adeta dijital dünyamız haline geldi. Gençler gün boyu -hatta geceleri- sosyal medya aracılığı ile sosyal ilişkiler kuruyor, bilgi ediniyor ve çeşitli konularda paylaşımlarda bulunuyor. Peki, sosyal medyayı bu kadar yoğun kullanmanın, sağladığı çeşitli faydaların yanı sıra, olumsuz etkileri de olabilir mi?

Bilgisayar ve İnternet

Bir grup araştırmacı, yakın zamanlarda Science Advances’ta yayımladıkları bir makalede yapay zekâ yardımıyla çok hızlı bir biçimde yeni metalik camlar tasarlamayı ve üretmeyi başardıklarını açıkladı.

Bilgisayar ve İnternet

Çocuklar nesneleri evirip çevirerek, tutup bırakarak ya da itip çekerek oyunlar oynar. Bu, küçük yaşlardan itibaren fiziksel dünyayı keşfetmelerinin bir yoludur. İşte şimdi Google’a ait DeepMind’dan ve California Üniversitesi’nden araştırmacılar tarafından eğitilen bir yapay zekâ uygulaması bu tür bir oyun davranışının ilk aşamalarını sergiliyor.

Bilgisayar ve İnternet

Ankara Altındağ Cebeci Ortaokulu tarafından bu yıl 2.’si düzenlenen “Oyunumu Kodluyorum Yarışması”nın ödül töreni 12 Nisan 2018 tarihinde Ankara’da gerçekleştirildi. Geçtiğimiz yıl yalnızca Ankara’daki okulların katıldığı yarışmada bu yıl Türkiye genelinden birçok okul yer aldı.