Kuantum Bilgisayarı Nedir, Nasıl Çalışır ?


Teknoloji insanlığa yeni ufuklar açarken, insanlık hayal gücü ve arzularının tetiklemesi ile hep daha iyisini istiyor. İnsanlığın talep ve beklentileri öyle bir noktaya geldi ki, cep telefonlarımızın içine bile sığdırılabilen klasik işlemciler yetmemeye, atom üstü evrenin kuralları çözüm bulamamaya başladı. İşlemci parçacıklarındaki fiziksel küçülme neredeyse nano ölçekteki sınırlara dayandı.

Artık atom altı dünyasının kurallarına göre çalışan kuantum bilgisayarı var. Mevcut çalışmalar kuantum bilgisayarını henüz kişisel kullanıma sokamadı. Ama yakın zamanda bunun başarılacağına kesin gözüyle bakılıyor. Karmaşık ve yüksek işlem gücü gerektiren görevler, belirli merkezlerdeki kuantum bilgisayarı istasyonları ile çözülebilir. Sunucu sistemlerinde olduğu gibi paylaşımlı bir kullanım yöntemi kuantum bilgisayarlarını umduğumuzdan daha kısa bir zamanda hayatımıza sokabilir.

KUANTUM BİLGİSAYARI NEDİR?

Kuantum bilgisayarı veri üzerinde işlem yapmak için bindirme ve dolaşma gibi kuantum-mekanik fenomenin doğrudan kullanımını sağlayan teorik hesaplama sistemlerini kullanan bilgisayarlardır.

**



Kuantum Bilgisayarlar

**



Klasik bilgisayarlar bitlerden oluşan hafıza yapısına sahiptir. Her bit 1 veya 0 değerini alabilir. Kuantum bilgisayarları ise kübit (qubit)lerden oluşan seriler içerir. Tek bir qubit 1, 0 veya bu ikisi arasındaki (kuantum çakışması) bir değeri alabilir. Bir kübit (qubit) çifti 4 kuantum çakışması durumunun herhangi birinde, üç kübit (qubit) ise 8 kuantum çakışması durumunun herhangi birinde olabilir. Genel olarak {\displaystyle n}{\displaystyle n} kübit sahibi bir kuantum bilgisayarı aynı anda {\displaystyle 2^{n}}{\displaystyle 2^{n}} çakışmanın herhangi birinde olabilir. (Normal bilgisayarlar {\displaystyle 2^{n}}{\displaystyle 2^{n}} durumun sadece birinde olurken, bir kuantum bilgisayarı bu durumların hepsinde ya da bir kısmında bulunabilir.) Kuantum bilgisayarları kübitleri (qubit) belirli kuantum mantık kapıları ile düzenleyebilir. Uygulanan bu kapı serilerine kuantum algoritması adı verilir.

**



KUANTUM BİLGİSAYARLARI: Sınırsız Gücün Anahtarı

**



Kuantum bilgisayarının olası farkı hakkında; alışıla gelmiş klasik transistörlü elektriksel devre akımı ile işlem yapma esnasında çeşitli veri gecikme süreçleri olduğu için, bu bekleme süreci transistör sayısı artıkça ilk elektriksel yapı bir noktadan sonra tekrar yenilenmesi gerekir. Bu yüzden işlem süreci haliyle uzamaktadır. Fiber optik bağlantılardaki gibi, kuantum bilgisayarlarının tüm işlemi ışık hızı sınırında tamamlayabilmesi olasıdır.

**



Normal PC’den 999.999.999 Kat Daha Güçlü Kuantum Teknolojisini İnceledik!

**



Qubit Nedir ?

Kuantum bilgisayar olarak, Qubit İngilizce telaffuz: [ˈkjuːbɪt] (Kübit) veya kuantum bit klasik bit analogu bir kuantum-bilgi birimidir. Burada iki durum dikey polarizasyon ve yatay polarizasyon vardır. Bir kübit böyle tek bir fotonun foton polarizasyonu gibi iki durumlu kuantum mekaniği sistemi (Two-state quantum system) dir. Klasik sistemde, bir durum ya da diğeri olurdu, ancak kuantum mekaniği kübit, aynı anda her iki durumun bir kuantum süperpozisyonu (Quantum superposition) içinde kuantum bilgisayarı için temel bir özellik olmasını sağlamaktadır.

**



Kuantum bilgisayarı nedir?

**



Bir bit bilginin temel birimidir. Bu bilgisayarlar ile bilgi temsil etmek için kullanılır. Fiziksel gerçekleştirilmesi ne olursa olsun, bir bit her zaman, bir 0 ya da bir 1 olduğu anlaşılmaktadır. Buna bir benzetme, bir ışık anahtarı – ile 0 temsil kapalı konuma ve 1 temsil pozisyon olduğudur.

**



Kuantum bilgisayar kullanmaya hazır mısınız?

**



Bir kübit ile klasik bit arasında birkaç benzerlik vardır, ancak genel olarak farklıdır. Bir bit gibi, bir kübit iki olası değerler normalde bir 0 veya 1 bit olabilir. Aradaki fark bir bit 0 ya da 1 “olmalı”, bir kübit “olabilir” dir. 0, 1, ya da her ikisinin kuantum süperpozisyonu üst üste olmasıdır. Bu, temel matematik olmaktadır. ( 1 in karekökü) + ( 1 in karekökü) normalde sadece 2 çözümleri 1 +1 ve + -1 -1 olması için düşünülür, ama 0 da bir çözüm ( -1 + 1 ) ve ( + 1 -1 ) edilmektedir. Bu karekök ^ 1 ( 1/2 ) ya da 1 ^ ( 1/32 ), örnek için olan birimin kökleri ve daha sonra kare alma ile dalga fonksiyonu çöken her karekök ile aynı denklemi genişletmektedir.

**



Quantum Bilgisayarı Nedir?

**



Bir kübit ölçülebilir olan iki durum baz durumları kadar bilinir (ya da temel vektör ler). Kuantum durumlarının herhangi bir tür gelenek olduğu gibi, Dirac-ya da “bra-ket” gösterimi ile temsil edilmektedir. Bu iki hesaplama temeli durumları geleneksel {\displaystyle |0\rangle }{\displaystyle |0\rangle } ve {\displaystyle |1\rangle }{\displaystyle |1\rangle } olarak yazılır demektir. (Telaffuz “ket 0” ve “ket 1”).

**



KUANTUM BİLGİSAYAR GELİYOR! ( Bin Yılın Teknolojisi Yolda )

**



Bloch küresi ne demektir ?

Bloch küresi (diyagrama bakınız) bir tek kübit durumunun olasılığı için kullanılabilen gösterimdir. Bir küresel gösterimi klasik bit olabilen,bir yalnızca “Kuzey kutbu” veya “Güney kutbu”, burada sırasıyla {\displaystyle |0\rangle }{\displaystyle |0\rangle } ve {\displaystyle |1\rangle }{\displaystyle |1\rangle } lokasyonu içerisindedir. Küre yüzeyinin geri kalanı klasik bir bit erişilemez, ama saf kübit durum yüzeyi üzerinde herhangi bir noktaya ile temsil edilebilir.Örneğin, saf kübit durumu {\displaystyle {|0\rangle +i|1\rangle } \over {\sqrt {2}}}{\displaystyle {|0\rangle +i|1\rangle } \over {\sqrt {2}}} pozitif y ekseni üzerinde, kürenin ekvatoruna yatık olur.

**



KUANTUM ÜSTÜNLÜĞÜ – Yeni bir çağın başlangıcı mı?

**



Kürenin yüzeyindeki iki-boyutlu uzayı saf kübit durumunun durum uzayı (fizik) (State space) gösterimidir. Bu durum uzayının iki yerel serbestlik derecesi (fizik ve kimya) (Degrees of freedom) vardır. Bu ilk bakışta serbestlik dört derece olması gerektiğini görünebilir, karmaşık sayılar ile her ikisinin serbestlik derecesi α ve β dır. Ancak, serbestliğin bir derecesi {\displaystyle |\alpha |^{2}+|\beta |^{2}=1\,}{\displaystyle |\alpha |^{2}+|\beta |^{2}=1\,} kısıtlaması ile çıkartılmıştır. Diğeri, keyfi seçilebilen α ‘nın gerçek olması, sadece iki serbestlik derecesinin ayrılması durumların tüm faz fiziksel gözlemlerin sonucu değildir.

**



Kuantum Dolanıklık, Belirsizlik İlkesi ve Kuantum Bilgisayarlar | Mete Atatüre Anlatıyor!

**



O bir karışık durum içinde kübit koyma olasılığıdır, bir farklı saf durumun istatistiksel kombinasyonudur. Karışık durumlar Bloch kürenin içinde puan ile temsil edilebilir.

**



Kuantum Bilgisayarlar

**



Burada fiziksel operasyonların çeşitli türleri saf kübit durumları gerçekleştirilebilir.

Bir kuantum mantık kapıları bir kübit işlemi olabilir. Matematik dille, kübit bir temel dönüşüme uğrar. Birim dönüşüm kübit vektörün dönmesine karşılık Bloch küre içindedir.

**



Dolanıklık, Kuantum Bilgisayarları ve Kriptoloji, CERN Deneyleri

**



Standard temel ölçüm bir operasyondur ve bu bilginin içindedir kübitin kapısı durumu hakkındadır. Ölçümün sonucu, {\displaystyle |0\rangle }{\displaystyle |0\rangle }, ile olasılığı {\displaystyle |\alpha |^{2}}{\displaystyle |\alpha |^{2}} yoluyla yapılacaktır, veya {\displaystyle |1\rangle }{\displaystyle |1\rangle }, ile olasılık {\displaystyle |\beta |^{2}}{\displaystyle |\beta |^{2}} dir.
Örneğin, eğer ölçüm sonuçları {\displaystyle |0\rangle }{\displaystyle |0\rangle } ise ve α 1’e değişirse (yukarı faza) ve β 0’a değişirse Kübit durumu ölçümü α ve β değerlerini değiştirir. Bir kübitin ölçümü durumu dolaşık ile diğer kuantum sistem dönüşümü, bir saf durum içine bir karışık durumdur.

**



KUANTUM BİLGİSAYARLAR NASIL ÇALIŞIR?

**



Bir kübit ve bir klasikleşmiş bit arasındaki bir önemli ayırıcı özellik çoğul kübitler kuantum dolaşık sergileyebilirler. Dolaşıklık bir yerel olmayan özellik daha yüksek korelasyon ifade etmenizi sağlayan kübitlerin kümesi klasik sistemlerde mümkündür.

**



Kuantum Bilgisayarları Kripto Paranın Sonu Mu?

**



Bu iki dolaşmış kübitlerin biri Alice ve Bob verilen her birini, ayrı düşünülmektedir. Alice Qubit ölçümünü yapar, elde ettiği ile eş olasılık ya da {\displaystyle |0\rangle }{\displaystyle |0\rangle } veya {\displaystyle |1\rangle }{\displaystyle |1\rangle }tır. Çünkü qubitlerin dolaşıklığı, Bob şimdi tam olarak Alice’le aynı ölçmeyi vermesi gerekir; yani eğer onun bir {\displaystyle |0\rangle }{\displaystyle |0\rangle } ölçüsü ile, Bob’un aynı ölçmesi gerekir, {\displaystyle |00\rangle }{\displaystyle |00\rangle } yalnıca burada durum Alice’in kübiti bir {\displaystyle |0\rangle }{\displaystyle |0\rangle } dır.

**



Kuantum Bilgisayarlar Dünyamıza Ne Getirecek ?

**



Dolaşıklık ayrıca birden çok durumları sağlar (örneğin Bell durumu Yukarıda belirtilen) bir seferde sadece tek bir değer olabilir. Klasik bit aksine, aynı anda hareket için. Dolaşıklık klasik bir bilgisayarda verimli yapılamaz herhangi bir kuantum hesaplama yapan zorunlu bir maddedir.

Kuantum hesaplama ve iletişim başarıları gibi , birçok kuantum ışınlanma ve superdense kodlama,bir dolanmanın bir kaynak olduğunu düşündürür, dolaşıklıkta kuantum hesaplamadan faydalanmak özeldir.

**



Kuantum Bilgisayarları ve Kuantum Hesaplama Nedir?

**



Birlikte alınan dolaşmış kübitlerin bir dizisi ile bir qubit kayıttır. Bir Kuantum bilgisayarın yazmaçındaki qubitlerin manipüle edilerek hesaplamaları gerçekleştirmektir. Qubitlerin bir qubyte’ı sekiz dolaşık topluluğudur. İlk Aralık ayında Avusturya’da Innsbruck Üniversitesi Quantum Optik ve Kuantum Bilgi Enstitüsü’nde bir ekip tarafından gösterilmiştir.

**



SCP 62 (Kuantum Bilgisayarı)

**



Qubite benzer şekilde, qutrit 3-seviyeli bir kuantum sisteminde kuantum bilgileri ve birimidir. Trit, bu klasik bilgi birimine benzer. Burada kullanıldığı şekliyle “qudit” bir d-düzeyinde kuantum sistemi kuantum bir bilgi birimini belirtmek için kullanılmaktadır.

31P nükleer spin ” Solid-durum kuantum hafıza kullanarak”, Nature dergisinin 23 Ekim 2008 sayısında yayınlanan başlıklı bir yazıda, Enerji Lawrence Berkeley ABD ile araştırmacıları dahil bilim, uluslararası bir ekip Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Laboratuvarı) bir nükleer spin “bellek” Kübit bir elektron kübit bir spin “işleme” içinde süperpozisyon durumu ilk nispeten uzun (1.75 saniye) ve tutarlı transferi bildirildi. Bu olay ilk nispeten tutarlı kuantum veri olarak kabul edilebilir depolama, kuantum bilgisayar geliştirilmesine yönelik önemli bir adımdır. Benzer sistemlerin (yerine nötr vericilerden daha yüklü kullanılarak) son modifikasyonu dramatik bu kez oda sıcaklığından çok düşük sıcaklıklarda ve 39. dakikasında 3 saate kadar artırılmıştır.

**



Kozan Demircan | Kuantum Bilgisayarlar

**



Shor algoritması nedir ?

Shor algoritması 1994’te Amerikalı matematikçi Peter W. Shor tarafından geliştirilmiş bir algoritmadır. Bu algoritma kuantum bilgisayarlarında çok büyük sayıları kolaylıkla asal çarpanlarına ayırabilmektedir. Shor algoritması bu özelliğiyle kriptoloji tarihinin dönüm noktalarından biri olarak kabul edilmektedir. bir kuantum bilgisayarı,N tam sayısını çarpanlara, Shor’un algoritması ile polinom zamanda ayırır (alınan zaman log N içindeki polinomdur, bu girişin büyüklüğüdür). özel olarak alınan zaman O((log N)3), bu tam sayıyı çarpanlaştırma problemini göstermenin etkin çözümü bir kuantum bilgisayar olabilir ve böylece karmaşıklık sınıfı BQP içindedir.Bu en etkin bilinen klasik çarpanlama algoritmasından daha hızlıdır, elek Genel sayı alanı, bu alt-üstel zamaniçinde çalışır — yukarda O(e1.9 (log N)1/3 (log log N)2/3). Shor’un etkin algoritmasının etkisi kuantum Fourier dönüşümünün ve kareleştirme tarafından modüler üstelidir.

Eğer bir kuantum bilgisayar kubitlerin bir sayısı yeterli ise gürültüye yenik düşmeden işletilebilir ve diğer kuantum girişim fenomeneni, Shor’un algoritması kullanılarak açık-anahtarlı şifreleme şeması kırılabilir örneğin geniş ölçüde RSA şeması kullanıldığı gibi. RSA çok sayıda çarpanlara ayırmanın hesaplama açısından olanaksız olduğu varsayımına dayanmaktadır.

Şu ana kadar bilindiği gibi, Bu varsayım klasik (non-kuantum) bilgisayarlar için geçerlidir; hiçbir klasik algoritma polinom zamanda faktör olduğu bilinmektedir. Ancak, Shor’un algoritma büyük bir kuantum bilgisayarı oluşturarak RSA yenmek mümkün olabilir bu yüzden çarpanlama, ideal bir kuantum bilgisayar üzerinde etkili olduğunu göstermektedir.

Ayrıca kuantum bilgisayarların tasarımı ve inşası için ve yeni kuantum bilgisayar algoritmaları çalışma için güçlü bir motivasyon oldu. Ayrıca post-kuantum kriptografi topluca, kuantum bilgisayarların güvenli yeni kriptosistemlerde araştırmayı kolaylaştırdı.

2001’de, Shor’un algoritması IBM’de bir grup tarafından gösterilmişti, 15’in çarpanları içinde 3 × 5,bir kuantum bilgisayar ile 7 kubit bir uygulama kullanılır. Ancak, bazı şüpheler IBM’in deneyi kuantum hesaplamanın gerçek bir gösteri olup olmadığı gibi gündeme getirilmesinden beri gözlenen hiçbir dolaşıklık yoktur.

IBM’in uygulanmasından bu yana, çeşitli gruplar fotonik qubits kullanarak Shor’un algoritmasını hayata geçirdik, bu dolanma vurgulanması gözlenmiştir. In 2012,15’in çarpanları tekrarlandı. Ayrıca 2012’de, bir kuantum bilgisayar ile büyük sayı çarpanlı için 21’in çarpanları kaydı elde edildi.

Bizim problemin çözümünü deniyoruz:verilen bir tek bileşik sayı {\displaystyle N}N, bir tam sayı {\displaystyle d}{\displaystyle d},buluyoruz kesinlikle {\displaystyle 1}{\displaystyle 1} ve {\displaystyle N}N arasındadır, bu {\displaystyle N}N’e bölünür. Biz {\displaystyle N}N’in tek değerleri ile ilgileniyoruz çünkü {\displaystyle N}N’in herhangi çift değeri önemsiz {\displaystyle 2}{\displaystyle 2} sayısı olarak bir asal çarpan vardır. Biz emin olmak için asallık testi algoritması kullanabiliriz bu {\displaystyle N}N aslında bileşiktir.

Ayrıca,algoritmanın çalışması için, {\displaystyle N}N bir asalın gücü olmaması gerekir. Bu kare alma ile test edilebilir, kübik, …,{\displaystyle k\leq \log _{2}(N)}{\displaystyle k\leq \log _{2}(N)} için {\displaystyle k}{\displaystyle k}-{\displaystyle N}N’in kökü , ve hiçbiri kontrol edilmemiş bir tam sayıdır. (aslında bu {\displaystyle N=M^{k}}{\displaystyle N=M^{k}} hariç {\displaystyle M}{\displaystyle M} tam sayısı için ve {\displaystyle k>1}{\displaystyle k>1}.)

Dolayısıyla {\displaystyle N}N bir asalın bir kuvveti değildir, o iki eşasal’ın çarpımı {\displaystyle 1}{\displaystyle 1}’den büyük sayıdır.Bu bir Çinli kalan teoreminin sonucudur, {\displaystyle 1}{\displaystyle 1} sayısının modül {\displaystyle N}N’de en az dört ayrı kökü var,ikisi {\displaystyle 1}{\displaystyle 1} ve {\displaystyle -1}{\displaystyle -1}.Algoritmanın amacı birin bir {\displaystyle b}b kare kökünü bulmadır , {\displaystyle 1}{\displaystyle 1} sonra diğeri ve {\displaystyle -1}{\displaystyle -1}; böylece bir {\displaystyle b}b {\displaystyle N}N’in çarpanlarına ayırmasına yol açacak,kuadratik elek içinde diğer çarpanlama algoritmaları gibi sırayla, bir {\displaystyle b}b bulunuyor bir öğeyi bulmak için azaltılmıştır.çift periyodun {\displaystyle a}a ile belirli bir ek özellik(Aşağıda açıklandığı gibi, bu klasik parçanın Aşama 6’daki durum tutmaz olması gereklidir). kuantum algoritma rastgele seçilen elementlerin periyodu için {\displaystyle a}a kullanılır, sıralı-bulgu bir klasik bilgisayarın zor bir problemidir.

Shor’un algoritması iki bölümden oluşur:

sıralı bulgunun sorununa çarpım sorununu klasik bir bilgisayarda indirgeme yapılabilir .
sıralı bulma sorununu çözmek için bir kuantum algoritma.
Klasik parçası Düzenle
Rastgele bir sayı a< N seçin.
Compute gcd(a, N).Bu Öklid algoritması kullanılarak yapılabilir .
Eğer gcd(a, N) ≠ 1 ,ise burada Nin bir önemsiz-olmayan çarpanı ise,bu yüzden yapılır .
Yoksa r bulmak için period-bulma yordamı(aşağıda)kullanın,aşağıdaki fonksiyonun periyodu :
{\displaystyle f(x)=a^{x}{\bmod {N}},}{\displaystyle f(x)=a^{x}{\bmod {N}},}
yani {\displaystyle a}a’nın {\displaystyle r}{\displaystyle r} sıralı {\displaystyle (\mathbb {Z} _{N})^{\times }}{\displaystyle (\mathbb {Z} _{N})^{\times }} içinde, bu {\displaystyle f(x+r)=f(x)}{\displaystyle f(x+r)=f(x)} için r küçük pozitif tam sayıdır , veya {\displaystyle f(x+r)=a^{x+r}{\bmod {N}}=a^{x}{\bmod {N}}.}{\displaystyle f(x+r)=a^{x+r}{\bmod {N}}=a^{x}{\bmod {N}}.}
Eğer r tek ise,1 adım geri gidin .
Eğer a r /2 ≡ −1 (mod N) , 1 adım geri gidin .
gcd(ar/2 ± 1, N) bir önemsiz olmayan çarpandır.
Örneğin: {\displaystyle N=15,a=2,r=4}{\displaystyle N=15,a=2,r=4}, gcd(4 ± 1, N).

(Kaynak: Vikipedi)


Yorum Yapın

Yorumlarda saygı kurallarına özen gösterdiğiniz için teşekkür ederiz

Your email address will not be published.





The maximum upload file size: 1 MB.
You can upload: image.
Links to YouTube, Facebook, Twitter and other services inserted in the comment text will be automatically embedded.