Kuantum bilişim nedir?
Özel donanım üzerinde hesaplamalar yapmak için kuantum mekaniğinin kullanılmasıdır.
Kuantum bilişime giriş
Kuantum bilişimi tam olarak tanımlamak için öncelikle bazı anahtar terimleri tanımlamamız gerekiyor.
Kuantum nedir?
”Kuantum bilgi işlem” içindeki kuantum, sistemin çıkışları hesaplamak için kullandığı kuantum mekaniğini ifade eder. Fizikte kuantum, herhangi bir fiziksel özelliğin olası en küçük ayrı birimidir. Genellikle elektronlar, nötrinolar ve fotonlar gibi atomik veya atom altı parçacıkların özelliklerini ifade eder.
Kübit nedir?
Bir kübit, kuantum bilişimdeki temel bilgi birimidir. Kuantum bilişimde bitler, klasik bilgi işlemde oynadıklarına benzer bir rol oynar, ancak çok farklı davranırlar. Klasik bitler ikilidir ve yalnızca 0 veya 1 konumunu tutabilir, ancak kübitler tüm olası durumların bir üst üste binmesini tutabilir.
Kuantum bilişim nedir?
Kuantum bilgisayarlar, kuantum fiziğinin süperpozisyon, dolaşıklık ve kuantum engelleme gibi benzersiz davranışlarını kullanır ve bunları bilgi işlem için uygular. Bu, geleneksel programlama yöntemlerine yeni kavramlar getirir.
Süperpozisyon
Süperpozisyonda, kuantum parçacıkları tüm olası durumların birleşimidir. Bunlar, gözlemlenene ve ölçülene kadar dalgalanırlar. İkili konum ile üst üste binme arasındaki farkı göstermenin bir yolu, bir madeni para hayal etmektir. Klasik bitler “madeni para atışıyla” ve yazı veya tura sonuçlarıyla ölçülür. Ancak, bir madeni paraya bakıp aynı anda hem tura hem yazı hem de aradaki her durumu görebilseydiniz, madeni para süperpozisyonda olurdu.
Dolaşıklık
Dolaşıklık, kuantum parçacıklarının ölçüm sonuçlarını birbirleriyle ilişkilendirme olanağıdır. Kübitler birbirine dolandığında tek bir sistem oluştururlar ve birbirlerini etkilerler. Diğerleri hakkında sonuç çıkarmak için bir kübitten alınan ölçümleri kullanabiliriz. Bir sisteme daha fazla kübit ekleyerek ve karıştırarak kuantum bilgisayarlar, katlanarak daha fazla bilgi hesaplayabilir ve daha karmaşık sorunları çözebilir.
Kuantum engelleme
Kuantum engelleme, süperpozisyon nedeniyle bir kübitin bir şekilde çökme olasılığını etkilemeye yönelik kendine özgü davranışıdır. Kuantum bilgisayarları, engellemeleri olabildiğince çok azaltmak ve en doğru sonuçları sağlamak üzere tasarlanmıştır. Bu amaçla Microsoft, yapılarını değiştirerek ve onları dış müdahalelerden koruyan kimyasal bileşiklerle çevreleyerek kararlı hale getiren topolojik kübitleri kullanır.
Kuantum bilişim nasıl çalışır?
Bir kuantum bilgisayarın üç birincil bölümü vardır:
- Kübitlerin depolandığı alan
- Sinyalleri kübitlere aktarmaya yönelik bir metot
- Bir programı çalıştırmak ve yönergeleri göndermek için bir klasik bilgisayar
Bazı kübit depolama yöntemleri için, kübitleri barındıran birim, tutarlılıklarını en üst düzeye çıkarmak ve paraziti azaltmak için mutlak sıfırın hemen üzerindeki bir sıcaklıkta tutulur. Diğer kübit barındırma türleri, titreşimleri en aza indirmeye ve kübitleri kararlı hale getirmeye yardımcı olmak için bir vakum haznesi kullanır.
Sinyaller kübitlere mikrodalgalar, lazer ve voltaj gibi çeşitli yöntemler kullanılarak gönderilebilir.
Kuantum bilgisayar kullanımı ve uygulama alanları
Bir kuantum bilgisayar her şeyi klasik bir bilgisayardan daha hızlı yapamaz, ancak kuantum bilgisayarların büyük bir etki yaratma potansiyeli olan birçok alan vardır.
Kuantum simülasyonu
Kuantum bilgisayarlar, hesaplamalarında kuantum fenomenini kullandıklarından diğer kuantum sistemlerini modellemek için son derece iyi çalışıyor. Bu, klasik bilgisayarları aşırı yükleyen sistemlerin karmaşıklığının ve belirsizliğinin üstesinden gelebilecekleri anlamına gelir. Modelleyebileceğimiz kuantum sistemleri örneklerinin arasında fotosentez, süper iletkenlik ve karmaşık moleküler oluşumlar bulunur.
Şifreleme
Veri iletimini güvence altına almak için yaygın olarak kullanılan Rivest – Shamir – Adleman (RSA) algoritması gibi klasik şifreleme, tamsayı çarpanlara ayırma veya ayrık logaritmalar gibi sorunların kolay çözülememesine dayanır. Bu sorunların birçoğu, kuantum bilgisayarlar kullanarak daha verimli bir şekilde çözülebilir.
İyileştirme
İyileştirme, istenen sonuç ve kısıtlamalar dikkate alındığında bir soruna en iyi çözümü bulma işlemidir. Bilimde ve endüstride kritik kararlar verilirken maliyet, kalite ve üretim süresi gibi etkenler dikkate alınır ve bunların tamamı iyileştirilebilir. Klasik bilgisayarlarda kuantum temelli iyileştirme algoritmaları çalıştırarak, daha önce imkansız olan çözümleri bulabiliriz. Bu, trafik akışları, uçak kapısı atamaları, paket teslimatları ve enerji depolama gibi karmaşık sistemleri yönetmenin daha iyi yollarını bulmamıza yardımcı olur.
Kuantum makine öğrenmesi
Klasik bilgisayarlardaki makine öğrenmesi, bilim ve iş dünyasında devrim yaratıyor. Bununla birlikte, makine öğrenmesi modellerinin eğitimi yüksek bir hesaplama maliyetiyle birlikte gelir ve bu, alanın kapsamını ve gelişimini engellemiştir. Bu alandaki ilerlemeyi hızlandırmak için, daha hızlı makine öğrenmesi sağlayan kuantum yazılımı tasarlamanın ve uygulamanın yollarını araştırıyoruz.
Arama
1996’da geliştirilen bir kuantum algoritması, yapılandırılmamış veri aramalarına yönelik çözümü önemli ölçüde hızlandırdı ve aramayı herhangi bir klasik algoritmanın yapabileceğinden daha az adımda çalıştırdı.
Azure Quantum kaynakları
Eksiksiz bir açık yığın bulut ekosistemi olan Azure Quantum Önizleme’nin erken benimseme aşamasında kuantum çözümleri oluşturun. Yazılım, donanım ve önceden oluşturulmuş çözümlere erişin ve güvenilir, ölçeklenebilir ve güvenli bir platformda geliştirmeye başlayın.