Geçen hafta kuantum bilgisayar teknolojisinin geleceğin en dikkat çeken gelişmelerinden biri olduğundan bahsetmiştik. Kuantum bilgisayarların nasıl çalıştığını ve neden klasik bilgisayarların ötesinde bir işlem gücüne sahip olduğunu anlamak için en küçük birimine bakmamız gerekir. Kuantum bilgisayarların kullandığı bilgi birimine kuantum ve bit sözcüklerinin birleşimi olarak kübit deniyor. Kullandığımız klasik bilgisayarlar ise tüm işlemleri 0 ve 1 değerlerinden yalnızca birini alabilen bit birimi üzerinden yapıyor. Ancak kuantum dünyasında, doğduğumuz andan itibaren öğrenmeye başladığımız fizik kurallarının artık alışkın olduğumuz biçimiyle çalışmadığı bir alana geçiş yapıyoruz.
Nedir?
Kübitin klasik bitten ilk farkını anlamak için herhangi bir objeyi ele alalım. Örneğin bir bardağın masada düz durmasını 0 ters durmasını ise 1 sayısıyla temsil edebiliriz. Bu şekilde objenin diğer bütün hallerini göz ardı ederek iki birim üzerinden çalışan basit bir bilgi sistemi oluşturmuş oluruz. İçinde bulunduğumuz evrenin fizik kuralları gereği bardak herhangi bir anda ya düz ya da ters durmaktadır. Bu sistemde bardak hakkında bu iki durum dışında bir sonuç düşünülemez. Ancak kuantum mekaniğine tâbi olan objeler -örneğin elektronlar- için durum farklıdır. Her elektronun spin adını verdiğimiz bir özelliği mevcut ve tıpkı bardak örneğindeki gibi yukarı ve aşağı olmak üzere iki durumda bulunabiliyor. Ancak bu sistem klasik sistemlerdeki gibi ya yukarı 0 ya da aşağı 1 durumda olmak zorunda değil. Kuantum dünyadaki bu sistem – ölçüm yaparak sistemi etkilemediğimiz takdirde – aynı anda bir miktar 0 bir miktar da 1 biçiminde bulunabiliyor. Teknik ismi süperpozisyon olan bu durum, kuantum bilgisayarların klasik bilgisayarlardan ayrıldığı en temel noktalardan birini oluşturuyor. Bizler kuantum fiziğine alışkın olmadığımız için bir bardağın aynı anda biraz düz biraz ters olması durumunu zihnimizde canlandıramıyoruz. Bu sebeple süperpozisyona daha matematiksel yaklaşmak gerekiyor.
Dolaşıklık:
Kübitlerin süperpozisyon dışında en önemli silahlarından biri de farklı kübitlerin dolaşıklık durumunda bulunabilmeleri. Klasik dünyada tam karşılığı olmayan dolaşıklık durumunu tasavvur etmek birden fazla kübitin birlikte bulunduğu bir hal olmasından dolayı görece zor. İki kübiti tam bir dolaşıklık durumuna getirdiğimizde aralarındaki mesafe ne olursa olsun kübitlerden birinin durumu, diğeri hakkında da bilgi veriyor. Örneğin iki bardağın tam dolaşık olabildiği bir dünyada yaşasaydık ve bunları kapalı kutulara koysaydık; birini Amerika’ya gönderip yalnızca elimizdeki kutudaki bardak ters mi düz mü diye bakarak Amerika’daki bardağın terslik düzlük durumunu %100 ihtimalle doğru tahmin edebilirdik. Hayal etmesi zor ancak kuantum bilgisayarlar için bu çok temel bir durum ve gücünün en önemli kaynaklarından biri. Bunu da başka bir yazıda ele alacağız…
Meltem Tolunay, 2017’de Koç Üniversitesi Elektrik ve Elektronik Mühendisliği bölümünü birincilikle bitirdi. Ardından Stanford Üniversitesinde doktora çalışmalarına başladı. Geçtiğimiz yıl Stanford’dan Elektrik Mühendisliği yüksek lisans derecesini alan Tolunay, aynı kurumda kuantum bilgisayar algoritmaları ve kuantum bilgi kuramı alanlarında doktora çalışmalarına devam etmektedir.
