Size daha iyi hizmet verebilmek adına sitemizde çerezler bulundurmaktayız. Gizlilik Politikamızı öğrenmek için tıklayınız. Ayrıca kişisel verilerin koruması kanunu kapsamında TESAD ile iletişime geçen her birey, iletişim verilerinin paylaşılmasını ve ilgili TESAD birimlerince kullanılmasını kabul beyan ve taahhüt eder.
kuantum
Kaynak: Frankfurter Allgemeine Zeitung

Kuantum Bilgisayarlar, Kuantum Sıçramasını Uyguluyor

Federal Silahlı Kuvvetler Üniversitesi, şu anda Münih’teki kuantum bilgisayar merkezini genişletiyor. Fraunhofer kuruluşu, bu yıl ilk evrensel kuantum bilgisayarlarını faaliyete geçirmeyi planlıyor ve federal hükümet, Covid-19 ekonomik yardımının bir parçası olarak başlangıç finansmanı olarak iki milyar euro sağladı. Böylece kuantum bilgisayar, sürtünme kayıpları olmadan günlük yüksek performanslı hesaplamaya girebilecek. Bunun bariz şekilde yalnızca fiziksel olarak küçük bir adım olduğunu bilmesek bile bilgisayar dünyasında bir kuantum sıçraması olacaktır.

Kuantum programlamaya olan talep artıyor. Yatırım bankası Morgan Stanley’deki uzmanlar, 2025 yılına kadar dokuz milyar avroluk yıllık satış tahmininde bulunuyor. Kuantum bilgisayar pazarındaki durum dışarıdan kafa karıştırıcı görünüyor. Ayrıca, kuantum bilgisayar geliştiricileri projelerini katı bir gizlilik içinde yürüttükleri için de öyle görünüyor. Ancak, tek bir bildiri vermekten hoşlanıyorlar: Kuantum bilgisayar üreticilerinin tam sipariş defterleri vardır. D-Wave, kısa süre önce orduya ve araştırma kurumlarına yarım düzine kuantum bilgisayarı teslim edebildi.

IBM ve Google uzun zamandır kimin daha kısa sürede daha fazla kuantum biti (kübit) kullanıma sunabileceğini bulmak için bir yarış yürütüyor. Çinli internet holdingi, geliştirmede muazzam bir şekilde rakipleriyle arasını kapatıyor. Geliştirme mühendisleri, bakışlarını 127 kuantum bit sınırına koydu. Şu anda kimse onun bu yıl kırılıp kırılamayacağını bilmiyor. IBM, 2022 için 433 kübitlik bir kuantum bilgisayarı bile duyurdu.

Belirleyici Faktör, Kuantum Bitlerinin Kalitesidir

Kuantum bilgisayarların hesaplama gücü, her kuantum bitinde iki katına çıkmaktadır. Bu yüzden en çok kübite sahip bilgisayar yarışı heyecan verici olacaktır. İsviçre’nin Rüschlikon semtindeki IBM araştırma laboratuvarında kuantum bilgisayar geliştirme başkanı Heike Riel, “Bununla birlikte, kübit sayısı, sistemlerin performansını karşılaştırmak için iyi bir boyut değil.” diye açıklamaktadır.

İlk olarak, farklı türlerde kuantum bilgisayarlar bulunmaktadır. Böylece geliştiriciler, evrensel kuantum bilgisayarları, çok özel görevler için geliştirilen kuantum tavlayıcılardan ayırabilmektedir. Evrensel kuantum bilgisayarlarda da farklı uygulamalarla karşılaşmaktayız.

Riel, “Kuantum hacmi kıyaslandığında daha anlamlı çünkü belirli bir uygulama ile ne kadar kuantum hesaplama yapabileceğinizi görebilirsiniz.” diye açıklıyor. Belirleyici faktör, kuantum bitlerinin kalitesidir. Bu, örnek olarak; bir kuantum sisteminin hesaplanabilmesi için sabit kaldığı süreyi içerir. Buna “tutarlılık süresi” denir. Birbirine bağlanabilen kuantum bitlerinin sayısı da kuantum hacminin hesaplanmasına dahil edilir. Hata oranlarını olabildiğince düşük tutmak için, kuantum bitlerindeki arka plan gürültüsü ortadan kaldırılmaktadır. Geliştiriciler ayrıca bu arka plan gürültüsünü “Lärm” (gürültü; yaygara) ya da “Noise” (gürültü; bütünlüğü bozan anlamsız veri) olarak adlandırır.

Titreşimsiz ve Vakum Koşulları Altında

Kuantum bilgisayarlar, birkaç yıldır laboratuvarda tatmin edici sonuçlar vermektedir. Bununla birlikte, kırılgan kuantumları zararlı çevresel etkilerden korumak için çok fazla çaba harcanmaktadır. Titreşimsiz ve vakum koşulları altında kübitler, kriyostatlarda neredeyse mutlak sıfıra soğutulur. Bu koşullar altında kuantum bilgisayarlar çok istikrarlıdır. Son yıllarda endüstriyel uygulamaların sayısı katlanmıştır. Örnek olarak; ekonomistler de risk analizlerini kuantum bilgisayarlarda hesaplayabilmektedir. Ayrıca, malzemelerin özelliklerini hesaplamada özellikle iyidirler. Bu tür uygulamalar uçak yapımı, tıp ve otomotiv endüstrisinde büyük talep görmektedir.

Kuantum bilgisayarlar, kuantum fiziği yasalarını kullanır. Kuantum araştırmacısı Riel, “En küçük parçacıklar, moleküller bile kuantum fiziği yasalarına tabidir. Böylece moleküllerin özelliklerini gerçekten iyi hesaplamak için bir kuantum bilgisayar kullanılabilir.” diye açıklıyor. Cenevre’deki Avrupa nükleer araştırma merkezi CERN’in bilgisayar başkanı Federico Carminati, “Ancak, bu tür hesaplamalar için yeni analiz algoritmaları gerekli.” diyor. Bu arada, bu alanda çok kullanışlı yazılım kütüphaneleri ortaya çıktı. Ancak, bunun için geliştirme çabası yüksekti. Kuantum bilgisayarı laboratuvardan veri merkezine taşımak için bu engel aşıldı. Kuantum bilgisayarlar için yazılım geliştirme yöntemleri artık süper bilgisayarların geliştirilmesiyle aynı seviyededir.

Bununla birlikte, kuantum bilgisayarları programlamak, standartlaştırılmış programlama dillerinden daha çok makine programlamaya benzer. Geleneksel programlama dillerinin karmaşıklığı hala çok uzak çünkü kuantum algoritmaları, geleneksel bilgisayarların algoritmalarıyla doğrudan karşılaştırılamaz.

Kuantum bilgisayarlar ve süper bilgisayarların bir sorunu birlikte çözmesi beklendiğinde durum daha da karmaşık hale gelmektedir. Daha sonra, bireysel bilgi işlem görevleri doğrudan bir kuantum algoritmasına veya veri merkezindeki geleneksel bir algoritmaya aktarılmalıdır. Örneğin eczacılar, bir kuantum bilgisayarın yeni aktif bileşenlerin moleküler özelliklerini hesaplamasını sağlayarak yeni ilaçlar geliştirmek için her iki bilgisayarı da kullanabilir. Daha sonra, geleneksel süper bilgisayarda belirli etki mekanizmaları simüle edilebilir.

Bankalardan ve sigorta şirketlerinden analistler de son derece ilgilenmektedir. Örneğin, finansal matematikteki fiyat gelişmeleri üzerine hesaplamalar, süper bilgisayarlar ve kuantum bilgisayarlar tarafından meslektaş aritmetik çalışmasında verimli bir şekilde gerçekleştirilebilir. Bu tür hesaplamalar diferansiyel denklemlere dayanmaktadır. Kuantum mekaniği denklemlerine dönüştürülebilen denklemler, kuantum bilgisayarda hesaplanır. Gerisini süper bilgisayar halleder.

Veri Merkezlerinin İhtiyaçlarına Uyum Sağlama

Tabii ki, aynı zamanda kuantum hesaplama da simüle edilebilir ve böylece kuantum algoritmalarının geliştirilmesine yardımcı olabilir. Örneğin, Münih yakınlarındaki Garching’deki Leibniz veri merkezindeki araştırmacılar, bu konuda şimdiden deneyim kazanmayı başardılar. 42 kuantum bitli bir kuantum hesaplama simülatörü, Supermuc-NG adlı yüksek performanslı bilgisayarda bir süredir mevcuttur.

Diğer bir engel, kuantum bilgisayarların elektronik aksamını veri merkezlerinin ihtiyaçlarına uyarlamaktır. Riel, “Laboratuvarda kuantum işlemcileri incelediğimizde, doğal olarak elektroniklerin esnek olmasını istiyoruz.” diyor. Ancak, veri merkezinde farklı standartlar geçerlidir. Cihazın artık test için tam esnekliğe izin vermesi gerekmiyor.

IBM, 2019 yılında bir laboratuvar ortamı dışında kullanılabilecek ilk kuantum bilgisayarı piyasaya sürdüğünden beri, tüm elektronikler önemli ölçüde gelişti. Geliştirmeyi karakterize eden Riel, “Elektronik bileşenlerdeki gürültü azaltıldı ve elektronik parçalar küçültüldü.” diyor.

Yüksek Performanslı Bilgi İşlem ve Kuantum Hesaplamasının Karma Biçimleri

Hizmet olarak kuantum bilişim sunan bulut modelleri de artık düşünülüyor. Çok uzak olmayan bir gelecekte, kuantum hesaplama uygun fiyatlı ve bu nedenle orta ölçekli şirketler için bile ilgi çekici hale gelecektir. Buna ek olarak, kuantum bilgisayarlar büyük veri merkezlerinde özel bilgisayarlar olarak önemli bir rol oynayacaktır. Bunu yapmak için, kuantum bilgisayarın veri merkezi altyapısına takılması gerekir. Veri merkezlerinin kullanıcılarının ve müşterilerinin hangi gereksinim profillerine sahip olduğuna bağlı olarak, yüksek performanslı bilgi işlem ve kuantum hesaplamanın farklı hibrit biçimleri geliştirilecektir.

Bazı durumlarda, kriyostatlarıyla birlikte kuantum bilgisayarlar veri merkezlerinde kurulacak, ancak veri merkezleri kuantum hesaplamayı buluttan da alacaktır. Leibniz veri merkezi başkanı Dieter Kranzlmüller, “Kullanıcılarımıza hâlihazırda piyasada bulunan çeşitli kuantum bilgi işlem donanımlarına erişim sağlamak ve gerekli ekosistemi oluşturmak için çalışıyoruz.” diyor.

Hızlı İşlemciler

Hızlı işlemcili kuantum bilgisayarlar, dünyadaki en hızlı süper bilgisayarların bile çözemediği sorunları çözebilir. Çünkü büyük miktarda veriyi aynı anda işleyebiliyorlar. Geleneksel bilgisayarlardan tamamen farklı hesaplıyorlar. Geleneksel bir bilgisayar iki sayı eklemek isterse, önce çalışma belleğinden bir bit satırı alır, mantıksal operatör “ve” yi uygular ve ikinci sayıyı temsil eden ikinci bir bit satırı ekler. Eklemenin sonucunu bir bit satırında depolar. Bir kuantum bilgisayar da böyle bir görev için iki kuantum bit satırı kullanır. Ancak her kuantum biti, normal bitler gibi yalnızca sıfır veya bir değerine sahip olmakla kalmaz; aynı zamanda sıfır ile bir arasındaki herhangi bir değeri de alabilir.

Uzmanlar burada süper pozisyondan bahsediyor. Her kuantum biti teorik olarak sıfır ile bir arasındaki herhangi bir değeri alabildiğinden, her kuantum bit satırı büyük miktarda veri içerebilir. 20 kuantum biti olan bir kuantum bilgisayarda, böyle 16 megabaytlık bir seri alışılagelmiş bir bilgisayara tekabül eder bu da 2 ile 20 arası demektir. Yani 2 çarpı 2 çarpı 2 ve tamamı 20 kez gerçekleşir. 53 kübitte bu 2 ile 53 arası olur. Kuantum bilgisayarların bu kadar büyük miktarda bilgiyi işleyebilmesinin ve bu nedenle geleneksel süper bilgisayarlardan üstün olmasının nedeni de budur. İki kübite sahip kuantum bilgisayarlar, aynı anda olası bit durumunun gücüne göre 2 ile 2 arası kullanabilir, yani dört. 53 kuantum biti olan kuantum bilgisayarlar, aynı anda 2 olası bit durumunun gücüne, yani aynı anda birden fazla katrilyon bit durumu kullanabilir. Kuantum bilgisayarların bu tür hesaplamalarla başka bir avantajı daha var: Kuantum fiziğinin yöntemlerini kullanıyorlar, yani tek tek atomlar düzeyinde çalışıyorlar.

Yazar: Peter Welchering

Kaynak: F.A.Z.