Muhammed Osman / 7 Ocak 2025
Kuantum bilişim alanı son yıllarda hızlı bir büyüme yaşıyor, teknolojik gelişmeler ve büyük ölçekli yatırımlar düzenli olarak haberlere konu oluyor.
Birleşmiş Milletler, 2025 yılını Kuantum Bilimi ve Teknolojisi Uluslararası Yılı olarak ilan etti .
Kuantum bilgisayarlara sahip olmak, bugün sahip olduğumuza kıyasla muazzam veri işleme gücüne erişim anlamına gelir. Normal bilgisayarınızın yerini almayacaklar, ancak bu tür harika bir bilgi işlem gücüne sahip olmak tıp, kimya, malzeme bilimi ve diğer alanlarda ilerlemeler sağlayacaktır.
Bu nedenle kuantum bilişiminin hızla küresel bir yarışa dönüşmesi ve dünyanın dört bir yanındaki özel sektör ve hükümetlerin dünyanın ilk tam ölçekli kuantum bilgisayarını inşa etmek için acele etmesi şaşırtıcı değil. Bunu başarmak için öncelikle kararlı ve ölçeklenebilir kuantum işlemcilere veya çiplere ihtiyacımız var.
Kuantum çipi nedir?
Günlük bilgisayarlar -dizüstü bilgisayarınız gibi- klasik bilgisayarlardır. Bilgileri ikili sayılar veya bitler biçiminde depolar ve işlerler. Tek bir bit 0 veya 1’i temsil edebilir.
Buna karşılık, bir kuantum çipinin temel birimi bir kübittir. Bir kuantum çipi birçok kübitten oluşur. Bunlar genellikle elektronlar veya fotonlar gibi atom altı parçacıklardır ve özel olarak tasarlanmış elektrik ve manyetik alanlar (kontrol sinyalleri olarak bilinir) tarafından kontrol edilir ve manipüle edilir.
Bir bitin aksine, bir kübit 0, 1 veya her ikisinin bir kombinasyonu durumuna, yani “süperpozisyon durumuna” yerleştirilebilir. Bu belirgin özellik, kuantum işlemcilerin son derece büyük veri kümelerini en güçlü klasik bilgisayardan bile kat kat daha hızlı depolamasına ve işlemesine olanak tanır.
Kübitleri yapmanın farklı yolları vardır – süperiletken aygıtlar, yarıiletkenler, fotonik (ışık) veya diğer yaklaşımlar kullanılabilir. Her yöntemin kendine göre avantajları ve dezavantajları vardır.
IBM , Google ve QueRa gibi şirketlerin hepsinin 2030 yılına kadar kuantum işlemcilerini önemli ölçüde ölçeklendirmek için yol haritaları var.
Yarı iletken kullanan endüstri oyuncuları arasında Intel ve Diraq ve SQC gibi Avustralyalı şirketler yer alır . Önemli fotonik kuantum bilgisayar geliştiricileri arasında PsiQuantum ve Xanadu yer alır .
Qubit’ler: kalite mi, nicelik mi?
Bir kuantum çipinin kaç kübite sahip olduğu, kübitlerin kalitesinden daha az önemlidir.
Binlerce düşük kaliteli kübitten oluşan bir kuantum çipi, hiçbir yararlı hesaplama görevini yerine getiremeyecektir.
Peki kaliteli bir kübit nasıl olur?
Kübitler istenmeyen bozulmalara, yani hatalara veya gürültüye karşı çok hassastır. Bu gürültü, üretim sürecindeki kusurlar, kontrol sinyali sorunları, sıcaklıktaki değişiklikler veya hatta kübitin çevresiyle etkileşim dahil olmak üzere birçok kaynaktan gelebilir.
Hatalara yatkın olmak, bir kübitin güvenilirliğini azaltır, buna sadakat denir. Bir kuantum çipinin karmaşık hesaplama görevlerini yerine getirmek için yeterince uzun süre kararlı kalması için yüksek sadakatli kübitlere ihtiyacı vardır.
Araştırmacılar farklı kuantum çiplerinin performanslarını karşılaştırırken kullandıkları önemli parametrelerden biri de kübit sadakatidir.
Hataları nasıl düzeltebiliriz?
Neyse ki mükemmel kübitler inşa etmemize gerek yok.
Son 30 yıldır araştırmacılar, soyut bir “mantıksal kübit” kodlamak için birçok kusurlu veya düşük doğruluklu kübit kullanan teorik teknikler tasarladılar. Mantıksal bir kübit hatalardan korunur ve bu nedenle çok yüksek doğruluğa sahiptir. Yararlı bir kuantum işlemcisi birçok mantıksal kübite dayanacaktır.
Hemen hemen tüm büyük kuantum çip geliştiricileri artık bu teorileri pratiğe döküyor ve odaklarını kübitlerden mantıksal kübitlere kaydırıyorlar.
2024 yılında Google , QueRa , IBM ve CSIRO dahil olmak üzere birçok kuantum hesaplama araştırmacısı ve şirketi kuantum hata düzeltmeleri konusunda büyük ilerleme kaydetti .
100’den fazla kübitten oluşan kuantum çipleri halihazırda mevcuttur. Bunlar, dünyadaki birçok araştırmacı tarafından mevcut kuantum bilgisayar neslinin ne kadar iyi olduğunu ve gelecek nesillerde nasıl daha iyi hale getirilebileceğini değerlendirmek için kullanılıyor.
Şimdilik, geliştiriciler yalnızca tek mantıksal kübitler ürettiler. Birkaç mantıksal kübiti tutarlı bir şekilde çalışabilen ve karmaşık gerçek dünya sorunlarını çözebilen bir kuantum çipine nasıl yerleştireceğimizi anlamak muhtemelen birkaç yıl alacaktır.
Kuantum bilgisayarları ne işe yarayacak?
Tam işlevli bir kuantum işlemcisi son derece karmaşık sorunları çözebilir. Bu, araştırma , teknoloji ve ekonominin birçok alanında devrim niteliğinde bir etkiye yol açabilir.
Kuantum bilgisayarlar , klinik deney verilerinde veya genetikte mevcut bilgisayarların yeterli işlem gücüne sahip olmadığı yeni bağlantılar bularak yeni ilaçlar keşfetmemize ve tıbbi araştırmaları ilerletmemize yardımcı olabilir.
Ayrıca bankacılık, askeri hedefleme ve otonom araçlar gibi yapay zeka algoritmaları kullanan çeşitli sistemlerin güvenliğini de büyük ölçüde artırabilirler .
Tüm bunları başarmak için öncelikle kuantum üstünlüğü olarak bilinen bir dönüm noktasına ulaşmamız gerekiyor. Bu, bir kuantum işlemcisinin, klasik bir bilgisayarın yapması pratik olmayan bir sürede yapacağı bir problemi çözmesi anlamına geliyor.
Geçtiğimiz yılın sonlarında, Google’ın kuantum çipi Willow nihayet yapay bir görev için kuantum üstünlüğünü gösterdi . Bu, klasik süper bilgisayarlar için zor, ancak kuantum işlemcilerin farklı çalışma biçimleri nedeniyle kolay olması için tasarlanmış bir hesaplama problemiydi.
Gerçek dünyada işe yarar bir sorunu çözmemiş olsa da, yine de dikkate değer bir başarı ve yıllar süren araştırma ve geliştirme gerektiren doğru yönde önemli bir adım. Sonuçta, koşmak için önce yürümeyi öğrenmek gerekir.
2025 ve sonrasında ufukta neler var?
Önümüzdeki birkaç yıl içinde kuantum çipleri ölçeklenmeye devam edecek. Önemlisi, yeni nesil kuantum işlemcileri, giderek daha kullanışlı görevleri üstlenebilen mantıksal kübitler tarafından desteklenecek.
Kuantum donanımları (yani işlemciler) hızla gelişirken, kuantum yazılımları ve algoritmaları alanında da muazzam miktarda araştırma ve geliştirmenin yapıldığını göz ardı edemeyiz.
Araştırmacılar, normal bilgisayarlarda kuantum simülasyonları kullanarak çeşitli kuantum algoritmaları geliştirip test ediyorlar. Bu, kuantum donanımı yetiştiğinde kuantum hesaplamayı yararlı uygulamalar için hazır hale getirecek.
Tam ölçekli bir kuantum bilgisayarı inşa etmek zorlu bir görevdir. Bir çipteki kübit sayısını artırmak, kübitlerin doğruluğunu iyileştirmek, daha iyi hata düzeltme, kuantum yazılımı, kuantum algoritmaları ve kuantum hesaplamanın diğer birkaç alt alanı gibi birçok alanda eş zamanlı ilerlemeler gerektirecektir.
Yıllar süren kayda değer temel çalışmalarının ardından, 2025’in yukarıdakilerin hepsinde yeni atılımlar getireceğini bekleyebiliriz.