Cebimizdeki akıllı telefonların gücünü 50 yıl önceki bir oda büyüklüğündeki bilgisayarlarla karşılaştırdığımızda bilgisayar ve teknoloji alanında ne kadar ilerleme kaydettiğimiz hayranlık uyandırıcı. Ancak böylesine bir gelişmeye rağmen hala klasik bilgisayarların çözemdiği bazı işlemler ve problemler bulunmakta. Kuantum bilgisayarların ise bunları çözeceğine inanılıyor.
Google, Intel ve diğer araştırma geliştirme gruplarındaki çalışmalar, bilgisayarların daha önce hayal edilemeyen güce ulaşabileceğini gösterdi.
Kuantum bilgisayar nedir?
Klasik bilgisayar işlemler yaparken 1 ya da 0 olarak değer olan bitleri kullanırklen quantum bilgisayarlarda çok daha fazla değer alabilen qubitler vardır. Bu sayede daha küçük bilgisayarlara çok daha fazla bilgi işleyebiliriz. Kuantum bilgisayarlar, yapay zeka programlarının çalıştırılmasında ve karmaşık simülasyonların üstesinden gelmekte kat ve kat daha hızlı çalışabilmektedir. Hatta kırılması imkansız şifreleme yapabilirler.
Dünyadaki en gelişmiş kuantum bilgisayarlarının bir kısmının arkasında Hollandalı araştırma enstitüsü QuTech laboratuvarları bulunuyor. Laboratuvar, üniversitenin insanlardan uzak bir köşesinde, uygulamalı bilimler binasında bulunuyor. Rezonant dalgalarının titrettiği cihaz, mavi bir silindirden dağınık bir şekilde çıkan yalıtılmış borular, kablolar ve kontrol amaçlı kullanılan diğer parçalardan oluşuyor.
Temelde çok güçlü bir buzdolabını andıran mavi silindirde; oldukça ince kablolar, yarı ve süper iletkenler, -273 santigrat derece sıcaklığa çok yakın bir ortamda çalışıyor. Fizik kanunlarının sınırlarını zorlayan bu parçalar, kuantum bilgisayarın çalışabilmesi için kilit önem taşıyor. Bu laboratuvarda ulaşılmaya çalışılan hedef hiç olmadığı kadar yakın. Birkaç yıl içerisinde, şifreleme, malzeme bilimleri, ilaç araştırmaları ve yapay zeka alanlarında yeni bir döneme girilebilecek.
Uzun yıllardır kuantum bilgisayarlar kağıt üstünde ya da dikkatle hazırlanan laboratuvar deneylerinde varlığını sürdürüyor. Fakat bu yıl, geçmişte teori olarak var olan birçok dizayn üretilebildi. Bir diğer yenilik ise bu sene Google, IBM, Intel ve Microsoft gibi firmalardan hem araştırma hem de geliştirme alanında birçok destek geldi.
Delft’teki projenin başında Profesör Leo Kouwenhoven bulunuyor. Kouwenhoven yakın zamanda, kuantum bilgisayarlar önündeki en büyük ve eski engeli aşması için Microsoft tarafından işe alındı. Kouwenhoven’in amacı, kuantum bilgisayarların temel bilgi birimi olan qubitlerin sese duyarlı olması ve bu nedenle sık sık hata vermesini engellemek. Qubitlerin işe yarayabilmesi için hem çakışmayı (aynı anda iki fiziksel durumda birden bulunma) hem de “düğüm” olmayı (fiziksel olarak ayrı olsalar da iki qubitin anında birbirlerini etkileyebilmeleri) başarabilmeleri gerekmekte. Bu hassas durumlar basit bir titreşim ya da elektrik akımındaki küçük bir dengesizlik ile kolayca bozulabilir.
Bugüne dek bahsi geçen sorunlarla boğuşan insanların geliştirdikleri karmaşık bilgisayarlar sayesinde, hali hazırdaki problemi çözme şansımız var. Fakat şu anda Kouwenhoven ve çalışma arkadaşları, yaratmaya çalıştıkları qubitlerin kalıcı olacakları görüşünde.
Kouwenhoven bunu, halata atılmış düğüme benzeterek “Halat ne kadar yıpransa da düğüm yerinde kalır.” diyerek açıklıyor. Böylesi bir dayanıklılık kuantum bilgisayarların, hata düzeltmek için harcadığı işlem gücünü azaltarak geliştirilmesine olanak sağlayabilir.
Kouwenhoven’in çalışması henüz 2012 yılında keşfedilen eşsiz parçacıkların manipüle edilmesini temel alıyor. Bu başarılan birkaç etkileyici işten sadece biri. Örneğin aynı laboratuvarda Lieven Vandersypen, Intel’in desteği ile kuantum devrelerinin geleneksel silikon devre levhası kullanılarak nasıl üretileceğini gösterdi.
Kuantum bilgisayarlar günümüz şifreleme tekniklerinin çoğunu kolayca çözüp yerlerine kırılması imkansız yenilerini koyabilir, karmaşık optimizasyon sorunlarını çözüp makinelerin öğrenmesi için gerekli algoritmaları çalıştırabilir. Tüm bunlara ek olarak, kuantum bilgisayarlar henüz kimsenin öngöremediği yepyeni uygulamalar üretilmesinde kilit rol oynayabilir.
Gelecekte kuantum bilgisayarların kullanım alanları ile ilgili daha gerçekçi fikirlerimiz olabilir. Bugüne dek araştırmacılar tamamen programlanabilir 5 qubit bilgisayarlar ve 10 ila 20 qubit birçok test sistemi kurmayı başardılar. Bunlardan hiçbiri ciddi bir kapasiteye sahip değildi. Öte yandan Google’ın kuantum bilgisayar araştırmalarının başındaki isim olan Harmut Neven, ekibinin bir yıl içerisinde 49 qubit bir bilgisayar geliştirmeyi hedeflediğini belirtiyor. Yaklaşık 50 qubitlik bu seçim keyfi yapılmadı. Bu, kuantum bilgisayarların, klasik süper bilgisayarlar karşısındaki üstünlüğünün sınır çizgisi. Başka bir deyişle, en iyi süper bilgisayar 5 ile 20 qubit bilgisayarlarla aynı şeyleri yapabilirken 50 qubite yaklaşıldığında bu fiziksel olarak imkansız bir hal alıyor.
Kuantum bilgisayarları araştırmaları yapan herkesin hemfikir olduğu şey; 30-100 qubit arasındaki bilgisayarlar, yeterince kararlı çalıştıkları takdirde gerçekten değerli olacakları. Önümüzdeki 2 ile 5 yıl arasında da bu sistemler satışa sunulabilecek. Nihayetinde ise 100 bin qubit sistemlere ulaşıldığında bu, malzeme, kimya ve ilaç endüstrilerini temelden sarsacak ve moleküler düzeyde modellemeler yapılabildiği için yeni maddeler ve ilaçlar keşfedilmesine olanak sağlayacak. Bir milyon qubitlik sistem ise, henüz çalışma mantığını anlamak bile zor olsa da Neven’e göre önümüzdeki on yıl içerisinde ulaşılabilir bir yerde.
