- 17 Kas 2020
- 923
- 507
Kuantum tanımı: Ne kadar, ne büyüklükte anlamına gelir ve Türkçe tam karşılığı “miktar”dır.
Qubit / Qbit / Kübit Tanımı: Kuantum bilişim sistemlerindeki temel bilgi birimidir. Ayrı olan iki durumun kombinasyonunu sağlamak için kuantum mekaniğinin süperpozisyonunu kullanır.
Süperpozisyon: Kuantum sistemi düşünülüğünde aynı anda birden fazla durumda olmaktır.
Kuantum internet denilen şey, kuantum durumuyla kodlanmış verilerin gönderilmesi, hesaplanması ve bu verileri alacak olan bilgisayarlarla kurulan ağdır. Bazı kesimler tarafından klasik internetin yerini alacağına inanılsa da bazı kesimler de kuantum şifreleme, kuantum bulut bilişim işlevlerinin kazanılmasını, klasik internetle çözülemeyen sorunların çözülmesini sağlayacağı düşünülür. Biliminsanları ayrıca, bu sistemin özellikle finansal risk analizi, veri şifreleme, varlıkların özelliklerinin incelenmesi konusundaki değişkenlerle ilgili sorunların çözümünde büyük katkı sağlayacağına inanıyor.
Global ağın kuantum internet ile geliştirilmesinin ağ güvenliği sorunlarının çözümünde etkili olacağı düşünülüyor.
Örnek Kuantum Bilgisayarlar:
Google’ın Kuantum bilgisayarı Sycamore ismini taşır. NASA ve Ridge Ulusal Laboratuvarı çalışmaları sırasında anlaşıldı ki bu bilgisayar, dünyanın diğer süper bilgisayarlarının bile binlerce yılda ancak çözebileceği durumu dakikalar içinde çözebiliyor. Ayrıca araştırmacılar, dünyanın en güçlü süper bilgisayarı olarak bilinen Frontier’ın yaklaşık 47 yıl süreceği düşünülen görevi, Sycamore tarafından birkaç saniyede tamamladığını öne sürüyor. IBM de, kuantum bilgisayarını 433 kübit işlemcisi (QPU) olarak 2022’de tanıtmıştı. Daha sonra da 1121 kübit’lik çip ile yeni nesil kuantum bilgisayarını tanıttı.
0 ve 1’in Kuantuma Göre Açıklanışı:
Bilgisayarların dijital anlamda yapı taşları 1 ve 0 rakamlarıdır. Yapıtaşı denilince atom’u hatırlatmadan geçmeyelim. 1 ve 0’ları da atomun elektron, proton ve nötron’larına benzetirsek artı (+) yüklü proton’u 1; eksi (-) yüklü elektron’u veya yüksüz (nötr) olan nötron’u 0 gibi düşünebiliriz. Kuantum mekaniğine /fiziğine de biraz değinirsek kuantum internetin nasıl çalıştığı daha net anlaşılabilir. Kuantum fiziğinde özellikle belirsizlik ilkesi; bir şeyin hem olabileceğini hem olmayabileceğini hem de her iki olasılığın da aynı anda olabileceğini ifade ettiği için kuantum bilgisayarlarının qubit sistemlerindeki veri bitlerinin ya 1 ya 0 ya da her ikisi birden olabileceği durumunu açıklar.
Kuantum İnternet ve Kuantum Dolanıklılığı:
Fiber optik altyapı ile kuantum internet bağlantısı kurulabileceği imkânının olduğunu gösteren Alman biliminsanları, kuantum dolaşıklık ilkesini internet dünyasında bu şekilde kullanmış oldu. Kuantum dolaşıklık terimi, birbirinden ayrı ve uzak mesafelerde bulunan iki benzer parçacığın birbirini eşzamanlı olarak etkilemesini ifade eder. Bu da işlem hızını muazzam seviyelere çıkarır.
Kübitlerin internet bağlantısını hızlandırması, kübit sayısının artmasıyla katlanarak ölçeklenmesi, sonsuz sayıda kuantum olasılığının oluşması ve bunları manipüle etmesiyle (yönlendirmesiyle) sağlanır. Bu durum, kübitin başka bir kübitle bağlantılı halde dolaşıma girmesiyle oluşur ve bu oluşum sağlandığında bir kübit verisi, kübitler arası mesafe ne kadar olursa olsun anlık olarak diğer kübite aktarılır, bu yüzden bilgi işleme süreci çok hızlanır.
Hız ve Potansiyel Güç
Kuantum bilgisayarların bilgiyi çok hızlı ve kapsamlı şekilde işlemesi; kuantum internetin de verileri hayallerdeki gibi hızlı şekilde aktarmasını sağlar. Bu da demek oluyor ki günümüzün bilindik süper bilgisayarlarının bile yıllarca çözemeyeceği bazı sorunları çok daha kısa sürelerde çözebilmektedirler.
Kuantum bilgisayarın, standartların çok çok üstünde potansiyel edinebilmesi için kuantum bit’lerin aynı anda birden fazla durumu kabul etmesi, kuantum bilgisayarının çok sayıda olasılığı aynı anda işlemesini sağlar.
Google, 2019’da yaptığı duyuruda, 53 bit’lik Sycamore kuantum bilgisayarının, dünyanın en hızlı süper bilgisayarının ortalama 10 bin yılda tamamlayabileceği görevi yaklaşık 200 saniyede çözerek süper bilgisayarın gücünü aştığını belirtmiştir. Yine de Google’ın son sisteminde 70 kübit mevcuttur ve Sycamore bu sayede karmaşık hesaplamaları klasik bilgisayarlardan çok yüksek oranda bir hızla yapabilme potansiyeline sahip oluyor.
Kuantum Anahtar Dağıtıcı ile Siber Güvenlik
Bu konuda Kuantum Anahtar Dağıtıcı (QKD) ile sağlanan istemci (client) ve sunucu (server) arasındaki veri alışverişi sırasındaki sızma girişimine karşı sıfır’lar ve bir’lerden oluşan zincirin veya anahtarın değişmesiyle güvenliğin sağlanması söz konusudur.
Kuantum anahtar dağıtımı hâlihazırda kullanımdadır, fakat kuantum ağının tüm etkileri henüz bilinmemektedir. Bazı araştırmacıların, gelecekte bireylerin kişisel kuantum bilgisayarlar edinebileceklerine dair şüpheleri var. Yani sadece bulut hizmetleri yoluyla erişilebileceğini düşünüyorlar ve akademik kurumlar ve özel şirketlerde bulunabileceğinin teorisini öne sürüyorlar.
Şimdilik bilinen odur ki, kuantum bilgisayarlarla karmaşık bir ağ yapısı oluşturulmasıyla birlikte hack’lenemeyen şifreli mesajlar gönderilmesi, kuantum saatlerinin kullanılmasıyla da bağlantının uzun mesafelerde de en iyi şekilde sağlanan senkronizasyonda tutulması, karmaşık sorunların tek bir kuantum bilgisayarla çözümleme yapılabilmesi durumlarını sağlayabilir. Tabi bunlar sadece bilinen gelişmelerdendir ve gelecekte kuantum ağlarının çok daha dikkat çekici etkilerinin olasılığı yüksektir.
Klasik bilgisayarların yorumlayamayacağı durum veya verileri kuantum bilgisayarlar yorumlayabilir. Günümüz standart / dijital bilgisayarlardaki işlemler, 0 ve 1 değerlerinden birini kapsayan “bit” birimi aracılığıyla çalışır. 1 değeri var, olumlu, açık vb. demek olabilirken 0 ise yok, olumsuz, kapalı vb. anlama gelebilir, hatta tam tersi de olabilir. Bu anlamda bilgisayar dilinde üçüncü bir durum söz konusu değildir. “Bit” yapısı, kuantum bilgisayarlarda ise “qubit” (kübit) isimli “kuantum bit” yapısı şeklinde öngörülür. Klasik bit sisteminde 0 ve 1 durumlarının herhangi birinin olma zorunluluğu varken qubit sistemde bu zorunluluk yoktur. Yani herhangi bir ölçüm yapılmadığı sürece işlemler veya veriler aynı anda hem 0 hem 1 olabilir ya da hiçbiri olamayabilir. Bu yüzden kuantum mekaniğini temel alan qubit sistemi, kuantum bilgisayarları dünyanın en güçlü bilgisayarları durumuna getirmiştir.
Başka şekilde ifade edersek kullandığımız standart bilgisayar, tablet, telefon vs cihazların işlem güçleri 0 ve 1’i bit sistemine göre işler. Klasik bilgisayarlar 0 ve 1’i ayrı ayrı kullanırken kuantum bilgisayarlar bunları hem ayrı ayrı hem de aynı anda kullanabilir.
Kuantumun temeli, bir atom altı parçacığın (foton, bozon, mezon vs.) durumunun gözlemlenene kadar belirsiz olması durumuna dayanır. Bu da kuantum fiziğinde “süperpozisyon” adını alır. Bu temel kapsamında düşünüldüğünde kuantum bilgisayarlar bit yerine qubit (kübit) kullanırlar. Qubit sistemde de oluş durumu, gözlemlenene kadar atom altı parçacığın durumu hem 0 hem 1’dir. Bir qubit, 0 ve 1 arasında sonsuz değer alabilir ve bu da qubit’in dönüş (spin) yönüne bağlıdır. Kuantuma diğer açıdan baktığımızda da kuantum dolanıklılık kavramı karşımıza çıkar. Bu ilkeye göre iki benzer atom altı parçacığın eşzamanlı şekilde - aralarında ne kadar mesafe olursa olsun - birbirinden etkilenmeleri ifade edilir.Buradan anlaşılıyor ki kuantum bilgisayar ve internet ağının birbirinden ayrıldığı en belirgin özellik budur.
Kuantum internet, iyileştirilmiş konumlandırma sistemleri için tasarlanmış saat senkronizasyonu veya karmaşık hesaplamalar uzak mesafelerde bulunan işlemcileri bağlama özelliğini taşır. Dünya üzerinde herhangi iki yer arasında kuantum iletişimi sağlanmaya çalışılır. Geleceğin kuantum interneti için yapı taşları sürekli sağlanır. Sistemin kontrol altında olabilmesi için programlanabilir kuantum ağ için yazılımlar geliştirilir.
Kuantum Bilgisayarlar Hangi Alanda kullanılır?
Kuantum bilgisayarların kullanımının tercih edildiği alanlar için malumdur ki hız ve işlem çözümünün güçlü olması çok önemlidir. Bu alanlar da çoğunlukla akışkan simülasyonlar, finans, uzay ve güvenlik sektörü, sağlık hizmetleri, enerji ve çevre sistemleri, akıllı teknolojiler vb’dir. Bu ve bu gibi alanlarda çalışan işletmeler veri analizi konusunda kuantum sistemden faydalanırlar.
