Neredeyse insan vücudu kadar hızlı çalışan ve insanlar gibi tüm verilerini DNA dizilerinde depolayan bir bilgisayar hayal edin. Bu bilim kurgu değil - bilim adamları tarafından son zamanlarda DNA'ya nasıl veri kaydedileceğini gösterdikleri gibi - bu çok bilimsel bir gerçektir. Yalnızca son iki yılda, kuantum bilgisayar işleme çipleri, daha büyük ve daha iyi işlemcilerin inşa edildiği ve deneysel kullanımda olduğu teknolojik dünyada büyük adımlar attı.
Kuantum Mekaniği Kanunları ve Bilgisayarlar
Kuantum mekaniği, kuantum bilgisayarları oluşturmak için temel yasaları ve temeli sağlar. Bu, atom altı parçacıkların nasıl davrandığını ve etkileşime girdiğini açıklayan bilim alanıdır ve yasaları içerir, Bu akıllara durgunluk veren etkileşimlerin bilim alanında nasıl meydana geldiğini açıklayan kuantum fiziğinden teoriler ve ilkeler. bilgi işlem.
Bu teoriler ve yasalar, enerji kuantizasyonunu, kuantum olarak tanımlanan enerji paketlerini; parçacıkların hem dalga hem de dalga-parçacık ikiliği olarak bilinen parçacıklar olarak eşzamanlı varlığı; Ölçümün atom altı parçacığı iki potansiyel durumundan birine indirdiğini söyleyen Heisenberg'in belirsizlik ilkesi; ve fizikçi Niels Bohr tarafından geliştirilen ve herhangi bir yeni teorinin aynı zamanda diğerlerine de uygulanması gerektiğini öne süren yazışma ilkesi. Eski fizikte de geleneksel fenomenler, sadece parçacıkların ve dalgaların davranışını yeni bir atomik düzeyde tanımlamakla kalmaz. teoriler.
Kuantum Bilgisayarları Nasıl Çalışır?
Standart hesaplamada bilgisayarlar, bilgi bitlerini iki değerden birinde dijital olarak işleyerek çalışır: açık veya kapalı durumunu temsil eden sıfır ve bir. 80'lerin sonlarında ve 90'ların başlarında kişisel bilgisayarların ilk günlerinden bu yana bilgisayar hızları katlanarak artarken, bunlar ve hatta Ordu, araştırma laboratuvarları ve kolejler tarafından kullanılan süper bilgisayarlar, karmaşık matematiksel işlemleri ne kadar hızlı tamamladıkları konusunda hala sınırlara sahiptir. denklemler. Bazı matematiksel denklemlerin ne kadar uzun olduğu nedeniyle bazı denklemlerin süper bilgisayarların bile çalışması yıllar alır.
Bu veriler aynı anda birden fazla 0 ve 1 durumunda var olabileceğinden, qubit olarak bilinen kuantum bitleri fikri üzerine inşa edilmiş bir kuantum bilgisayar için durum böyle değildir. Bir kuantum bilgisayardaki daha fazla kübit, daha fazla potansiyel duruma izin verir ve daha hızlı veri hesaplamaları meydana gelebilir. Einstein'ın "uzaktan ürkütücü eylem" dediği kuantum dolaşıklığı nedeniyle, kübitler, kablolara ihtiyaç duymadan aralarında büyük mesafelerde çalışabilir. Ve bu nedenle, bir parçacığın başına gelen aynı anda diğerine de olur.
Kuantum Bilgisayarları Ne Yapar?
Kuantum bilgisayarlar o kadar hızlı çalışıyor ki, bankacılık işlemleri ve diğer siber güvenlik yöntemleri de dahil olmak üzere günümüzde kullanılan çoğu şifreleme yöntemini kırabiliyorlar. Kötü niyetli kişilerin elinde, bir kuantum bilgisayar çok fazla zarar verebilir ve dünyayı teknolojik dizlerine getirebilir.
Ancak doğru niyete sahip insanların elinde, kuantum bilgisayarlar bugüne kadar görülen hiçbir şeye benzemeyen yapay zeka yeteneklerini geliştirecek. Örneğin, daha verimli güneş pilleri tasarlamak için periyodik tabloyu ve kuantum mekaniği yasalarını bilgisayara yükleyebilirsiniz. Kuantum bilgisayarlar, ince ayarlı ve optimum üretim süreçlerine yol açabilir, elektrikli araba akülerini iyileştirebilir, algoritmaları çözmek için daha hızlı hesaplayabilir. karayolu trafiği sıkışıklığı, en iyi nakliye yöntemlerini ve seyahat rotalarını bulun ve temel olarak en yüksek hızlarda bile duyulmamış devasa hızlarda verileri sıkıştırın süper bilgisayarlar.
Kuantum Bilgisayarlarındaki Buluşlar
Kuantum bilgisayarlar sadece daha gelişmiş bir teknoloji türü sunmakla kalmaz; bunlar, kuantum mekaniğini destekleyen yasalara dayanan tamamen yeni bir hesaplama biçiminin temelidir. Klasik hesaplama yöntemleriyle donatılmış standart bir bilgisayarla karşılaştırıldığında, bir kuantum bilgisayar, normal bir bilgisayarı süper hızlı bir yarış arabasına kıyasla üç tekerlekli bisiklet gibi gösterir.
Yıllar boyunca qubit işlemcilerdeki gelişmeler şunları içerir:
- 1998 İngiltere'deki Oxford Üniversitesi, 2 kübitlik işlemcilerini ortaya çıkardı.
- 1998 IBM, UC Berkeley, Stanford Üniversitesi ve MIT, 2 kübitlik bir işlemci geliştirdi.
- 2000 Münih Teknik Üniversitesi, Almanya, 5 kübitlik bir işlemci yarattı.
- 2000 ABD'deki Los Alamos Ulusal Laboratuvarı, 7 kübitlik bir işlemciyi tanıttı.
- 2006 Kuantum Hesaplama Enstitüsü, Çevre Teorik Fizik Enstitüsü ve MIT, 12 kübitlik bir işlemci oluşturdu.
- 2017 IBM, 17 kübitlik işlemcisinin haberlerini paylaşıyor.
- 2017 IBM, 50-qubit işlemcisini tanıttı.
- 2018 Google, 72-qubit işlemcisiyle ilgili haberleri paylaşıyor.
Kinks'i Çalıştırmak
Kuantum bilgisayarlar hızlı çalışırken, şu anda veri depolamanın bir yolu yok çünkü mevcut kuantum mekaniği kuralları altında, kuantum sistemine bir kopya oluşturamaz, kopyalayamaz veya veri kaydedemezsiniz. Mühendisler ve bilim adamları, kuantum verilerini depolamanın çeşitli yollarını araştırıyorlar; hatta bazıları DNA iplikçikleri üzerinde veri depolamayı bile düşünüyor.
Bilim adamları, 2017 yılında tek bir DNA gramında yaklaşık 215 milyon gigabayt bilgi depolayan bir yöntem geliştirdiler. Geleneksel sabit diskler verileri iki boyutta depolarken, DNA üç boyut ve daha fazla veri depolama sunar. DNA'yı kullanmanın bir yolu işe yararsa, temelde DNA'da depolanan tüm dünya bilgisi tek bir odayı veya iki standart kamyonetin arkasını dolduracaktır.
Gelecek Kuantumdur
Dünyanın her yerinden araştırmacılar ve büyük oyuncular, bir sonraki en büyük işlemciyi oluşturmak için çabalıyorlar. IBM, kuantum hesaplamayı bulutuna koyarak, deneylerine katılmak için kaydolan çoğu kişinin kullanımına sunuldu.
Microsoft, kuantum hesaplamayı Visual Studio platformuna entegre etme sürecindedir, ancak planlarını Eylül 2017'de Majorana Fermions parçacığı - kendi antiparçacığı olarak var olan ve 2012'de keşfedilen bir parçacık - Microsoft, kuantum hesaplamasında nispeten sessiz kalıyor planlar.
Google, kuantum bilgisayar alanına hakim olmayı planlıyor ve kuantum hesaplamalarıyla günümüzün süper bilgisayarlarından daha iyi performans gösterebilecek bir çip oluşturarak "kuantum üstünlüğü" elde etmeyi umuyor.
Kuantum hesaplamada yapılan ilerlemelerden bağımsız olarak, kuantum bilgisayarlar onu yakın zamanda halkın eline almayacak. Çalışan kuantum bilgisayarlar, süper bilgisayarların çözmesi yıllar alacak denklemleri çözmeye yardımcı olmak için önce laboratuvarlara, düşünce kuruluşlarına ve araştırma merkezlerine girecek.
Pek çok araştırmacı kuantum bilgisayarların ticarileşmesini önümüzdeki dört ila beş yıl içinde tahmin etse de bundan birkaç yıl sonra ve kuantum bilgisayarların dünya için norm haline gelmesinden daha fazla zaman olabilir. halka açık.