Bilgi teknolojisinde devrim: Kuantum bilgisayar nedir, nasıl çalışır?

Kübit (kuantum biti) nedir? 🤔

Kübitler, atomlardan, süperiletken elektrik devrelerinden veya bir dizi genlikte veriyi hem 0 hem de 1’e uygulayan diğer sistemlerden oluşan atom altı parçacıkları gibi davranan özel sistemlerdir. Kübitler, fotonlar, elektronlar, tuzaklanmış iyonlar ve atomlar gibi kuantum parçacıklarını manipüle ederek ve ölçerek oluşturulur. Kübitler son derece soğuk tutulmalıdır. Günümüzde kuantum hesaplamada kullanılan yaygın kübit türleri arasında; süper iletken kübitler, tuzaklanmış iyon kübitleri, kuantum noktaları, fotonlar ve nötr atomlar sayılabilir.

Kuantum bilgisayarların çalışma şekli şöyledir; Dizüstü bilgisayarınızı ve akıllı telefonunuzu çalıştıran teknoloji olan klasik hesaplama, bitler üzerine kuruludur. Bit, sıfır veya bir depolayabilen bir bilgi birimidir. Buna karşılık, kuantum hesaplama, sıfırları ve birleri depolayabilen kuantum bitleri veya kübitler üzerine kuruludur. Kübitler, sıfır ve birin herhangi bir kombinasyonunu aynı anda temsil edebilir; buna süperpozisyon denir ve herhangi bir kuantum durumunun temel özelliğidir. Çipler, tıpkı klasik hesaplamada olduğu gibi kübitleri depolayan fiziksel donanımlardır.

Klasik bir bilgisayar birden fazla değişkeni olan bir problemi çözerken, her değişken değiştiğinde yeni bir hesaplama yapmak zorunda kalır. Her hesaplama, tek bir sonuca giden tek bir yoldur. Ancak kuantum bilgisayarlar, süperpozisyon yoluyla paralel olarak birçok yolu keşfedebilir. Ek olarak, kübitler birbirleriyle etkileşime girebilir. Buna dolanıklık denir. Dolanıklık, kübitlerin üssel olarak ölçeklenmesini sağlar. Örneğin; iki kübit dört bit bilgiyi depolayabilir ve işleyebilir. Bu üstel ölçekleme kuantum bilgisayara klasik bilgisayarlardan çok daha fazla güç verir.

Günümüzün klasik bilgisayarları nispeten basittir. Sınırlı bir girdi kümesiyle çalışırlar ve bir algoritma kullanarak cevap üretirler; girdileri kodlayan bitler birbirleriyle ilgili bilgiyi paylaşmaz. Kuantum bilgisayarlar farklıdır. Öncelikle, veriler kübitlere girildiğinde, kübitler diğer kübitlerle etkileşime girerek aynı anda birçok farklı hesaplamanın yapılmasına olanak tanır. Kuantum bilgisayarların klasik bilgisayarlardan çok daha hızlı çalışabilmesinin nedeni budur. Ayrıca kuantum bilgisayarlar klasik bilgisayarlar gibi tek bir net cevap sunmaz; bunun yerine, bir dizi olası cevap sunar. Kapsamı sınırlı olan hesaplamalar için klasik bilgisayarlar hala tercih edilen araçlardır. Ancak çok karmaşık problemler için kuantum bilgisayarlar olası cevapların aralığını daraltarak zamandan tasarruf sağlatabilir.

1️⃣ IBM

Kuantum bilgisayarlarda lider olan IBM, geçen yıl Heron adlı IBM yapımı bir çip tarafından desteklenen modüler kuantum bilgisayarı olan Quantum System Two‘yu piyasaya sürdü. Çip, kuantum sisteminde kuantum durumlarının kaybına yol açan bir olay olan dekoheransı ortadan kaldırarak hata düzeltmeyi iyileştiriyor. Daha yakın bir zamanda IBM, kendisinin çapraz rezonans kapısı teknolojisine dayanan 1.121 süperiletken kübit kuantum işlemcisi olan Condor’u tanıttı. IBM, 2033 yılına kadar 100.000 kübitlik kuantum sistemi üretmeyi planlıyor.

2️⃣ Google Quantum AI

Google Quantum AI, 2019 yılında kuantum bilgisayarı Sycamore ile bir süper bilgisayarın yapabileceğinden daha hızlı bir şekilde rastgele kuantum devresinin çıktısını örnekleyerek kuantum üstünlüğüne ulaştığını duyurdu. IBM, süper bilgisayarlarının bu görevi daha hızlı yapabileceğini iddia etti. Google, on yıl içinde 1 milyon kübitlik kuantum sistemi inşa etmeyi hedefliyor. Bu arada Google Quantum AI’nın açık kaynaklı çerçevesi Cirq, yakın vadeli kuantum bilgisayarlar için yeni kuantum algoritmaları geliştirmek üzere tasarlandı.

3️⃣ Amazon

2019 yılında Amazon Web Services, Richard Feynman’ın 1980’lerin başında kuantum bilgisayarı inşa etme fikrini ilk kez ortaya attığı Caltech’teki bir kampüste kuantum hesaplama merkezi kurdu. Amazon Braket, IonQ, Rigetti, Oxford Quantum Circuits, QuEra ve kendi Amazon Braket Quantum Simulator’ı dahil olmak üzere çeşitli satıcılardan kuantum donanımına erişim sağlayan tam olarak yönetilen bir kuantum bilişim hizmeti. Bu, kullanıcıların farklı donanım mimarilerini denemelerine ve kendi özel ihtiyaçları için en uygun olanı bulmalarına olanak tanıyor. Son zamanlarda AWS, hataları 100 katına kadar azaltabilen, şirket içinde üretilen özel olarak tasarlanmış bir çip tanıttı.

4️⃣ Microsoft

Microsoft Azure, kuantum bilişim için kapsamlı bir araç ve kaynak seti sağlıyor ve ölçeklenebilir ve hataya dayanıklı bir kuantum bilgisayarı geliştirmek için aktif olarak çalışıyor. Azure Quantum platformu, kuantum donanımına, simülatörlere ve geliştirme araçlarına erişim sağlayarak kullanıcıların kuantum algoritmalarını denemelerine ve kuantum bilişiminin potansiyelini keşfetmelerine olanak tanıyor.

5️⃣ Intel

Intel, tam yığınlı ticari kuantum sistemi sunmak için çalışıyor. Şirket yakın zamanda, silicon spin kübit araştırmalarını ilerletmeyi amaçlayan Tunnel Falls adında 12-kübitlik silicon çipi piyasaya sürdü. Şirket, çipi Intel Quantum Yazılım Geliştirme Kiti ile tam kuantum yığınına entegre etmeyi planlıyor. Yeni nesil kuantum çipini 2024’te piyasaya sürmeyi planlıyor ve hata toleranslı kuantum bilgisayarının geliştirilmesini ilerletmek için Chicago Üniversitesi ve Tokyo Üniversitesi ile birlikte çalıştığını duyurdu.

6️⃣ D-Wave

Kuantum hesaplama sistemleri, yazılımları ve hizmetleri alanında lider olan D-Wave, kuantum tavlama adı verilen bir işlemi kullanıyor ve sistemleri Google, NASA Ames ve Volkswagen gibi dünyanın en gelişmiş işletmelerinden bazıları tarafından kullanılıyor. Kuantum tavlama, kapı tabanlı kuantum hesaplamadan farklı ancak karmaşık optimizasyon problemlerini ölçekte çözmede umut vadediyor. Şirket, iş değeri sağlamak için optimizasyon problemlerine odaklanıyor.

7️⃣ Quantinuum

Cambridge Quantum Computing ve Honeywell Quantum Solutions‘ın birleşmesiyle oluşturulan Quantinuum’un H-Serisi tuzaklanmış iyon kuantum bilgisayarları, tüm kübitler arasında dolaşık durumların oluşturulmasına olanak tanıyan ve yüksek doğrulukta kuantum durumları sağlayan all-to-all kübit bağlantısını destekliyor. Quantinuum, kuantum kimyası, kuantum makine öğrenimi ve kuantum yapay zekası için tuzaklanmış iyon ve diğer kuantum hesaplama platformlarında çalışan ara yazılım ve yazılım ürünleri geliştiriyor.

8️⃣ Rigetti

Rigetti Computing, süperiletken kübit teknolojisinden yararlanan entegre kuantum hesaplama sistemleri oluşturup dağıtıyor. Ayrıca programcıların kuantum algoritmaları yazmasını sağlayan Forest adlı bir bulut platformunu sunuyor.

9️⃣ Xanadu

Xanadu, kuantum bilgisayarlar yapan ve kuantum bulut hizmetleri sağlayan tam yığınlı fotonik kuantum bilgisayar şirketi. Şirketin sistemleri fotonik teknolojiye dayanıyor ve pratik kuantum uygulamalarının geliştirilmesini sağlamak için tasarlanıyor.

🔟 Atos Quantum

Atos Quantum, dijital dönüşümde küresel bir lider. Kuantum Öğrenme Makinesi (QLM), araştırmacıların, mühendislerin ve öğrencilerin kuantum yazılımları geliştirmesini ve denemesini sağlayan güçlü bir özel donanım altyapısı.