Kısaca sayısal üstünlük; En iyi donanıma sahip bir süper bilgisayar için bile imkansız görünen bir sorunu çözmede başarı denir. Örneğin, bir öğrenci bir matematik problemine baktığında, onu %100 net bir şekilde çözmenin imkansız olduğunu söyleyebilir. Ama problem çözmesi onun için zor değilse, matematiği yeterince zor bir konu olarak görmez.
Ancak burada kuantum üstünlüğünü açıklamanın zor matematiksel problemini ele almaya devam edersek; Diyelim ki bu kişi bu zor problemi çözmek için birkaç girişimde bulunuyor ve matematik hakkında bildiği tüm bilgileri deniyor. Ama ne kadar uğraşırsa uğraşsın bu zor sorunu çözemeyince, diyelim ki iş için donanıma sahip bir bilgisayara başvuruyor. Bu bilgisayar bu matematik problemini saniyeler içinde çözüyor ve insanı yersiz hissettiriyor. Burada süper bilgisayarlarda, bir kuantum bilgisayara karşı yetersiz kaldıkları zamanki duruma düşüyorlar. Dünyanın en güçlü süper bilgisayarının bile çözmesi binlerce yıl süren bazı karmaşık matematik problemleri vardır. Ancak teoride, bir kuantum bilgisayarı bu sorunları birkaç dakika içinde çözebilir. En büyük süper bilgisayar için imkansız görünen bir sorunu çözme başarısına kuantum üstünlüğü denir.
İçindekiler
Kuantum bilgisayar nedir?
Kuantum bilgisayar, kuantum mekaniği yasalarına dayanan bir bilgisayardır. Bir akıllı telefondan oda büyüklüğünde bir süper bilgisayara kadar her şey, bilgi işlem cihazlarının birincil işlevi veri depolamak ve işlemek. Geleneksel olarak bilgisayarlar, bilgileri 1 veya 0’ın ikili durumundaki bitler biçiminde depolar. Temelde tüm veri manipülasyonları, bu sonsuz birler ve sıfır bitlerinin modifikasyonlarıdır. Öte yandan kuantum bilgisayarlar, kritik bir farkla aynı temel işlevselliğe sahiptir; Süperpozisyon ve dolaşıklık gibi kuantum mekaniğinin özelliklerinden yararlanarak verileri depolar ve işlerler. Kuantum bilgisayarlarda veriler, genellikle kübitlere kısaltılan kuantum bitleri biçiminde depolanır. Qubitler, süperpozisyon sayesinde aynı anda 1’ler ve 0’lar olarak var olabilmeleri bakımından geleneksel bitlerden farklıdır. Ayrıca qubit’ler birbirine karışabilir ve bir sistem gibi davranabilir; Bu iki kübit, evrenin zıt uçlarında tutulabilir ve yine de birbirleriyle güçlü bir ilişki gösterir.
bindirme nedir?
Her parçaya madeni para olarak bakıldığında, madeni paranın bir baş veya kuyruk değeri olabilir. Her bit bir başlık (1) veya kuyruk (0) değerini saklayacaktır. Bunun aksine, kübitler sürekli dönen ve asla yerde yatmayan madeni paralar olarak düşünülebilir. Bu dönme durumunda, madeni paranın yazı mı yoksa tura mı olduğunu kesin olarak söylemek mümkün değildir. Bu nedenle, bir kübit aynı anda bir başlık (1) değeri ve bir kuyruk (0) değeri saklayabilir. Temel olarak, bu kaplamadır.
Kuantum dolaşıklığı nedir?
Şimdi, bu madeni paralardan ikisinin her zaman aynı veya tersi için karşılık gelen bir sonucu gösterdiği göz önüne alındığında, madeni para A tura gösteriyorsa, madeni para B otomatik olarak tura gösterir. Veya, birbirleriyle ters orantılı iseler, A parası tura gösterdiğinde, B parası otomatik olarak yazı gösterir. Kuantum parçacıklarının birbirleriyle karışabilme ve yıldızlararası mesafelerde bile güçlü bir korelasyon sistemi gibi davranabilme yeteneğine kuantum dolaşıklığı denir. Einstein, bu özelliği ünlü olarak uzaktan korkutucu bir eylem olarak tanımladı. Bunlar ve diğer bazı ürkütücü kuantum özellikleri, en karmaşık hesaplamalardan bazılarını yapmak için kuantum bilgisayarlarda her gün kullanılmaktadır. Peki, en güçlü süper bilgisayarların bile çözmesi imkansız gibi görünen bu garip hesaplamalar neler?
Shore’un algoritması nedir?
En ünlü örneklerden biri, çoğu modern kriptografik sistemi teorik olarak kırabilen bir algoritma olan Shore algoritmasıdır. Teoride göründüğü kadar kolay değil. Shore’un algoritmasının ayrıntılarına girmeden önce, en azından Shore’un algoritmasının yararlı olabileceği bir bağlam vermek için kriptografinin temellerini bilmek önemlidir. Şifreleme temelde, meraklı gözlerin paylaşılanların şifresini çözememesi için verileri karıştırma yöntemidir. Örneğin James Bond, Goldfinger’ın gizli ininden çaldığı bazı gizli dosyaları aktarmak istiyor. Dosyaları M ile paylaşmadan önce, 500’den fazla sayı içeren dosyaları kilitler ve tanınmayacak şekilde şifreler. M’nin dosyaların şifresini çözebilmesi için, bu karmaşık sayının en önemli faktörü olacak bir anahtara ihtiyacı vardır. Herkes asal faktörlerin nasıl çalıştığını bilir. Ancak en fazla 2 belki de 3 haneli sayılara bakılarak yapılmıştır. 500 basamaklı bir sayıyı hesaplamak ciddi bir iştir! James Bond’un bu gizli dosyalara koyduğu kilidi kırmak için 500 haneli sayının her asal çarpanını tahmin etmeye çalışmak gerekiyor. Aslında bu imkansız bir durum. Rastgele tahminler yapan bir süper bilgisayar bile bu kilidi kırmak için binlerce yıl harcamak zorunda kalır.
Shore’un algoritması, tahmini daha doğru hale getirmeyi amaçlıyor. Diyelim ki bilgisayar 7 sayısını tahmin ediyor. Bunun bir etken olup olmadığını görmek mümkün. Bu bilgi, Shor’un algoritmasında bir sonraki sayının daha eğitimli bir tahminini yapmak için kullanılır; Bu önemli bir faktör olabilir. Bu yinelemeli bir süreç olsa da, bir görevde başarıya ulaşmak için gereken süreyi önemli ölçüde azaltır. 2.000 yıl sürdü ve Shore’un algoritması bunu 500 yılda yapabilir. İdeal bir zaman çerçevesi gibi görünmese de %75 oranında azaltmak büyük bir gelişmedir.
Nicel üstünlük nedir?
Peter Shore, algoritmasının 300 yıldır çalışan ana süper bilgisayar tarafından asal çarpanları aramasını asla istemedi. Shore, karmaşık laboratuvar problemlerini çözmeye odaklandığı AT&T Bell Laboratuarlarında araştırmacı olarak algoritmalar yarattı. Çok uzak bir gelecekte, insanların kendi algoritmasını makul bir zaman diliminde çalıştıracak kadar güçlü bir bilgisayar tasarlayabileceklerini hayal etti. Kuantum bir bilgisayar, mevcut bilgi işlem teknolojisiyle çözülmesi neredeyse imkansız olan Shors gibi karmaşık matematiksel algoritmaları uygulayabildiği gün kuantum üstünlüğünü elde edecektir. Google ve IBM gibi şirketler, değerli kaynaklarını kuantum bilişimi ilerletmeye ayırırken, kod çözücü güç merkezi Shor sanıldığı kadar uzakta olmayabilir. Aslında, Google’ın kuantum bilgisayarının benzer şekilde karmaşık, karmaşık bir matematik problemini en hızlı klasik süper bilgisayardan daha hızlı çözerek kuantum üstünlüğünü elde ettiği söyleniyor. Bir süper bilgisayarın çözmesinin 10 bin yıl alacağı tahmin edilen problem, Google’ın kuantum bilgisayarı tarafından 3 dakika 21 saniyede çözüldü.
Kuantum üstünlüğünü elde etmek büyük bir zorluktur. Google’ın başarısı, kuantum işlemcinin klasik bir bilgisayarın çözemediği bir şeyi çözdüğünü gösteriyor. Ancak, Google’ın makinesi karmaşık bir sorunu çözmek için tasarlanmıştır. Bu gerçeğin önemi basittir: Bu sorunun çözümünün pratik bir uygulaması yoktur. Shore’un algoritması gibi gerçek dünyadaki karmaşıklıkları çözebilen yakın gelecekte var olacak teknolojiler için bir kavram kanıtı işlevi görür. Ayrıca Shore’un algoritmasını kırmak, popüler blogların düşündüğü gibi tüm şifrelemenin sonu olmayabilir. Bir genel anahtarın herhangi bir kilidi kırabilmesi, daha iyi bir kilidin asla tasarlanmayacağı anlamına gelmez. Kuantum üstünlüğü sağlayan geleceğin kuantum bilgisayarları, çok daha güvenli olacak ve Shor’un algoritmasını geçmiş için ilginç bir teorik kavramdan başka bir şey haline getirmeyecek olan kuantum kriptografiye yol açabilir.
kaynak:
https://www.bbva.com/ar/what-is-quantum-supremacy/
https://fortune.com/2019/09/20/what-is-quantum-supremacy/
yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu
Diğer gönderilerimize göz at
[wpcin-random-posts]