Kuantum Bilgisayar Nedir?

Gordon Earle Moore'un yani Intel'in kurucusunun 19 Nisan 1965 yılında Electronics Magazine dergisinde yayınlanan makalesi ile teknoloji tarihine kendi adıyla geçen ifadeye göre (Moore Yasası) her 18 ayda bir tümleşik devre üzerine yerleştirilecek eleman sayısı 2 katına çıkacağını öngörmüştü. Sonraki teknolojik gelişmeler de bu yasayı çoğunlukla doğrular nitelikteydi.

Yıllar sonra bu durumun gerçekleştiğinin ve transistör teknolojisinin sonuna gelindiğinin farkına varılması bilgisayar ve elektronik bilimiyle uğraşan insanların farklı teknolojik arayışlara geçmesine sebep olmuştur. Çünkü transistör teknolojisi küçülebileceği en son limit noktasına gelmiştir. Artık bu limitlerin altındaki davranışlar çok küçük ölçekteki parçaçık davranışlarıyla açıklana bilecek limittedir. Dolayısıyla bilim insanları çok küçük ölçekli diye adlandırdığımız atom ve atom altı parçacıklarının (proton, nötron, elektron ve quarklar) bilgi iletişiminde kullanılabileceğini düşünerek kuantum bilgisayarları geliştirmeye başlamışlardır.  

Kuantum Bilgisayarların Normal Bilgisayarlardan Farklılıkları 

Klasik bilgisayarlar tüm işlemlerini 1 ve 0 değerini alabilen klasik bit’lerle yaparlar. Kuantum bilgisayarlar ise kuantum bitlerini yani q-bit‘leri kullanırlar. Bunlar aynı anda hem 1 hem de 0 değerini alabilirler. Kuantum bilgisayarlar işlem gücünü bu q-bit’lerden alırlar. Q-bit olarak kullanılabilecek bir dizi fiziksel nesne vardır; bunlar foton, atom çekirdeği veya elektron olabilir. 

• Hız ve Depolama : 

Kuantum bilgisayarları, klasik bilgisayarların aksine 0 ve 1’in ve aradaki diğer tüm olasılıkları değerlendirerek aynı anda işlem yaptıından hem hız bakımından hem de veri depolama bakımından diğer bilgisayarlardan daha çok üstün özelliklere sahiptir. Bunlarla birlikte atom ve atom altı parçacıkların çevresiyle etkileşme özelliği göz önüne alındığında bilginin depolanmasında sıkıntılar oluşmaktadır. Buna decoherence olayı da denmektedir. ( decoherence: kuantum bileşenleri arasında uyumun kaybolması.)

Hız bağlamında karşılaştırdığımızda ise 64 q-bit’lik kuantum bilgisayar, süper hızla çalışan 2^64 tane klasik bilgisayara eş değer olduğunu düşünürsek bu bilgisayarların hızının ne kadar fazla tahmin edebiliriz.  Bu hızın sebebi de 0 ve 1 bilgilerinin aynı anda değerlendirilmiş olmasıdır. Atom ve atom altı parçacıklarının spin yukarı-aşağı, ışığın parçaçcık-dalgacık özelliği, ışığın polarizasyonu gibi özelliklerin aynı anda olmasındandır.

• Dolanıklık (entanglement) :

Atom ve atom altı parçacıklarının doğasında bulunan dolanıklık durumu klasik bilgisayarlarda olmayan fakat kuantum bilgisayarlarda olabilecek bir durumdur. Dolanıklık, A ve B gibi iki olayın (evren, durum) birbirlerinden çok uzakta olsalar bile aralarında daha önce var olan ilişkiden yararlanılarak A olayındaki bir ölçümle, B olayında hakkında hiç ölçüm yapmadan B olayı hakkında bilgi edinmektir. Bu dolanıklık özelliği kuantum kriptolojisi, oyun teorisi gibi birçok konuda insanlığa yaralı bilgiler sunmaktadır.

• Teleportasyon :

Atom ve atom altı parçacıkların özelliklerinde bulunan teleportasyon durumu kuantum bilgisayarlarda bilginin bir yerden başka bir yere nakledilmesi konusunda üstün özellikler kazandırmaktadır.

• No-Cloning

Kuantum bilgisayarlarda ölçme işlemi kuantum mekaniği temelli olduğundan bilgi iletişimi çok güvenlidir. Çünkü kuantum mekaniğinde ölçme demek bir sistemin tüm olası durumlarından olma olsılığı en yüksek durumun ölçülmesi demektir. Ölçüm sonucu reel olduğundan bu sistemin durumunu tek bir duruma çökmesi demektir. Bu nedenle bilginin iletilmesi sırasında bilgiyi kopyalamak isteyen kişi ölçme işlemi yapmış demektir. Dolayısıyla sadece tek bir değer almıştır. Sistemin diğer olası durumlarını elde edememiştir. Sonuç olarakta bilgiyi kopyalayamamıştır. Buna kuantum bilgisayarlarda no-cloning özelliği denilmektedir.