Hakkında Künye

Yeni Oyuncaklarımız Olan Kuantum Bilgisayarları

Yıllardan beri işleyiş şekli değişmeyen bilgisayarlardan farklı olarak, onlara hız ve işlem kapasitesi bakımından fark atabilecek, bambaşka bir algoritmayla işleyen nur topu gibi yeni bir bilgisayar teknolojisi yolda. Ama bu bilgisayarlar üzerindeki araştırmalar için çok büyük bütçelere ihtiyaç duyuluyor, şöyle ki iki kubitliğini (kubitin ne olduğunu daha sonra açıklayacağım) üretmek bile 1 milyon dolar bütçe gerektirmekte. Buna ek olarak araştırmalar da daha yolun başında sayılır, özellikle de deneysel çalışmalar. Kuramsal çalışmalara gelince şimdiden kabul görmüş birkaç algoritma geliştirilmiş durumda. Peki, daha fazla işlem kapasitesi için bu kadar parayı daha ne sonuç vereceği belli olmayan bu bilgisayarlara harcamak doğru mu? Mevcut sistemler ihtiyacı karşılamıyor da mı bunlar üstünde uğraşıyoruz? Moore Yasası’nın* sınırlarına yaklaşıldığının düşünüldüğü şu günlerde galiba günümüz bilgisayarları bazı şeyler için yeterli değil. Mesela büyük sayıları asal çarpanlarına ayırma probleminde. Peter Shor** tarafından geliştirilen bir algoritmaya göre kuantum bilgisayarları asal çarpanlarına ayırma işlemini oldukça kısa sürede yapabilir. Yeterli sayıda kubite sahip olan kuantum bilgisayarları günümüzün süper bilgisayarlarının bile pes ettiği büyük sayıları (200–300 basamaklı sayılar) asal çarpanlarına çok kısa bir sürede ayırabiliyor. Sakın alt tarafı çarpanlarına ayırma falan diye düşünmeyin bu çok önemli bir konu, peki ne için? Şifreleme için… İnternette yaptığınız tüm şifreleme gerektiren işler için asal çarpanlarına ayırma çok önemlidir. Nasıl olduğu ise bambaşka bir yazının konusu… Peki, siz bu büyük sayıları çarpanlarına çok hızlı bir şekilde ayırabilirseniz ne olur ki? Tüm şifreleri kırabilirsiniz. Bu çok büyük bir güce sahip olduğunuz anlamına gelmektedir ve aynı zamanda da diğer şirketler ve ülkeler için ciddi bir tehlike oluşturuyorsunuz demektir. Tabiki de günümüzün büyük şirketleri bu rekabetten geri kalmak istemezler ve hatta ne kadar pahalıya mal olsalarda yatırımlarını kesmiyeceklerdir.

Günümüz bilgisayarları 1936’da Alan Turing tarafından temelleri atılan 1940’larda da Von Neuman tarafından geliştirilen bir algoritmayı kullanır ve aslında 3 tonluk atalarından çok da farklı değildir. Bilgisayardaki en küçük bilgi birimi bitlerdir ve bir bit ya 0 ya da 1 değerini alır. Kuantum bilgisayarlarında ise 0 ve 1’leri göstermek için elektronlar kullanılır. Mesela elektronun titreşim yönü yukarı doğruysa 1 değerini aşağı doğruysa 0 değerini alır ve kuantum bilgisayarları kuantum bit (kubit) diye adlandırılan birimlerden oluşur. Bunlar bitlerin aksine hem 0 hem de 1 değerini alabiliyorlar. Süper pozisyon (superposition) diye adlandırılan bir özellik sayesinde elektronlar 0 ve 1’in yanında ikisinin arasındaki bir değeri ya da her iki değeri de alabilir. Herhalde fizikçilerin bildiğimiz kurallardan çok farklı kurallarla işleyen bu dünyayı yönetmelerinin ne kadar zor olduğunu ve çalışmalarının yavaş gitmesinin sebeplerini daha iyi anlamışsınızdır. Peki, elektronların bu özelliği nasıl kullanılabilir? 8 bitlik bir bilgisayar 256 (2^8) ihtimalden birinde bulunabilirken 8 kubitlik bir kuantum bilgisayarı aynı anda 256 ihtimalin hepsinde birden bulanabiliyor. Farz edelim ki telefon numarasını bilmediğiniz arkadaşınızı yurdundan alıp dolaşmaya çıkaracaksınız. Danışmadan odasını arayacaksınız fakat ne yazık ki kaldığı odayı bilmiyorsunuz. Tek bildiğiniz şey ismi. Yapmanız gereken şey baştan başlayarak odalarda kalan kişilerin isimlerini kontrol etmektir. Klasik bilgisayarlar da bu yöntemi izlemektedir. Eğer paralel işlem kapasitesine sahipseniz işi işlemcilerinize paylaştırıp daha kısa sürede sonuca ulaşabilirsiniz. Kuantum bilgisayarları ise tüm girdiler kadar kendisinin kopyasını oluşturarak doğru sonuca ulaştıktan sonra diğer tüm yanlış olasılıkları yok ediyor ve bunları çok kısa bir sürede gerçekleştiriyor. Yani en azından kendilerinden beklenen şey bu… Kuantum dünyasının hayret verici başka bir özelliği de dolanıklıktır. Aralarındaki mesafe ne olursa olsun (isterse evrenin diğer ucunda olsun) dolanık iki parçacık birbirinin eşi gibi davranır. Mesela birinin titreşim yönü tersine çevrildiği zaman diğerinin de aynı anda (yani ışık hızından daha hızlı) titreşim yönü değişir. Fakat dışarıdan herhangi bir etki olması halinde bu özellikleri hemen kaybolur. Zaten kuantum bilgisayarlarının en büyük sorunu da yalıtım problemidir. Elektronların çevrelerindeki atomlarla etkileşime geçme eğilimleri çok fazla ve bu nedenle kuantum bilgisayarlarında bu sorun aşılamazsa bilgisayardan doğru sonuçlar elde etmek mümkün değil. Süper iletkenler konusundaki umut veren birkaç gelişme elektronların yalıtım sorunu çözecek gibi gözüküyor.

Fizikçilerin yeni oyuncağı kuantum bilgisayarlarının piyasaya çıkması hatta evlerimize girmesi oldukça uzun zaman alacak gibi görünüyor. Hatta bu çalışmalar sonuçlanır mı orası bile muallakta. Bill Gates’in yıllar önce “640 kb’lık hafıza herkese yeter.” dediği gibi kesin bir şeyler söylemek olanaksız. Ama şurası kesin ki kuantum bilgisayarları fizikçilerin ve IBM gibi büyük şirketlerin hayallerini süsleyecektir. Aynı zamanda yapılan çalışmalar bize kuantum dünyası hakkında çok şey öğretecektir. Eğer bu bilgisayarlar gerçek olursa unutulmaması gereken bir şey de bunların yol açacağı güvenlik tehdidine karşı önceden önlem almamız gerektiğidir.

*İntel şirketinin kurucularından Gordon Moore gözlemlerine dayanarak mikroişlemciler içindeki transistor sayısının her 18 ayda bir ikiye katlanacağını öngörmüştür. Daha fazla bilgi için bkz. http://tr.wikipedia.org/wiki/Moore_Yasas%C4%B1

**Peter Shor’un algoritması için bkz. http://en.wikipedia.org/wiki/Shor's_algorithm

Kaynaklar:



Mustafa İlhan
- 1 -