Kuantum bilgisayarları en az birkaç yıldır duyuyoruz. Ama bu ne? Kuantum bilgisayar ne işe yarar? Bugün her şey basit kelimelerle ilgili.
Kuantum bilgisayar birçok araştırmacının büyük umutlar beslediği ve bilimin gelişimine olumlu etki yapacağını umduğu bir buluş. Ancak kuantum fiziğinin nasıl çalıştığını anlamak çok zordur. Hatta bazı fizikçiler, mevcut "kuantum bilgisayarların" böyle adlandırılmasının gerekip gerekmediğinden bile şüphe duyuyorlar. Kuantum hesaplamanın kullanılmasındaki en büyük engel, kuantum makinelerinin ortamındaki en küçük değişikliklerden bile etkilenen çok sayıda hatadır. Şimdiye kadar, kuantum bitlerinin potansiyelinden tam olarak tatmin edici bir şekilde yararlanmayı henüz başaramadık. Bugün bu kuantum bitleri hakkında neyin özel olduğunu bulmaya çalışacağız.
Kuantum bilgisayarlar var mı?
Herhangi bir gerçek bilim adamının özü, güvenmemek ve her zaman kontrol etmektir. Bu sözleri daha öğrenciyken hatırladım. Ve bir kereden fazla bu ifadenin doğruluğundan emin oldu. Bu aynı zamanda "kuantum bilgisayarlar" için de geçerlidir. Bu bilgisayarların adını neden alıntıladım? Hadi bulalım.
Kuantum bilgisayarlar çok karmaşık bir konu ama ben bunu olabildiğince basitleştirmeye ve onlardan erişilebilir bir şekilde bahsetmeye çalışacağım. Bugün bile bilim adamları, fizikçiler ve mühendisler, dünyanın herhangi bir yerinde çalışan bir kuantum bilgisayarının var olup olmadığı gibi basit görünen bir soruyu tartışabilirler. "Ama sonuçta, IBM gibi şirketler kuantum bilgisayarları hakkında nasıl övünüyorlar!" - birisi diyebilir. Ve o haklı olacak. IBM'in gerçekten bir kuantum bilgisayarı mı yarattığı yoksa cihazını basitçe "kuantum bilgisayar" mı olarak adlandırdığı açık bir soru olarak kaldı.
Arkadaşlarımdan biri, kuantum bilgisayarların alıştığımız bilgisayarlardan ne kadar farklı olduğunu basit kelimelerle açıklamamı istediğinde, genellikle basit bir karşılaştırma kullanırım. Klasik bilgisayarlarımız (örneğin PK, dizüstü bilgisayarlar ve akıllı telefonlar) mumlar, kuantum bilgisayarlar ise ampullerdir. Her ikisinin de amacı aynıdır - akkor lambalar ve mumlar için ışık yaymasıdır ve bilgisayarlar için hesaplamalar içindir. Ancak her iki durumda da amaca tamamen farklı şekilde ulaşılır ve sonuç farklıdır. Basitçe söylemek gerekirse, kuantum bilgisayar modern bilgisayarların sadece geliştirilmiş bir versiyonu değildir, tıpkı bir ampulün sadece daha büyük bir mum olmadığı gibi. Mumları giderek daha iyi yaparak bir ampul oluşturamazsınız. Ampul farklıdır teknoloji, daha derin bilimsel anlayışa dayalı. Aynı şekilde, bir kuantum bilgisayar, kuantum fiziğine dayalı yeni bir cihaz türüdür ve ampulün toplumu değiştirmesi gibi, kuantum bilgisayarlar da güvenlik ihtiyaçları, sağlık hizmetleri ve hatta İnternet dahil olmak üzere hayatımızın birçok yönünü etkileyebilir.
Yani, bilgisayarları ampullerle karşılaştırmaya devam edersek, o zaman "kuantum Joseph Swan" (ilk işlevsel akkor ampulün yaratıcısı) henüz ortaya çıkmadı ve şimdiye kadar bilim, basit bir deyişle, yapmaya çalışıyor. ne kadar parladığını kontrol ederek "kırmızı ve sıcak bir şey". Kuantum bilgisayarların nasıl çalıştığının bazı teorik temellerini biliyoruz, ancak gelişimlerinin önünde hala çözülmeyi bekleyen büyük engeller var.
Dünyanın dört bir yanındaki araştırma merkezleri ve şirketler daha fazla test ve araştırma yürütüyor ve kuantum fiziği alanındaki uzmanlar, bu aşamada ulaşılması imkansız olan hedeflere ulaşmak için kullanabileceğimiz tam işlevli kuantum makinelerinin yaratılmasının açıkça onlarca yıl geçeceği konusunda hemfikir. yılların.
Şu anda kuantum bilgisayarları olarak adlandırılan makinelerin böyle bir ismi hiç hak etmediğine inanıyorum ve birçok bilim adamı benimle aynı fikirde olacak. Normal, klasik bir şekilde çözemeyeceğimiz hesaplamaları yapma veya problemleri çözme yeteneklerinden yoksundurlar.
Şu anda klasik bilgisayarların erişemediği sorunları çözecek bir kuantum makinesi yaratabilecek kadar teknolojik gelişmemize henüz ulaşmadık. Tabii ki Google veya IBM, klasik bir şekilde yapılması zor olan bazı veya diğer hesaplamalardan bahsediyorlar, ancak şu anda inandırıcı değiller.
Ayrıca okuyun: Çin de uzayı keşfetmeye hevesli. Peki nasıllar?
Kuantum nedir?
Zaten "kuantum" nedir? Fiziksel bir nesne değildir. "Kuantum" terimi, fizikte bir şeyin mümkün olan en küçük bölümünü tanımlamak için kullanılır. Böylece bir "kuvvet kuantumuna", bir "zaman kuantumuna" veya bir "parçacık kuantumuna" sahip olabilirsiniz. Bu yolu takip ederek, "kuantum fiziği" ve "kuantum mekaniği" gibi terimlere, yani atomlar ve hatta tek tek kuarklar düzeyinde olabilecek en küçük etkileşimler veya sistemlerle ilgilenen bilim dallarına ulaşacağız.
Ve şimdi kübit'e (kuantum biti), yani "kuantum bilgisinin en küçük ve bölünemez birimi"ne ulaştık. Aynı zamanda, klasik bilgisayarların (bit kullanarak) ve kuantum bilgisayarların (kübit kullanarak) hesaplamaları nasıl yaptığındaki benzerlikleri ve farklılıkları anlatan ilk noktaya da geliyoruz.
Klasik bilgisayarlarda her bilgi parçası birler ve sıfırlar dizisi olarak saklanır. Bu tür bilgiler bir bilgisayar, konsol, akıllı telefon tarafından algılanır ve yorumlanır, akıllı saat ve akıllı televizyon, bu bilgiler üzerinde gerçekleştirilen işlemlere benzer. İster tatil fotoğraflarına bakıyor, ister arkadaşlarla sohbet ediyor, en yeni oyunu oynuyor veya gelişmiş kriptografik hesaplamalar yapıyor olun, her şey 0'ların veya 1'lerin olduğu ve başka hiçbir şeyin olmadığı bir ikili sistemde gerçekleşir. Aslında, daha çok klasik bir evet ya da hayır gibidir.
Sınırlarına ulaştığımızda bu sistemin ne kadar verimsiz olduğu görülebilir. Akıllı telefonlarımızda başka bir özçekim için yerimiz kalmamış olsun ya da bilim adamları bir pandeminin gelişiminin matematiksel modellerini oluşturmaya çalışsın, sorun şu ki çok fazla sıfır ve bir var ve bunları depolamak için kaynaklar ve bunları kaydedecek güç var. bunları hesaplamak mevcut değildir.
Qubit bu sorunu çözer. Bu bilgi parçası, kuantum fiziğinin sözde süperpozisyonda kalmasına izin veren özelliklerini kullanır. Bir kübit, 0 ile 1 arasında herhangi bir değer alabilir. Tüm spektrumun özelliklerini taşır ve yüzde 15 sıfır, yüzde 85 bir gibi değerlere sahip olabilir. Teorik olarak bu, çok daha fazla bilgi kaydetmenize veya hesaplamaları hızlandırmanıza olanak tanır. Ancak aynı zamanda, kontrol edilmesi ve hatta anlaşılması zor olan birçok sorun ortaya çıkar.
Kuantum bilgisayarların, hesaplama gücünün ek ölçeklendirilmesine izin veren bir başka özelliği de kuantum dolaşıklığının kullanılmasıdır. Bu, iki kübitin birbirine bağlı olduğu bir durumdur ve bunlardan birini her gözlemlediğimizde, diğeri tam olarak aynı durumda olacaktır. Dolaşıklık, bilgi kaydetmek ve işlemek için kübitlerin daha da verimli birimler halinde gruplandırılmasını sağlar.
Ayrıca okuyun: Biyohackerlar kimlerdir ve neden gönüllü olarak kendilerini hacklerler?
Kuantum ekipmanı
Bir kuantum bilgisayarı üç ana bölümden oluşur: kübitleri depolamak için bir alan, kübitlere sinyal iletmek için bir yöntem ve bir programı çalıştırmak ve talimat göndermek için klasik bir bilgisayar.
Kübitleri oluşturan kuantum materyali hassastır ve çevresel etkilere karşı son derece hassastır. Bazı kübit depolama yöntemleri için, kübitleri barındıran birim, tutarlılıklarını en üst düzeye çıkarmak için mutlak sıfıra yakın bir sıcaklıkta tutulur. Diğer kübit depolama türleri, titreşimi en aza indirmek ve kübitleri stabilize etmek için bir vakum odası kullanır.
Mikrodalgalar, lazerler ve elektrik voltajı gibi kübitlere sinyal iletmek için çeşitli yöntemler vardır.
Kuantum bilgisayarların normal işleyişini kurabilmek için birçok problemin çözülmesi gerekmektedir. Kuantum bilgisayarlarla ilgili önemli bir sorun, hata düzeltmedir ve ölçekleme (daha fazla kübit ekleyerek) frekanslarını daha da artırır. Bu sınırlamalar nedeniyle, masanızda bir kuantum kişisel bilgisayar hala uzak bir gelecek, ancak yakın gelecekte ticari kuantum bilgisayarlar kullanılabilir hale gelebilir. Bunun hakkında daha ayrıntılı konuşalım.
Kuantum bilgisayarların sorunları
Ancak, kuantum bilgisayarların büyük bir sorunu var. Yani, bilim adamlarının kullanımlarıyla ilgili büyük bir sorunu var, çünkü özel özellikleri sayesinde kübitler, onlardan herhangi bir veriyi doğru bir şekilde okuyabilmek için yeterince sakin bir ortama ihtiyaç duyuyor. Her, en küçük ihlal bile bilgilerin doğru bir şekilde okunmasını imkansız hale getirecektir.
Klasik bilgisayarlar söz konusu olduğunda, benzer bir problem geçmişte de önemli bir rol oynamıştır, ancak bugün o kadar önemsizdir ki, akademik bilimde bile genellikle göz ardı edilmektedir. Hata oranından bahsediyoruz. Bitlerin veya kübitlerin ne kadarının bozulabileceğini belirleyen bir göstergedir. Bu, örneğin aşırı gerilim veya diğer arızalar sırasında olabilir.
Klasik cihazlar için hata olasılığı yaklaşık olarak bire birdir. 1017 biraz Kuantum bilgisayarlar söz konusu olduğunda, bu hala birkaç yüz bilgisayardan biridir. Ve bu, kuantum bilgisayarların en izole koşullarda ve -272 santigrat derece sıcaklıkta, yani mutlak sıfırın biraz üzerinde çalıştığı bir durumda. Herhangi bir sıcaklık dalgalanması, elektromanyetik alandaki değişiklikler ve hatta hareket bile tüm hesaplamayı bozar.
Başka bir sorun, kuantum durumlarının "kararsızlığı"dır. Bir kuantum durumunu her ölçtüğümüzde veya bozmak istediğimizde, sıfır ve bir olmak üzere iki konumdan birine döner. Bu durumda, kuantum durumu bozulacaktır. Bu sürece kuantum eşevresizliği denir.
Bunu şöyle düşünün: Kuantum bilgisayar, karmaşık hesaplamalar yapan yetenekli bir matematikçidir ve sonuçları 0 ile 1 milyon arasındadır. Biz de bir şeyin çok fazla veya çok az olabileceğini anlayan bir çocuğuz. Ne zaman bir matematikçi 356 veya 670,23 gibi farklı sonuçlara sahip olabilse, dünya anlayışımıza göre bu sonuçların her biri, ikisi arasında belirli bir fark tanımlamadan az (1) veya çok (846) olarak sınıflandırılır. Bu kuantum eşevresizliğidir. Doğru bir hesaplama yapmanın tek yolu, matematik çalışmasını bitmeden garanti etmektir.
Ayrıca okuyun: Azim ve Yaratıcılık Mars'ta ne yapacak?
Kuantum bilgisayarları ne için kullanacağız?
Bugün, tıpkı 20 yıl önce olduğu gibi, kuantum bilgisayarların ne için kullanılabileceği, bir akıllı telefonun ne için kullanılabileceği sorusu ortaya çıkıyor. Elbette şimdiden bazı planlar ve varsayımlar var ama kübitlerin kullanımına ilişkin en ilginç yönler muhtemelen kuantum bilgisayarların yaygınlaşmasıyla netlik kazanacak.
Kriptografi, kuantum hesaplamanın en sık kullanıldığı en popüler alanlardan biridir. Mesele şu ki, bilgiyi çok güvenli bir şekilde iletme yöntemi olacak ve güvenlik, bilgi işlem süreçlerinin karmaşıklığına değil, bazı şeylerin imkansız olduğuna dair güven verecek olan fizik yasalarına dayanacak. Ve şu anda dinlemek, casusluk yapmak, kesmek imkansız olacak.
Bu durumda güvenlik, daha önce açıkladığım gibi, gözlemlendiği anda süperpozisyon özelliklerini göstermeyi bırakan kübitlerin çok fiziksel özellikleri tarafından garanti edilir. Bu nedenle, şifrelenmiş mesajı engellemeye veya hatta kopyalamaya yönelik herhangi bir girişim, onu basitçe yok edecektir.
Kuantum bilgisayarlar, doğal süreçleri daha iyi anlamamıza da izin verebilir. Süperpozisyonun "kaosu", örneğin DNA'daki mutasyonları ve dolayısıyla hastalık ve evrimin gelişimini çok daha iyi yansıtır. Kuantum hesaplama bugün yeni ilaçlar yaratmak için kullanılıyor.
Belki de veri ışınlaması için kuantum bilgisayarların kullanımı hakkında konuşmak mantıklıdır. Evet, tam olarak verilerin ışınlanması ve muhtemelen bir kişi. Bilgileri fiziksel olarak aktarmadan bir yerden bir yere ışınlayabileceğiz. Kulağa fantezi gibi geliyor, ama mümkün, çünkü kuantum parçacıklarının bu akışkanlığı, zaman ve uzayda dolanabilir, böylece bir parçacıktaki bir değişiklik diğerini etkileyebilir ve bu, ışınlanma için bir kanal yaratır. Bu zaten laboratuvarlarda gösterildi ve geleceğin kuantum internetinin bir parçası olabilir. Henüz böyle bir ağımız yok, ancak bazı bilim adamları zaten bu olasılıklar üzerinde çalışıyor ve bir kuantum bilgisayar üzerinde bir kuantum ağı simüle ediyor. Ağ kullanıcıları arasında ışınlanma ve verimli veri aktarımı ve hatta güvenli oylama gibi ilginç yeni protokoller geliştirmiş ve uygulamışlardır.
Kuantum bilgisayarların çeşitli durumları simüle etmek ve ilaçlar ve aşılar dahil olmak üzere sorunlara çözüm bulmak için kullanılması gerektiği de söylenmelidir. Örneğin, koronavirüs gibi pandemiler sırasında, seçeneklerin daha hızlı hesaplanması ve hesaplanması gerektiğinde. Burada klasik bir bilgisayarda yapılamayan kuantum modelleme olasılığını kullanabilirsiniz. Yeni bir hastalık ortaya çıktığında, tedavi bulma süreci yaklaşık 15 yıl sürer ve 2,6 milyar dolara mal olabilir. Bazı hastalıklarda, donör olma olasılığı yüksek olan yalnızca yüzlerce umut vadeden bireyi belirlemek için milyonlarca molekülü süzmek gerekir. Ardından, test sırasında, diğer şeylerin yanı sıra, davranışın yanlış tahmin edilmesi ve örnekleme sınırlamaları nedeniyle moleküllerin yaklaşık %99'u düşer. Kuantum bilgisayarların ön plana çıkacağı yer burasıdır.
Ve bunlar hala kuantum fiziği kullanılarak neler başarılabileceğine dair harika fikirlerden sadece birkaçı. Şu anda, onun kaprisli karakterini bir dereceye kadar evcilleştirmeyi başarıyoruz, ancak tüm gelişmeler hala başlangıç seviyesinde. Gerçek bir kuantum bilgisayarın yaratılması ve kitlesel uygulaması hala oldukça uzakta, ancak ilerleme durmuyor. Bu nedenle, belki yaklaşık on yıl içinde bu makaleyi bir kuantum bilgisayar yardımıyla okuyacak ve küçümseyici bir şekilde gülümseyeceksiniz.
Ayrıca okuyun:
Çoch sağ olun, modern hafıza cihazlarımızı kullanın