Evet.
Geldik işin en heyecanlı kısmına.
Bugüne kadar kuantum mekaniğinden bahsederken bir sürü teori konuştuk. Aklımızın sınırlarını zorlayan deneylerden… Makro evrenden çok farklı işleyen mekanizmalardan bahsettik. Hepsini konuşurken tek bir soru vardı hepimizin aklında.
Eee?
Yani. Belirsizlik. Dalga-parçacık ikiliği. Kuantum Dolanıklığı. Işınlanma. Tüm bunlar bizim için ne ifade ediyor veya edecek?
Gerçek hayattaki karşılığı ne tüm bunların?
Heh. İşte tüm bu soruların cevabını bulabileceğimiz konuyla beraberiz.
Kuantum Bilgisayarları!
Max Planck’ten bu yana sürdürdüğümüz serüvenin günümüzdeki karşılığıdır Kuantum Bilgisayarları…
Bu konuda konuşacak çok fazla detay var ancak bu video ile genel bir çerçeve çizmek istiyorum. Hep beraber bizi neler bekliyor onu konuşalım, her şeyi bir temele oturtalım. Sonra siz de fark edeceksiniz bir sürü kapı açılacak önümüzde. O kapıları da birlikte tek tek kapatacağız.
Öncelikle. Bir şeyi unutmamamız lazım. Şu anda mevcut bilgisayar teknolojisinin bir hesap makinesinden daha fazlası olmadığını aklımızda bir tutalım. Çok gelişmiş bir hesap makinesi. O yüzden sınırlardan bahsetmiştik Transistör videosunda. Limitlerimiz ve yapabileceklerimiz belli. Medeniyeti bugüne getirdiler ama daha ileriye götürebilmeleri için emekli olmaları gerekiyor.
Bu bilgisayarları terk edeceğiz anlamına gelmiyor. Şu anda ne yapıyorsak onu yapmaya devam edeceğiz ama onların da altından kalkamayacağı çok büyük sorunlar bizi bekliyor ve bu aşamada bize çok büyük bir yenilik gerekiyor.
Bunu unutmayalım çünkü Kuantum Bilgisayarlarından bahsederken herkes mevcut bilgisayarların daha güçlüsü, yeni bir versiyonu, bir güncellemesi olarak düşünüyor. Hayır. Kuantum Bilgisayarları tamamen yeni bir “olgudur”. Mevcut bilgisayarlarla herhangi bir anlamda benzeşmemektedir.
Yani klasik bilgisayarlarla kuantum bilgisayarları karşılaştırırken klasik fizikle kuantum fiziği ne kadar birbirine benziyorsa o kadar benziyor diye düşünebiliriz. Yani. Hiç.
Peki.
Nedir kuantum bilgisayarı?
Açıkçası insanoğlunun bugüne kadar geliştirdiği en karmaşık mekanizmadır. Bu karmaşanın temelinde de elbette bugüne kadar konuştuğumuz Kuantum Fiziğinin özünde yatan, bize çok anlamsız gelen bir sürü teoriye dayanıyor olmasıdır.
Fakat. Kuantum bilgisayarlarının nasıl çalıştığını anlamak biraz zorlu bir meydan okumadır herkes için. Gelin birlikte meydan okuyalım.
Onun için gelin bir oyun oynayalım. Evet.
Oyunun kuralları şu şekilde. Bir odada bir adet düğme bulunuyor. Diğer odada da bir ampul var. Siz ve bir arkadaşınız olmak üzere iki kişi oynuyorsunuz oyunu. İlk olarak düğmeyi aşağı ya da yukarı şeklinde hareket ettirebiliyorsunuz. Ama hangisinin ampülü yaktığını bilmiyorsunuz. Her oyuncu anahtarı bir kez hareket ettirme ya da hiç dokunmama hakkına sahip. Önce siz giriyorsunuz odaya. Düğmeyi kaldırıyorsunuz ya da dokunmuyorsunuz. Sonra arkadaşınız giriyor. O da düğmeyi bir kez hareket ettirebilir ya da dokunmamayı tercih edebilir.
Sonra ampulün olduğu odaya giriyorsunuz. Şimdi. Ampül yanıyorsa odaya ilk giren kazanıyor, yanmıyorsa ikinci giren kazanıyor. Yani oyunun şeması tam olarak bu şekilde.
İki kişi de odaya girip çıktıktan sonra ampüle bakıyorsunuz. Yanıyorsa ilk giren, yanmıyorsa ikinci giren kazanıyor. Elbette birkaç kez daha oynamaya karar veriyorsunuz. Anahtarın konumu her oyun sonunda rasgele değişiyor. 10 kere oynuyorsunuz. 100 kere…
Her iki kişinin de bu oyunu kazanma şansı nedir?
Evet. %50.
Ne kadar oynarsanız oynayın.
Bu oyunu şimdi klasik bir bilgisayara karşı oynayalım. Birinci oyuncu sizsiniz, ikincisi bilgisayar. Ve 100.000 kere tekrar ediyorsunuz oyunu.
Sonuç değişir mi?
Hayır. Her seferinde burada kazanma şansı yüzde ellidir.
Fakat. Şimdi bu klasik bilgisayarı bir kuantum bilgisayarı ile değiştirelim.
Kuantum bilgisayarının bu oyunu kazanma şansını söyleyeyim mi hiç uzatmadan?
%100.
Sizin bu oyunu kazanma şansınız. 0. Yok. Milyarlarca kez tekrarlayın isterseniz. SIFIR.
Nasıl yani?
Anlatayım. Az önce klasik bilgisayarlardan bahsederken çok gelişmiş bir hesap makinesi dememin nedeni şu. Klasik bilgisayarlar ne kadar gelişmiş olurlarsa olsunlar bilgileri binary yani 1 ve 0 şeklinde iletir ve işlerler. Şu anda bu videoyu izlerken gördüğünüz her şey… Tüm renkler… Duyduğunuz her şey binary olarak yazılabilir. 1 ve 0 şeklinde ifade edilebilir. Bu bilgiler de binary digit yani bit adını verdiğimiz iki durumda yani 1 veya 0 durumunda bulunabilir.
Fakat Kuantum bilgisayarları bit yerine qubit kullanırlar. Ve bu qubitler hem 0 hem 1 hem de her ikisi de olabilirler. Aynı anda. İki durumda da. Tanıdık geldi mi?
Evet. Süperpozisyondan bahsediyorum. Kuantum evreninin temel özelliklerinden biri. Bir parçacığın aynı anda birden fazla durumda bulunma özelliği.
Yani az önceki oyunu bir kuantum bilgisayarıyla oynasaydınız söz konusu düğme hem açık hem kapalı durumunda olacaktı ve siz ampülü gözlemlediğinizde her zaman kazanan durumu hayata geçirecek ve her zaman kazanacaktı.
Gelin başka bir örnekle pekiştirmeye çalışalım.
Bir akşam arkadaşlarınızı ağırlamaya karar veriyorsunuz ve 10 arkadaşınız ziyarete geliyor. Şimdi sorun bu insanların hangi sırayla oturacağını planlamak olsun. Burada 10 faktoriyelden bahsediyoruz, yani ayrı ayrı elemanların kaç farklı şekilde sıralanabileceğinden. Yani bu 10 kişiyi tam olarak 3.628.800 farklı şekilde sıralayabilirsiniz. Haliyle bunu tek başına hesaplayamıyorsunuz ve klasik bir bilgisayar kullanıyorsunuz. Bilgisayarınız da bu 3.628.800 olasılığı tek tek hesaplıyor. Hızlı bir bilgisayarınız varsa çok da uzun olmayabilecek bir sürede bunu halledecektir. Ama kuantum bilgisayarınız olsaydı qubitler bu olasılıkların hepsini aynı anda hesaplayacağı süperpozisyon durumuna geçer. Tüm olasılıkları aynı anda kontrol edebildiği ve aynı anda test edebildiği için anında bir cevap verecektir size.
Çok kısa son bir örnekle toparlayalım.
Bir labirenttesiniz ve iki kapıdan çıkabilirsiniz. Haliyle her bir rotayı tek tek denemeniz gerekiyor. Ama mesela klonlarınız olsa. Yüzlerce klonunuz. Saniyeler içinde bulabilirdiniz. Yani aynı anda her yerde olabilirdiniz. Süperpozisyonda olabilirdiniz. İşte qubitler teoride böyle çalışıyorlar.
Ama burada bitmiyor tabi ki. Bu qubitlerden birden fazla olsa mesela. Ve birbirleri ile iletişim halinde olsalar. Uzay zamanı bükecek şekilde. Anlık. Sıfır direnç ile.
Evet. Dolanıklıktan bahsediyorum.
Bu özelliği de kullanarak işlem hızınızı milyarlarca kat artırabilir ve hatta Kuantum İnternetini hayal etmeye başlayabilirsiniz. Ona da ayrı bir sayfa açacağız elbette.
Ama temel çalışma prensibi bu. Nasıl oluyor peki? Bilmiyoruz. Evet. Bir fikrimiz yok henüz. Ama işe yarıyor. Nasıl işe yaradığını bilmiyoruz ama yarıyor. Fakat Kuantum Bilgisayarları bize bu konuda da yardımcı olacak gibi görünüyor. Anlatacağım birazdan.
Şimdi bazı sorunlardan bahsedelim.
Kuantum Bilgisayarlarının neden cebimize girmesinin çok çok zor olmasından.
Kuantum bilgisayarları neden böyle görünüyor? Kocaman. Bir oda büyüklüğünde. Devasa yapılar?
Şimdi kuantum bilgisayarlarında qubit dediğimiz parçacıklar bildiğimiz atomların elektronlarından oluşur. Mesela bir fosfor atomunun elektronudur qubit dediğimiz şey. O nedenle inanılmaz hassas bir parçacıktan bahsediyoruz burada. Normal şartlarda kontrol edemediğimiz, ölçemediğimiz, belirsizlikler denizinde yüzen parçacıklar bunlar. Ama işte kuantum bilgisayarlarının çalışma mantığı da bu belirsizlik olgusu. Dalga-parçacık durumu. Süperpozisyon durumu. Hatırlarsanız parçacığa herhangi bir müdahalede bulunduğumuzda tüm olasılıklar kayboluyor ve tek bir durumunu elde ediyorduk. Ama bu bizim işimize yaramıyor. Çöküş diyorlar buna o yüzden. Sistemin çökmesi. O nedenle elektronu nispeten kontrol altında tutmak için tüm toz parçacıklarından, tüm kızıl ötesi ışınlardan, elektromanyetik dalgalardan uzak tutmanız gerekiyor. Herhangi ufacık bir müdahale tüm sistemin çökmesi anlamına geliyor çünkü. İşimize yaramıyor. O yüzden bu vakum tüplerinin içinde muhafaza ediliyor bu qubitler. Daha da önemlisi bu vakum tüpleri çok soğuk olmak zorunda. Çok ama çok soğuk. Yani mutlak sıfıra, -273,15 dereceye çok yakın. Çünkü ısı enerji demek ve enerji ne kadar yüksek olursa atomlar ve elektronlar o kadar dengesiz oluyorlar, daha fazla hareket ediyorlar. Stabil olmaları için işte çok çok soğuk bir ortamda tutulmaları gerekiyor.
Yani şu anda kuantum bilgisayarlarının ilkel dönemindeyiz desek yeridir. Klasik bilgisayarların kocaman olduğu dönemler gibi.
Peki. Şimdi neden uğraşıyoruz o zaman sorusunun cevabına gelelim?
Bu kadar karmaşık, zorlu ve hassas bir makineye neden ihtiyaç duyacağız ve nerelerde kullanacağız?
Şu aşamada bu bilgisayarlar genel amaçlı olmaktan çok uzak. Çok spesifik işler için kullanılabiliyorlar. Misal FedEx gibi bir kargo firmasını ele alalım. Elinde 100.000 araç var ve 1 milyon adrese teslimat yapması gerekiyor. Bu araçların en ideal rota ile, en düşük yakıt tüketimiyle en kısa sürede bu teslimatı nasıl yapacağını klasik bir bilgisayarın hesaplaması günler, aylar hatta yıllar alabilir. Fakat gelişmiş bir kuantum bilgisayarı ile bu işlem milyonlarca kat daha hızlı bir şekilde anlık olarak yapılabilir.
Sadece bu da değil devasa bir portfolyoda en ideal yatırımları yapmak, dünyadaki doğal kaynakların en verimli kullanımı ve dağılımı ve enerji verimliliği alanlarında çok çok önemli potansiyeller barındırıyor kuantum bilgisayarları.
Ama en çarpıcı, en ütopik ve en sıradışı kullanım olasılığı için kuantum bilgisayarlarının öncülerinden Richard Feynman’a bir kulak verelim.
“Doğa klasik değildir. Ve doğayı simüle etmek istiyorsanız kuantuma indirgemeli ve bu şekilde modellemelisiniz. İnanın bana bu inanılmaz büyük bir meydan okumadır. İnsanlığın karşılaştığı çözümü en zor sorun.”
Feynman bunları söyledikten 40 yıl kadar sonra, bugün bunu konuşmaya başlayabiliriz işte. Kuantum bilgisayarları sayesinde.
Doğanın bir simülasyonu…
Ama tabi yavaştan başladık. Önce molekülleri simüle etmemiz gerekti. Hatta 2016’da Google hidrojen molekülünün simülasyonunu tamamladığını açıkladı. Ardından IBM lityum hidriti ve berilyum hidriti simüle etti. Yakın zamanda da ionQ isimli şirket su molekülünü simüle etti.
Ne demek peki molekül simülasyonu?
Bu kuantum bilgisayarlarını kullanarak kuantum evrenini anlamak anlamına geliyor aslında. Normal şartlarda klasik bilgisayarlarla mümkün olmayan bir olgu.
Şöyle söyleyeyim. Molekülleri simüle edebildiğinizde fizik, kimya ve tıp alanında inanılmaz bir kapı açıyorsunuz. Tam olarak gelişmiş bir kuantum bilgisayarı sizin vücudunuzu atom seviyesinde simüle edebilir, sorunları bulup tam da bu sorunların çözümü için gerekli ilaçları da simüle ederek nokta atışı yapabilir. Yıllar süren ilaç testlerini saniyelere indirebilir.
Herhangi bir iş için gerekli herhangi bir malzemeyi atom seviyesinde planlayıp üretimine katkı sağlayabilir.
Yani aslında bu insanlık için bir güncelleme en basit haliyle. Şu anda karşılaştığımız binlerce sorunun cevabı.
En son seviyede ise evrenin simüle edilmesinden bahsedebiliriz. Bu seviye ise başka bir seviye işte. Ama şunu rahatça söyleyebilirim. Bunun ilk adımını atıyoruz şu anda.
Daha bahsedilecek çok konu var. Kuantum kriptografi mesela. Az önce de bahsettiğim Kuantum Interneti. Ya da kimya, fizik ve benzeri alanlardaki devrimler, bahsettiğim inanılmaz olasılıkların dışında neler? Tüm bunları konuşacağız. Ayrı ayrı videolar gelecek bunlarla alakalı.
Ama ben özellikle gençleri uyarmak ve bir olasılıktan bahsetmek için başka çok önemli bir konudan bahsederek bitirmek istiyorum.
Şu anda kuantum bilgisayarları konusunda Amerika, Çin ve Japonya başta olmak üzere gelişmiş ülkeler milyarlarca dolar yatırım yapıyor. Ülke bütçelerinden pay ayırıyor ve kuantum bilgisayarı programcıları ve uzmanları yetiştirmek amacıyla müthiş bir yarış içindeler.
Bu yarış öyle bir yarış ki katılan herkes kazanacak. Çünkü kuantum bilgisayarları en basit haliyle sınırsız güç anlamına geliyor. Kuantum kriptografisinden bahsederken siz de anlayacaksınız kuantum gücüne sahip ülkelerin en güçlü orduya sahip olmasına bile gerek kalmayacak. Çok ama çok önemli bir dönemdeyiz şu anda ve umarım ülke olarak biz de bunun farkına varır ve zaman geçmeden bu yarışa katılabiliriz.
Şu anda bu konuda türkiye’de çalışma yapan üniversiteler olduğunu biliyorum ama siz de kişisel olarak geleceğinizi planlarken bu alanda tüm dünyada müthiş bir iş gücüne ihtiyaç olacağını göz önünde bulundurabilirsiniz.
Gelecek geliyor ve geçmişte kaybolmak istemiyorsak çok ama çok çalışmamız gerekiyor. Her anlamda.
Başta da söylediğim gibi. Bir sürü kapı açıldı önümüzde gördüğünüz üzere. İleride bahsettiğim tüm konulara, bağlantılı birçok başka konuya hep birlikte değineceğiz. Çok heyecanlı bir süreçteyiz ve hep birlikte bu heyecanı paylaşacağız.
Bitirmeden Katıl Butonu ve Patreon üzerinden desteklerini esirgemeyen herkese çok çok teşekkürler. Sizlerin de bu yolculukta desteklerinizi bekliyorum.
Instagram ve Twitter’da da mutlaka buluşalım ve Discord sunucumuza da mutlaka bekliyoruz.
Ve her zaman olduğu gibi.
Tekrar görüşene dek.
İyi ki varsınız!
Sevgiler…
Kaynaklar:
Quantum Computing Explained – By Shaan Ray
What is quantum computing? Understanding the how, why and when of quantum computers | ZDNet