ForumSevgisi.Com

  ForumSevgisi.Com > ForumSevgimiz Eğitim Bölümü > Türkçemiz Ve Diğer Dersler > Fizik


KUANTUM Bilgisayarları


KUANTUM Bilgisayarları

Türkçemiz Ve Diğer Dersler Kategorisinde ve Fizik Forumunda Bulunan KUANTUM Bilgisayarları Konusunu Görüntülemektesiniz,Konu İçerigi Kısaca ->> KUANTUM Bilgisayarları Bu bölümde sizlere kuantum bilgisayarın ne olduğundan, bu sisteme geçişin nasıl olacağından ve kuantum bilgisayarın özelliklerinden bahsedeceğiz. Kuantum ...

Kullanıcı Etiket Listesi

Yeni Konu aç  Cevapla
LinkBack Seçenekler Stil

Okunmamış 06 Ağustos 2015, 09:46   #1
Durumu:
Çevrimdışı
ForumSevgisi - ait Kullanıcı Resmi (Avatar)
none
Üyelik tarihi: 14 Temmuz 2015
Mesajlar: 8.944
Konular: 8563
Beğenilen: 0
Beğendiği: 0
www.forumsevgisi.com
Standart KUANTUM Bilgisayarları

KUANTUM Bilgisayarları

Bu bölümde sizlere kuantum bilgisayarın ne olduğundan, bu sisteme geçişin nasıl olacağından ve kuantum bilgisayarın özelliklerinden bahsedeceğiz. Kuantum bilgisayarlarını anlatmaya geçmeden önce bugün kullandığımız bilgisayarların günümüze kadar nasıl gelişim gösterdiğinden bahsedelim.

Bugün kullandığımız bilgisayarlar, Matematikçi Babbage’in (1791-1871) ilk fikirleri ve Alman mühendis Konrad Zuse’nin 1941’de ilk bilgisayarı tasarlamasıyla başlayan yılların teknolojik gelişimidir. Tasarlanan ilk bilgisayar; 1800 vakum tübü ve 500 mil tel sargı içeren, 30 tonluk devasa bir makine idi. Yıllar geçtikçe, teknolojinin ilerlemesi ile bilgisayarlar daha küçülerek, daha önce tahmin edilmesi imkansız olan boyutlara kadar geldi. Fakat bugünkü modern bilgisayarlar, tasarlanan ilk bilgisayarlardan daha küçük ve daha hızlı olmasına rağmen, çalışma prensibi olarak temelde onlarla aynıdır.

Moore yasasına göre “Öngörülebilir bir gelecekte her sene bütünleşik devrelerdeki transistör sayısı iki katına çıkacaktır.” Intel’in kurucularından olan Gordon E. Moore tarafından söylenen bu söz gelişen teknolojinin daha küçük devreler üreterek aynı hacme daha fazla işlem gücü sıkıştırması mantığını özetlemektedir. Fakat Teknologlar mikroçiplerin 2020 yılından önce daha fazla geliştirilemeyeceğini belirtiyorlar. Bu demek oluyor ki sıradan teknoloji küçültme yakın bir gelecekte sınıra dayanacak. Bu da bugünün bilgisayarlarına alternatif olacak bilgisayar sistemlerinin ihtiyacını doğurmaktadır. Öyleyse Kuantum bilgisayar sistemi de bu açığı kapatmak için bir alternatif olarak düşünülebilir.


Kuantum Bilgisayar Nedir?

Kuantum Bilgisayar, tanım olarak “kuantum mekaniği yasalarına göre çalışan” bir bilgisayar sistemidir. Bugünkü bilgisayarlarda kullanılan en küçük bilgi birimi olan BIT, kuantum bilgisayarlarında QUBIT (kubit) olarak isimlendirilir. Fiziksel açıdan bit, ikili sayısal sisteme göre hazırlanmış mantıksal değerdir. Bu değerler; Evet/Hayır , Doğru/Yanlış veya basitçe 1/0 olarak kullanılırlar. Bilgisayarlarda kapasitörün yüzeyleri arasındaki voltaj farkı bit bilgisini oluşturur. Yüklü kapasitör 1’i, Yüksüz ise 0’ı temsil eder.

Kuantum sistemlerde ise kullanılacak olan fiziksel sisteme göre qubit, ışığın değişik polarizasyonlarını, elektronun değişik durumlarını (örneğin spinlerini) veya bir atomun enerji seviyelerini belirtebilir. Kuantum yasalarına uyan iki düzeyli sayılabilecek tüm sistemlerin bir kubit bilgi taşıdığını söyleyebiliriz. Fakat kuantum mekaniği üst üste gelme ilkesi (süperpozisyon) gereği kullanılacak olan kubit’in hem 0 hem de 1 durumu alabileceğini belirtir. Bu anlamda kuantum sistemlerde veri depolama kapasitesi ve işlem hızı açısından akıl almaz bir artış kaçınılmaz olacaktır.

Kuantum Bilgisayarın asıl önemli olan yanı, alışılmışın dışına yeni bir teknoloji vaat etmesidir. Bu Kuantum Teknoloji, tümüyle yeni olan hesaplama yöntemlerini destekler ve niteliksel olarak yeni algoritmalar yazabilmemize olanak sağlar.


Kuantum Bilgisayar ile Klasik Bilgisayarın karşılaştırılması

Kuantum Bilgisayar, klasik bilgisayara göre devrim niteliğinde farklara sahiptir. İlk temel farklılık bilgisayarın en küçük bilgi birimi olan BIT kavramının tümüyle değişmesidir. Bit denilen bilgi birimleri “0” ve “1” ile simgelenirler ve bu hallerden sadece birinde bulunabilirler. Kuantum Bilgisayarlar da ise bitlerin yerini kubitler almıştır. Kubit kavramı, bit kavramının açıklanması ile daha iyi anlatılabilir. Örneğin klasik bir bilgisayarda 1000 tane rakamı olan herhangi bir sayıyı, yaklaşık 3300 bit kullanarak gösterebilirsiniz. Fakat gösterdiğiniz sayı sadece bir tanedir. Ama kuantum bilgisayara geçtiğimizde, kuantum fiziğinin garip yasaları bize bu 1000 rakamlı sayı bilgisinin, 1000 rakamlı tüm kombinasyonlarının da temsil edilebileceğini söylemektedir. Bunun anlamı 3300 kubitin, 1000 rakamla yazılabilecek en küçük sayı ile en büyük sayı arasındaki tüm sayıları da temsil ettiğidir. İnanılmaz gibi görünebilecek bu olayı bir örnekle açıklamaya çalışalım.

Bilgiyi ifade eden bir kuantum sistemi olarak elektronun spinini göz önüne alalım. Spin, doğası gereği yukarı, aşağı, sağ, sol, ön, arka ve bunların dışındaki herhangi bir yönü gösteriyor olabilir. Bu nedenle elektronun spini sonsuz değişik durumda bulunabilir. Fakat kuantum fiziği yasaları spin doğrultusunu iki düzeyli olarak yorumlamamız gerektiğini söyler. Bunun bir nedeni spinin yönünü belirlemek için yapılan her ölçümün sadece iki olası değer veriyor olması. Ölçüm yapılırken öncelikle uzayda bir doğrultu seçilir ve ölçüm sonucu olarak spinin seçilen doğrultunun yönünde yada bu yöne zıt yönde olduğu bulunur. Kuantum fiziğine göre, diğer tüm olası spin doğrultuları, deneyde bulunabilen bu iki özel durumun üst üste gelmesiyle (süperpozisyon) oluşur. Yukarı-Aşağı bir doğrultuda ölçüm yaptığımızı düşünelim. Yukarı yönelmiş bir spine “1” ve aşağı doğru yönelmiş spine de “0” diyelim. Spin, bu durumların ikisi dışındaki herhalde de bulunabilir. Yani bir spin hem 0 hem de 1 durumunda bulunabilir. Böyle bir spinde yapacağımız her ölçüm belli bir olasılıkla ya “0” yada “1” değerini verecektir. Eğer spin sağa yada sola doğru yönelmişse %50 olasılıkla “1” ve yine %50 olasılıkla “0” değerini buluruz. Bellekte 3300 sağa doğru yönelmiş elektron spini (kubit) varsa bu, yine eşit olasılıkla bine kadar rakamı olan bütün sayıların aynı anda bellekte olması demek. Halbuki yukarıda söylediğimiz gibi aynı miktarda bit (3300 bit) bu sayılardan sadece birini saklayabilir. Bu kadar çok sayının bu kadar küçük bir fiziksel kaynağa sığması kuantum bilgisayarın klasik bilgisayardan ne kadar güçlü olabileceğinin bir göstergesidir.

Üstelik toplama, çıkarma, çarpma vb. birçok işlemi bu sayılar üzerinde tek bir işlemle yapmak mümkündür. Bu açıdan Kuantum bilgisayarın hızının klasik bilgisayarın hızına olan oranını bir örnekle açıklamaya çalışalım.

Kuantum Bilgisayarı, L kubitten oluşan ve (hem 1 ve hem de 0 durumlarında olabildiği için) 2L değişik şekilde kodlanabilen girdiyi matematiksel işlemden tek adımda çıkartırken, klasik bir bilgisayar bunu 2L adımda çıkartabilir. Yani L kubitlik/bitlik veriyi tek adımda işlemek için ya bir kuantum işlemcisi yada 2L tane paralel çalışan klasik işlemci gerekmektedir. Bu durumda kuantum bilgisayarlar ile klasik bilgisayarlar arasındaki hız oranı 2L/L olur. Daha da detaya inilirse klasik bilgisayarlarda verinin işlemciler arası iletimi, işleme konma süresince bekletilmesi, enerji tüketimi vs. gibi faktörler de zamansal bir çarpan olarak bu orana eklenirse, yeni oran eL/L ‘ye çıkar. Bu oran 64 bitlik/kubitlik veri için incelenirse kuantum bilgisayarları, klasik bilgisayarlara göre yaklaşık ~1026 kat daha hızlı çalışmaktadır. Bu hızın hiçbir şekilde hafife alınamayacağı ve yeni bir teknolojik devrimi başlatacağı, dolayısıyla bilgisayarın günümüzdeki anlamı itibariyle hayatımızı büyük ölçüde değiştireceği açıkça görülebilir.


Kuantum Bilgisayar ne işe yarayacak?

Kuantum bilgisayarların hesap gücünü bize gerçek anlamda gösteren AT&T Bell araştırma laboratuarlarında çalışan Peter Shor’dur. Shor, 1994 yılında yayınladığı bir makalede bir kuantum bilgisayarın büyük sayıların asal çarpanlarının çok hızlı bir şekilde bulunabileceğini gösterdi. Klasik bir bilgisayarın imkansız olarak gördüğü, 250 rakamlı bir sayının asal çarpanlarının bulunması işlemi Shor’un algoritması kullanılarak kuantum bilgisayarda iki gün gibi bir süreye indirgenmiş oldu. Stanford Üniversitesinden bir grup yine Shor algoritmasını kullanarak 24 atomluk (C11H5F5O2Fe) molekülünden oluşan 7-kubitlik bir kuantum bilgisayarı ile “15” sayısını asal çarpanlarına ayırmayı başardılar. Bu başarı bize gelecekte daha büyük sayıları asal çarpanlarına ayırabilecek gerçek kuantum bilgisayarlarının yapılabileceğini göstermektedir.

Kuantum bilgisayarlarının daha iyi çözebildiği bir başka problem de sıralanmamış bir listede arama yapmaktır. Örneğin 1 milyon tane elemanı olan bir listede arama yaptığımızı düşünelim. Liste sıralı olmadığı için bulmak istediğimiz elemanı aramaya başladığımızda, hangi yöntemi kullanırsak kullanalım, matematiksel olarak ortalama 500 bin karşılaştırma yapmamız gerekir. Fakat yine AT&T Bell Laboratuarlarından Lov Grover, 1997 yılında geliştirdiği algoritma yardımıyla kuantum bilgisayarların bu işi yaklaşık 1000 kadar adımda çözebileceğini gösterdi.

Öyleyse daha henüz bilmediğimiz günümüzün bazı önemli problemlerini çözebilen çok sayıda algoritma kuantum bilgisayarlar ile uygulamaya geçirilebilir. Umut vaat eden uygulamalardan biri de, kuantum yasalarının önemli olduğu fiziksel sistemlerin (Örneğin bir molekülün) kuantum bilgisayarlar ile simülasyonudur. Bu konuda ilk olarak fikir beyan eden John Bell olmuştur. John Bell kuantum sistemlerin klasik bilgisayarlar ile modellenemeyeceğini söylemiştir. Çünkü, klasik bir bilgisayarın, klasik bitleri arasındaki etkileşmeler (bağıntılar), kubitlerin kendi aralarındaki etkileşimlerden çok farklıdır. Örneğin kubitlerle yaklaşık 1090 boyutta çözülebilecek bir simülasyon, klasik bitlerle çalışıldığında ancak exponansiyel sayılarla ifade edilebilecek boyutlu matrislerin çözümünü gerektirir.

Ayrıca 80’lerin başında Ünlü Fizikçi Richard P. Feynman da, kuantum yasalarına göre işleyen sistemlerin simülasyonunda karşılaşılan zorluklardan yola çıkarak, bir kuantum bilgisayarın bu işi daha iyi yapabileceğini iddia etmişti. Richard P. Feynman aynı zamanda kuantum bilgisayarını ilk formülleştiren bilim adamıdır.


Kuantum Bilgisayar Araştırmaları

Kuantum bilgisayar tasarlanmadan önce kuantum fizikçilerinin çözmek zorunda oldukları önemli problemler var. Bunlardan en önemlisi de kuantum bilgisayarlarda anahtarlama görevini yapacak kuantum sistemleri bulmaktır. Bu konu hakkında önerilmiş birçok fikir bulunmaktadır.

Atom çekirdeğinin spin durumu yada elektronun spin durumu bir kuantum bilgisayarda anahtarlama elemanı olarak kullanılabilir. Bu tür bir kullanımın ilk örnekleri geçtiğimiz yıllarda verildi. Gerçekleştirilen çoğu kuantum bilgisayar sunumları bu tür bir anahtarlama yöntemine dayanıyordu. Spin durumları NMR denilen bir teknoloji ile düzenleniyordu. Yazının devamında buna değineceğiz.

Kuantum bilgisayarların yapımında kullanılabilecek fiziksel birimlerden biri de ışıktır. Işığın kullanıldığı bilgisayarlar Optik Kuantum Bilgisayarları olarak bilinir. Bu tip bir kuantum bilgisayarı tasarlamak diğerlerine nazaran daha kolaydır. Çünkü ışığı kontrol etmek, atomları kontrol etmekten daha kolaydır.

Işık tabanlı bilgisayarlar özellikle veritabanında aranan bir bilgiyi bulmada kolaylıklar sağlamaktadır. Bu konu ile ilgili olarak Rochester Üniversitesinden bir grup çeşitli deneyler yapmıştır. Deneyde büyük bir veritabanından, aranan bilgi ışığın özellikleri kullanılarak kısa sürede bulunabilmiştir. Bundan başka ışığın kontrolü ile ilgili teknolojik gelişmeler de bu bilgisayarların daha kısa sürede ortaya çıkmasına sebep olacak gibi görünmektedir. Örneğin Stanford Üniversitesinde Doktora yapan Türk bilim adamı Mehmet Fatih Yanık, ışığın bilgisayar çipinde durdurulabileceğini ve depolanıp geri çağrılabileceğini gösteren buluşuyla, geleceğin optik kuantum bilgisayarlarının geliştirilmesi yolunda çok önemli bir adım atmıştır.

Kuantum mekaniğinin dolanıklık olarak bilinen bir başka özelliği de kuantum bilgisayarlar için hayati önem taşımaktadır. Kuantum mekaniğine göre eğer iki atom bir dış kuvvete maruz kalırsa, bu dış kuvvet onların birbirlerine karışmasına sebep olur. Daha sonra bu iki atom, dolanıklıkları bozulmadan birbirlerinden milyarlarca ışık yılı uzaklığa götürülse de, biri üzerinde yapılan ölçüm diğerini de etkilediğinden bu durum bir iletişim yolu olarak yorumlanmaktadır. Örneğin birbirlerinden çok uzun mesafelere gönderilebilmiş iki dolanık atomun herhangi biri üzerinde yapılan bir spin ölçümü diğerinde tam zıttı olarak karşımıza çıkıyor. O halde birinin spini aşağıya doğruysa diğerinin spininin yukarı doğru hemen anlaşılabiliyor. Fakat dolanıklık özelliğinin korunmasında karşılaşılan birçok sorun, bu olayın gerçekleştirilmesini şimdilik önlüyor. Çünkü, bir kuantum bilgisayarın doğru bir biçimde işleyebilmesi, temelde hiçbir dış etki olmadan birçok kubit arasında gerçekleşecek etkiye dayanıyor. Kuantum bilgisayarın bu özelliği, hesaplama işlemini gerçekleştirecek olan atomların çevrelerinden tamamen izole olmalarını gerektiriyor. Çünkü, başka bir atom yada foton gibi bir parçacıkla yaşanacak en ufak bir etkileşim, parçacığın rast gele bir spin yönü seçmesine neden olarak, hesaplama sonucunun zarar görmesine neden oluyor. Ancak, bu şekilde atomların dolanıklık özellikleri kullanılarak tasarlanacak bir kuantum bilgisayarların dışarıdan etkilenmemesinin nasıl sağlanacağı sorusu, henüz yanıtlanabilmiş değildir.


Geliştirilen Kuantum Bilgisayarlar

Kuantum bilgisayarı tasarlamak için kullanılacak çeşitli yöntemlerden bahsettikten sonra, gerçeklenmiş olan kuantum bilgisayarlarından bahsedelim. Kuantum bilgisayar ilk olarak 18 Nisan 1998’de MIT’den Neil Gershenfeld ve IBM’den Isaac Chuang’ın girişimi ile yapıldı. Küçük bir tost makinesi görünümündeki bu araç, 2 kubitten oluşuyordu. Fakat cüce boyutlarına karşın belli birçok algoritmanın sunumunu başarılı bir şekilde gerçekleştirebildi. NMR teknolojisinin kullanıldığı cihaz, atomların spinlerini etkileyerek üzerlerine doğrudan bir temas olmaksızın, kuantum bilgisayar görevini yapacak şekilde programlanmış oldu.

Bir yıl sonra aynı ikili, bilgisayarlarını 3 kubitlik bir sürüme yükseltti. Sunum yine önceki algoritmalar üzerinden yapıldı.

15 Ağustos 2000’de ise Isaac Chuang, IBM, Stanford Üniversitesi ve Calgary Üniversitesinden oluşan ekipler 5 kubitlik bir kuantum bilgisayarını yaptıklarını duyurdu. Bu da NMR’ın kullanıldığı bir kuantum bilgisayardı. Ancak bu kez diğerlerinden farklı olarak şorin atomları da kullanılmış ve düzen saptama yeteneği daha da gelişmişti. Bu, kuantum bilgisayarın şifre kırma kapasitesi için çok önemli bir özellikti.

19 Aralık 2001’de Chuang’ın ekibi yaptıkları 7-kubitlik bilgisayar ile yeni ve önemli bir adım atmış oldu. Yaklaşım bir yıl önceki bilgisayarda kullanılanla aynıydı. Ancak bu defa ki kuantum bilgisayarı, 5 şorin ve 2 karbon atomundan oluşuyordu.


Sonuç

Kuantum bilgisayarların tasarımı için dünyadaki büyük üniversitelerin tümü çalışmalarını sürdürmektedir. IBM ve HP gibi büyük şirketlerde bu tür araştırmalara büyük yatırımlar yapmaktadır. Kuantum bilgisayarların getireceği avantajların yanı sıra, meydana getireceği riskler konusunda da oldukça kuşkucu olan A.B.D. yönetimi ise en donanımlı kuantum bilgisayar laboratuarına sahip durumdadır.

Bilgisayar dünyasının yaşayacağı bu büyük dönüşümün insanoğluna kazandıracağı hız ve verimin nasıl kullanılacağına yine ileriki nesiller karar verecektir. Kuantum bilgisayarları, ulaşım ve iletişim sorununu ortadan kaldırıp bilişim çağını mı açacak, yoksa sosyal hayatı eski bir alışkanlık haline getirip insanlar arasındaki uçurumu daha mı derinleştirecek? Bunu bekleyip göreceğiz. Fakat bu teknolojiye sahip devletlerin medeniyet yolunda rakiplerine farkı daha da açacakları şimdiden belli olmuştur ve konunun sadece bilimsel bir yenilik olmadığı, aynı zamanda sosyolojik, ekonomik ve siyasi yönlerinin de bulunduğu bir gerçektir.

Kuantum bilgisayarın bugünkü halini klasik bilgisayarın temellerinin atıldığı 1930’lardaki durumuna benzetebiliriz. O zamanlar bilgisayar biliminin kurucusu sayılan Matematikçi Alan Turing, “Evrensel Turing Makinesi” olarak adlandırılan ve matematiksel teorem ispatlayan bir makine icat etmişti. Herhalde eğer o günlerde ileri teknolojilere yatırım yapan bir iş adamı “matematiksel teorem ispatlayan bir makine ne işe yarar ki?” derdi. Fakat, Turing’in temel matematiksel sorular üzerine attığı temeller, bilgisayar kavramının gelişmesinde önemli bir aşama kaydetmiştir. Bu nedenle, kuantum bilgisayarlar konusunda bugün yapılan çalışmaları Turing’in çalışmalarına benzetmemiz gerekir. Hala cevap bekleyen temel sorular var. Bunlar cevaplandıktan uzun süre sonra, kuantum bilgisayarların hayatımızın her köşesine nüfuz edeceği günlerin geleceği kuşkusuz!
Alıntı ile Cevapla
Yeni Konu aç  Cevapla

Etiketler
bilgisayarlari, kuantum

Seçenekler
Stil


Saat: 01:48

Forum Yasal Uyarı
vBulletin® ile Oluşturuldu
Copyright © 2016 vBulletin Solutions, Inc. All rights reserved.

ForumSevgisi.Com Her Hakkı Saklıdır
Tema Tasarım:
Kronik Depresif


Sitemiz bir 'paylaşım' sitesidir. Bu yüzden sitemize kayıt olan herkes kontrol edilmeksizin mesaj/konu/resim paylaşabiliyorlar. Bu sebepten ötürü, sitemizdeki mesaj ya da konulardan doğabilecek yasal sorumluluklar o yazıyı paylaşan kullanıcıya aittir ve iletişim adresine mail atıldığı taktirde mesaj ya da konu en fazla 48 saat içerisinde silinecektir.

ankara escort, izmir escort ankara escort, ankara escort bayan, eryaman escort, bursa escort pendik escort, antalya escort,