Kuantum bilgisayar nedir, nasıl işe yarar? Bu ayrıntılı makalede hem ders alacak, hem Bitcoin ile ilişkileri yapılacak, hem de çok detaylarına ulaşmış olacaksınız. Tamamen okumanız dileklerimizle kuantum bilgisayarın kapsamlı tanıtımına başlayalım. Evvelinde bilgisayarın icadını okumanızı öneririz. Kuantumun öncelerden bu yana nasıl yenilik getireceği ve teknoloji değişim fikrini öğrenmek ileriye bakışı güçlendirecektir. İlk modern bilgisayar üretimi 1930 ve 1940 yıllarda çıkmış, ancak Charles Babbage, teorik olarak daha eskilerde bilgisayarın babası olarak tarihte kalmıştır. Kuantum ise, dünyayı değiştirebilecek güce sahip olarak üretilir.
Kuantum Bilgisayar Nedir?
Kuantum klasik bir bilgisayarın çalışma mekanizmasını köklü olarak değiştirme gücüne sahiptir. Tıpkı burada yer alan kuantum fiziğinin ilke ve özelliğinden etkilenerek tasarlanan bir cihaz diyebiliriz. Diğer adı “quantum chip” olarak da bilinir. Henüz emekleme aşamasında olan bu işlemci, bilgisayar çipleri ve cihaza her geçen gün bakış açısı yakınlaşmak isteniliyor. Kuantum bilgisayar ne zaman çıkacak sorularının cevabı makale devamında yer alacaktır.
2024 sonuna kadar kullanılan ve hala 2025 yılında da kullandığımız bilgisayarların 0 veya 1 değerlerini alan bitlerle çalıştığını biliyoruz. Fakat quantum bilgisayar, 0 ve 1’in aynı anda değerini alarak, kübit birimleriyle entegreli olarak çalışır. Bilgisayarda mükemmel olarak çalışabilen bu birleşimler Qubit’in gücünü ortaya koyar. Yeni nesil bilgisayarlar günümüzde kullandığımız bilgisayarların zirvesi, hatta hesap makinesi niteliğinde kalacağının bazı göstergelerini de sizlere izah edelim. Buradan Google Willow tanıtımına da kısaca göz atabilirsiniz.
Kuantum Bilgisayar Nedir, Çalışma Yapısı?
Daha detaylı ve kapsamlı konuyu makale devamında görebilirsiniz. Ancak burada kısaca kuantum bilgisayarın nasıl çalıştığını özetlemek merakları biraz daha giderir. Evrensel bilgisayarımız, 0 ve 1 değerinde kesin olarak çalışır. Ancak kuantumda fizik devreye girerek, aynı anda 0 ve 1 mantığını çalıştırarak yürür. Bu birimlere de eski bilgisayarda “BİT” yenide “KÜBİT” deriz.
Kübitler ile çalışan yeni teknolojide, 0 ve 1’in süperpozisyon içinde var olması demektir. Bir kubit ise, kuantum hesaplaması yapmak için amaca yöneliktir. Eğer kullanamadığınız durumlarda işe yaramayacağını bildirelim. Daha aşağı başlıklarda süper poziyon tanımı bulunmaktadır.
Kuantum bilgisayar nedir, biraz olsun fikir oluştu ise, daha basit örnekle çalışma biçiminin halk diline yer verelim.
Normal bir bilgisayarda, madalyonun yazı mı yoksa tura mı geleceğini bilmek zor. Bunu bilmek için iki ihtimali tek olarak denersiniz. Kuantum cihaz ise, madalyonun hem yazı olarak hem tura olma durumunu aynı anda yapar. Ve işlemler seri şekilde ilerler.
Google, burada şu mantığı da belirtmiştir. Şuan ki bilgisayarları bir kenara bırakın. Günümüzde yer alan ve hala kullanılan bilgisayarların en iyisi süper Frontier bile, kuantumun yanına yaklaşamaz. Nedeni ise, standart hesaplamalarda 5dk’dan daha kısada işlemi bitirmiş olmasıdır. Bu şuan ki bilgisayarda 10 “septi 1septilyon 10 üzeri 24’e eşittir. İşte burada korkunç bir fark var. Normal bilgisayarlar bu kadar sürede yapılacak bir işlemi kuantum 5’dk zaman dilimi içinde tamamlıyor. Bu dahice bir bilgisayar. Öyle değil mi!
Sonuç olarak, en hızlı süper bir bilgisayarın bile çözmede zorlandığı işlemleri, kuantum dakikalar içinde çözebilecek.
Kuantum Bilgisayarlarının Temel İlkesi Ne?
Kuantum fiziğinin iki önemli özelliği olan süperpozisyon ve dolaşıklık üzerine kurulu sistemdir. Bu cihazın devrim yaratabilecek potansiyele sahip olacağı günü bekliyoruz.
- Süperpozisyon: Bir qubitin, aynı anda hem 0 hem de 1 durumuna denir. Paralel bir hesap için aşırı önemlidir.
- Dolanıklık (Entanglement): İki veya daha çok kübitin arasında kalır. Bu bağlantı ile birbirlerine etki edebilirler. Mesafesi önemli değildir. Bilgiyi çok daha hızlı ve güvenli işlemesi için üretildi.
- Kuantum kapıları: Qubitler üzerinde işlem yapan “Logic gates” sistemi devreye girer. Mantık olarak bakıldığında tek değil, birçok sayısı var. Şimdiki bilgisayarlar bit iken, burada kübitler devreye girer.
- Interference: Herhangi olası sonucu optimize etme girişimini ortaya çıkarır.
Quantum Bilgisayar Bileşeni Ve Mekanizması
Birçok teknolojiyi kendi bünyesinde barındıran ve lider bilgisayar olma yolunda ilerleyen kuantum, aşağıdaki bileşenler ile tanıtımını yaptı. Kuantum bilgisayar nedir, içinde neler yer alır diye merak edenlere alt bilgi sunulmuştur. Aşağıda kuantum hesaplama mimarileri yer alır.
- Annealers: Optimizasyon problemi için çözümleme yoluna giden ve bu amaca uygun üretilen teknolojidir. Hesaplama yöntemini kullanır ve kuantum tavlama olarak bilinir. Kısıtlamaları da beraberinde barındıran annealers, bir dizi kübit içerir. Bu sayı şuan 5000+ kübittir. Ayrıcaölçeklenebilir herhangi bir protokolü yoktur.
- Ion traps: Kuantum bilgi işleminin gelişmiş bir formu olarak tabir edilir. Hapsedilmiş iyonlar adı verilerek ve kullanarak kuantum bitlerini (qubit) temsilleştirir. Atom seviyesindeki parçacıkların kuantum durumlarını manipüle edebilir. Ayrıca bunları ayrıştırarak hesaplama yapar. İyon tuzakları, temel bileşeni olarak adlandırılır. Yüzey segmentli elektromanyetik izler kullanır. Bunlar sayesinde iyonları yakalar ve yakaladığı izler ile harekete geçirir. Böylelikle tuzaklar sayesinde kuantum hesaplaması doğruluk oranı artarak güvenli yapının elde edilmesi sağlanır.
Nötr Atomlar ve Kuantum Bilgisayarlar
Neutral atoms, kuantumun gelişme yapısında önemli adım atar. Klasik bir bilgisayar bitlerine karşılık gelir. Kubitler nötr enerji seviyeleri ile öne çıkar. Kuantumun hesaplanmasında gereken süperpozisyon ve dolanıklık mekanikliği elde edilmiş olur.
Avantaları Neler:
- Nötr atomlar diğer “PC” teknolojisine göre basit ölçeklenir.
- Büyük ve karmaşık kuantum devrelerini oluşturmada kolaylık sağlar.
- Koherans süresini uzunlaştırır. Bu sayede kuantumda yer alan bilgiler daha uzun süre korunabilir.
- Düşük ses ve yayılma ile hesaplama hatalarını azaltır. Bu daha düşük gürültü demek.
Birkaç bilgi;
- Nötr atomlara kodlanan kübitler doğası gereği aynıdır. Ölçeklenebilir olmasının asıl nedeni bu.
- Atomlar büyük bir, iki ve üç boyutlu geometrilerde düzenlenebilme özelliğinde.
- Çevreden iyi korundukları için atomik kübitlerde saniyeler boyunca saklanabilir.
Nötr atomlara dayalı gelişmiş kuantum bilgisayarı üreten, birçok Nötr atom şirketi var;
Fotonik Kuantum Yapısı
Yukarıdaki bilgilerde “qubit” ne olduğunu öğrenmiştik. Fotonik yani, “Photons” isebu kübitleri oluşturmada ışık parçaları olan fotonları kullanır.
- PsiQuantum: Fotonik kuantum bilgisayar üzerinde çalışan şirketin web sitesidir.
- Genereta photons on chip: Kuantumun hesaplanması için gereken fotonlar, özel olaraktasarlanan çipler üzerinde üretilir. Böylelikle çip üzerinde foton üretimi sağlanır.
- Fotonların Dolanık Hale Getirilmesi: Fotonlar birbirleri ile dolanık hale getirilmektedir. Bir fotona yapılan ölçüm, diğeri uzakta da olsa etkiler.
- Dolanıklık işlem her zaman başarılı olamaz. Başarı sağlayamayanlar elenerek, başarılı olanlar ile daha büyük kuantum durum oluşur.
- Oluşan kuantum durumu hesaplamayı tamamlamak için adım adım ölçülür.
Kuantum Bilgisayar ve Noktaları
Kuantum da çok küçük yapılar mevcuttur. Bu küçük yapılar “dots” olarak adlandırılabilir. Birkaç atomdan oluşan son derece küçük yarıiletken parçacıklardır. Bu kuantum noktalarının küçüklüğü benzersiz kuantum özelliği kazandırır. İşte buna dair bir kuantum şirketi Qutech’i gör.
Işık emisyonu ile farklı boyutlarda üretildiğinde farklı renk ortaya yayar. Bu da, kuantum bilgisayar nedir tanımının ışık dehası izahıdır. LED ve görüntüleme cihazlarının ortasında bile kullanışlı olduğunu kanıtlar. Kuantum noktaları da “qubit” adı verilen kuantumun bitlerini oluşturmada potansiyel bir adaydır.
12 Qubit Cihaz:
Qubit sayısı bir kuantum bilgisayarının işlem gücü ve sahip olduğu kubit sayısı ile doğru orantılıdır. 12 “qubit” sayısı başlangıç olarak kuantum bilgisayarında oldukça idealdir. Ayrıca tek bir kırık kubit bilgisayarı ikiye (ayrıştırma) bölebilir. İntel ve Qutech işbirliği içerisinde kuantum teknolojisine öncü olmuştur.
Süper İletken Kuantum Bilgisayarlar Nedir?
Süper iletkenlik, bazı malzemelerin çok düşük sıcaklıkta elektrik akımına hiç direnç göstermeyerek izin verme işlemleridir. Enerji kaybolmadan veri taşımak tamamlanır. IBM, USTC, Google ve diğer şirketler kuantumu geliştirmede süper iletkenlik teknolojisinden yararlanır.
Qubitler, kauntum bilgisayarının temel bilgi birimleridir. Kubitler, ayarlanabilir frekanslı rezonans devrelerine benzetilebileceği söylenir. Halk dilinde, gitar telinin farklı notalar üretebilmesi gibi.
Kuantum bilgisayarlar içinde kullanımı: Süper iletken devreler, qubit adı verilen kuantum bitlerini oluşturmada kullanılır. Çok hassas kontrolü olmalı ve yine hesaplamalarda ideal ortamı ayarlar.
Kuantum’da Yer Alan Yapı Taşları
Kuantum bilgisayar nedir dedikten sonra, bir çok hesaplamaların, devrelerinde birbirleri ile uyum içinde olmaları gerekir. Günümüzün bilgisayarlarını aşmayı fark edecek derecede etkileyen kuantum mekaniğinin ilkeleri, bazı işlevselliklerle beraberdir.
- Kuantum devreleri ( Quantum circuits): Kuantum bilgisayarlarının temel işlem birimidir. Bilgisayar üzerinde hesaplamaların temelidir. Kuantumun üzerinde yer alan bitlere (qubitler) işlemler sunar.
- Kuantum Hata Düzeltme (QEC): Eğer hesaplamalarda hata varsa bunları tespit eder. Ayrıca tüm düzeltme yollarını deneyebilir.
- Stim ( simulete OEC ): QEC devrelerini simüle etmeye yarayan araçtır. Kuantum hata düzeltmeleri içindir.
- Crumble ( analyze QEC circuits ): Qec devrelerini analiz etmeye yarayan araçtır.
- Kuantum bit (qubit): Ev veya işyerinizde bulunan bilgisayarlarınız Bit’in, yeni kuantumda olan karşılığıdır.
Kuantum Bilişimin Yükselişi
Gelişmiş işlem dünyasında kuantum teknolojisi liderliğe yakın. Bir bilimsel habere göre 3-4 yıl içinde sektörler etrafında değeri daha fazla seviye de artarak, yapay zeka ve uç bilgi işlemleri ile bütünleşecek. Hesaplama ortamına yeni bir şekil açacak.
Üretken yapay zeka ve kuantum işbirliği ile kuantum bilişimin optimizasyon ve eğitim iş akışlarını geliştirme sağlayacak. Uç bilgi işlem, veri toplama noktalarında gerçek zamanlı işleme olanak sağlar. Edge computing ve gerçek zamanlı karar alma ile kuantum algoritmaları bu süreci daha etkin hale getirme potansiyeline sahip olacak.
- Bulut Tabanlı Kuantum Platformları: 2027, 2028’e kadar HPC pazarının %31,2’sini bulut sistemlerinin oluşturması beklenmektedir.
Kuantum Bilgisayarlar ve Madencilik Hızlanabilir mi?
Kuantum hakkında bilgi edindik. Kuantum bilgisayar nedir yanıtından sonra, Bitcoin ve madenciliğine tehdit olarak algılandığını ve kuşkularla kripto alemine bakılması gündemde. Kuantum Bitcoin üretir mi, şifresini kırabilir mi gibi söylentiler de çok kulaklarda gezmektedir. Ayrı ayrı bu konulara geliyoruz. İlk önce madencilik kuantumda hızlı olur mu? Ayrıca Bitcoin’in silinme olasılığı yazımızı okumanızı tavsiye ederiz.
Kuantum bilgisayarın farkını yukarı bölümlerde detaylı olarak anlattık. İçindeki mimari teknolojiler, klasik hesaplama yerine kuantum mekaniğini benimser. Problem çözmede ustadır ve hızlıdır. Kripto madenciliğinde, blockchain sistemi SHA-256 algoritmalarını kullanır. Bu algoritma karmaşık hash algoritmasıdır. Ortaya koyduğu matematiksel problemler aracılığını güvenliğe çevirir.
Kuantum algoritması olan Grover, hash fonksiyonunu klasik bilgisayardan hızlı çözebilir. Ancak kuantum algoritması klasik madenciliğin hız seviyesini karekök oranında artırır. Bunun anlamı ise, normal 2^256 ise, klasik bilgisayarın yaklaşık 2^128 çözme işlemini Glover, 2^128 / 2 karekök oranıyla yapabilir.
Bunun sonucunda ise, kuantum qubitlerine oranla hash hesaplarında bir hız avantajı ortaya koyar. Ancak devrimsel olarak hızlandırmaz.
Kuantum Yapısında Blockchain’e Tehdit
Blockchain sistemine tehdit oluşturma konusu, tıpkı kuantumun Bitcoin’i bitirir mi sorusu ile eşdeğerdir. Bir senaryo ile anlatacak olursak;
- Blockchain güvenliği: Dağıtık defter, bloklar, kriptografik işlem.
- Kriptografi: Özel anahtarlar, açık anahtarlar, asmetrik şifreleme.
- Dijital İmzanın Hack Olayı: İşlemleri doğrulamak için ECDSA kullanan blockchain, Shor algoritması kullanan Kuantum bilgisayarlar için tehdit niteliğindedir.
- Kriptografi’de yer alan özel anahtarlarının işlem güvenliğini tehlikeye atar.
- Genel olarak asal sayılarla ilgili matematiksel işlemlere ve denklemlere dayanan kriptografi, güvenlik önlemlerini yükseltirse durum değişebilir.
- Kuantum bilgisayar, Bitcoin’in güvenliğini sağlayan ve çözülemeyen matematiksel denklemleri gayet rahatça çözebilme eğilimindedir.
- Günümüzde ise, geleceğe bakış ile kuantum tehditlerini savuracak kriptografik algoritmaları geliştiriliyor.
- PQC algoritmaları kuantum bilgisayarlarından gelebilecek önemli siberleri savunmak için daha çok geliştirme aşamasındadır. Buna Post-kuantum kriptografisi diyoruz.
Not: Yukarıdaki varsayımlar ve senaryolar analiz içindir. Geleceğin ne getireceğini kimse tahmin edemez.
Kuantum Anahtar Dağıtımı
Kuantum mekaniğinin özelliklerini kullanarak güvenli anahtar dağıtımı olan mevcut sisteme “QKD” denilir. Bu yöntem saldırılara karşı güvenli olmasını sağlar. Günümüz kriptografisine göre, kuantum da bulunan bu yapı matematiksel değil, doğanın temel yasalarına dayanır.
Çalışma sisteminde QKD, yukarıda bahsettiğimiz foton gibi parçacıkları, kuantum durumunu ele alır. Bu durumlar ölçüldüğü zaman değişir. Sonucunda dinleme girişimleri tespit edilir. Anahtar yapının oluşturma evresinde ise, kuantum durumlarında kodlanmış bitleri, gönderici ile alıcı birbirine gönderir. Buradaki bitler sonrasında ortak bir anahtar oluşturur.
İki taraf harici bir iletişimi dinlemeye çalışırsa, kuantum durumları bozulmaktadır. Gönderici, alıcı arasında durum tespiti oluşarak güvensiz olduğu anlaşılır. Sonuçta iletişim son bulur.
QKD Önemi, Avantajı ve Dezavantajı
Şuan yaygın olmasa da, kısa zamanda düşünülen bu yapı, güvenli iletişime ek, çok promising bir teknoloji olarak bilinir.
- QKD kesin olarak güvenlik sunar. Kuantumda bulunan mekaniğin yasası, kuantum durum klonlamayı yasaklar.
- QKD ile uzun vadeli kriptografik sistemine tehdit açabilir.
- Bankalar, sağlık sektörleri ve devlet otorite sistemlerinde QKD’nin önemi büyük olabilir.
- Kesin güvenlik ve uzun vadeli güvenliği ile avantajı elde tutar.
- Aşırı maliyeti, kurulum aşamalarının karmaşıklığı dezavantajıdır.
- QKD, BB84 protokolünü temel edinir.
Kuantum Klasik ve Tekrarlama Kod Hatası Düzeltme Örneği
Soru 1: Bir bitlik bir mesajımız olsun (0 veya 1). Bu mesajı üç kez tekrarlayarak göndeririz: 000 veya 111. Alıcı tarafında, gelen bitleri karşılaştırır. Eğer üç bitten ikisi aynıysa, hata olmadığı varsayılır ve çoğunluğa göre karar verilir. Mesajımızı 0 olarak düşünelim. Gönderilen kod 000. Alıcı tarafında, bir bit yanlışlıkla 1’e dönüşse bile (örneğin, 010), çoğunluk yine 0 olduğundan, hata düzeltilmiş olur.
Soru 2 yukarıdaki ile benzer: Diyelim ki kuantumda bir biti 0 veya1’i depolamak istiyorsunuz;
En iyi parçanızın, çevirmenin birim zamanı “p” olasılığı olduğunu varsayarsak, başarılı depolamayı nasıl artırabilirsiniz?
Cevap olarak: Birden fazla kopyasını saklayın. Periyodik olarak çoğunluk oyu alın. Kuantumda birçok problem hızlı ve sorun çözme detayları bulunur. Bu yüzden geleceğin mimarisinde bir çok hataları ayıklama yolları mevcuttur.
Kuantum bilgisayar nedir adlı yazımızı beğendiyseniz yorum eklemeyi ve görüş paylaşmayı unutmayın.
Bir yanıt bırakın