Günümüzün bilgisayarları, sınırlarına neredeyse ulaştılar ve dünya çapındaki bilim insanları, işlem hızlarını 100 milyon kat artırabilecek bir makine olan ilk geçerli kuantum bilgisayarı yapmak için mücadele ediyorlar.
Bir kuantum bilgisayarın boyutunu büyütme konusunda karşılaşılan en büyük zorluk, hesaplamaları gerçekleştirmek için yeterli sayıda kuantum bitinin (kübit) nasıl dolanacağını çözmektir, fakat ABD’deki bilim insanlarından oluşan bir takım, nihayet bir çözüm bulmuş olabileceklerini söylüyor.
Kuantum bilgisayarlar, gelecekte veriyi işleme şeklimizde devrim yaratmaya koyuldular, çünkü bugünün bilgisayarlarının dayandığı ikili kodun 1’leri ve 0’larıyla sınırlı halde değiller. Bu ikili kod bizi geride tutuyor, çünkü sadece 1 ve 0’ların oluşturduğu bir bileşimi kullanabiliyorsanız, ne kadar hızlı olursanız olun, işlenebilecek olan sınırlı miktarda veri vardır.
Bunun yerine, kuantum bilgisayarlar kübitleri kullanırlar ve bunlar aslen 0, 1 veya ikinin bir ‘süperkonumu’nun halini alırlar. Bu yüzden herhangi bir zamanda sadece 1 veya 0 olabilen bitler olmak yerine, kübitler herhangi bir şey ve herşey olabilirler.
“Kuantum bilgisayarlar, kuantum ölçeğinde çalışan üç adet çok olağandışı özellik kullanırlar; hem parçacık hem de dalga olabilen elektronları, bir seferde birden fazla yerde bulunabilen nesneleri ve geniş uzaklıklarla ayrılmış oldukları zaman bile anlık bir iletişimi sürdürebilmelerini (‘dolaşıklık’ olarak adlandırılan bir özellik).”
Bu durum, kuantum bilgisayarların eş zamanlı olarak pek çok hesaplama yapabileceği anlamına geliyor ve böylece hiç abartısız, sınırsız potansiyele sahip oluyorlar. Fakat ilk önce onları nasıl inşa edeceğimizi çözmemiz gerekiyor.
Google’ın, kendi tartışmalı yeni D-Wave 2X kuantum bilişim makinesi hakkında söylediklerine rağmen, kimse ‘gerçek’ bir kuantum bilgisayar yapmayı başaramadı, çünkü büyük miktarda kübiti bir devre üzerinde dolaştırmak ve onları güvenli bir şekilde kontrol etmek çok zor.
Einstein’ın bir keresinde “belli bir mesafedeki hayaletsel eylem” diyerek alay ettiği kuantum dolaşıklığı, iki kuantum parçacığının derin bir şekilde bağlı hale gelip, aslında bir varlığı ‘paylaşır’ şekilde karşılıklı etkileşim kurduğu tuhaf bir olgudur.
Bu durum, bir parçacığa olan şeyin diğer parçacığı doğrudan ve hemen etkileyeceği anlamına gelir; ikisi birbirinden pek çok ışık yılı uzakta olsa bile.
Birbirine dolaşmış olan bir takım parçacığı bir yere getirmek, kuantum bilgisayarların gelişimi için çok önemlidir ve ABD’deki Penn State Üniversitesi’nde bulunan araştırmacılar, bunu yapabilecek bir yöntem bulduklarını söylüyorlar.
İlk önce, lazer ışınları kullanarak bir takım kuantum kuantum parçacığını beş adet istiflenmiş yüzeyden oluşan küpsel bir dizilişe zorlayarak, onları hapsedip tutmaya yarayacak olan üç boyutlu bir kafes düzeni oluşturmuşlar. PC World dergisinden Katherine Noyes, bunu her katmanın içinde atom ızgaralarının tutulduğu beş katmanlı bir sandviç gibi düşünmemizi söylüyor.
Devredeki her katman 25 tane eşit aralıklı atom tutuyor ve hepsi gerekli konumda olduğu zaman, kübik dizilimdeki diğer atomların durumlarını etkilemeden tekil kübitleri bir kuantum halinden diğerine geçirmek için mikrodalgalar kullanılıyor.
“Bilim insanları, dizilimdeki muhtemel konumların bazılarını, pozitif veya negatif yük içermeyen nötr sezyum atomlarından oluşan kübitlerle doldurdular. Ardından, kafesteki tekil atomları hedef almak için çapraz lazer ışınlarını kullanarak, bu atomların enerji seviyesinde bir değişime neden oldular.
Bilim insanları bunun ardından bütün dizilişe tekdüze bir mikrodalga uyguladıkları zaman, değişmiş enerji seviyelerine sahip olan atomların durumları değişirken, diğer tüm atomların durumları aynı kaldı.”
Fizikçi David S. Weiss tarafından önderlik edilen takım, Penn State Üniversitesi’nin harfleri olan P, S ve U harflerini hecelemek için, istiflenmiş yüzeylerin üçü boyunca, seçili olan atomların durumlarını değiştirerek bu tekil atomların kuantum durumlarını değiştirme yeteneklerini test ettiler.
Weiss bir basın bülteninde şöyle aktarıyor: “PSU atomlarının kuantum süperkonumlarını, dizilimdeki diğer atomların kuantum süperkonumlarından farklı olacak şekilde değiştirdik. Epey yüksek doğruluklu bir sistemimiz var. Yaklaşık yüzde 99.7’lik bir güvenilirlik ile hedefli seçimler yapabiliyoruz ve bunu daha çok yüzde 99.99 gibi yapmak için bir planımız var.”
Öyleyse, sıradaki adım kuantum bilgisayarlar mı?
Maalesef, burada iki büyük kısıtlama bulunuyor; sistemin ciddi şekilde büyütülmesi gerekiyor, çünkü 125 tane atom, gerçek dünyada bize pek fayda sağlamayacak ve sistemde kullanılan kuantum parçacıklar birbirine bağlanmadı. Geçen ay Çinli fizikçiler yeni bir dünya rekoru kırmak için 10 foton çiftini kuantum ölçeğinde bağladıklarında, birden çok parçacağı bağlamanın zor olduğunu öğrendik.
Fakat Weiss’in takımı, hem ölçek hem de hayaletimsi bağlanma eylemi konusunda, sahip oldukları sistemin üzerine ekleme yaparak onu geliştirebileceklerinden emin.
“Konum başına tam olarak bir atomla küpü doldurmak ve seçtiğimiz konumlardan herhangi birindeki atomlar arasında bağ oluşturmak, kısa vadeli araştırma hedeflerimiz arasında bulunuyor,” diyor.
Geleceğin bilgisayarları için şans diliyoruz.
Sonuçlar Science bülteninde yayınlandı.
Kuantum bilgisayarlar geleceğin teknolojisi.Çok hızlı ve karmaşık bir sistemle çalşıyorlar.Bir de bu teknoloji telefonlara eklenebilecek kadar küçülebilirse bu devrim niteliğinde olabilir.