bu fikrin nereden çıktığına ve nasıl işlediğine dair bir şeyler anlatmaya çalışayım. yine biraz uzayacak yazı, üzgünüm. teknik detayına gireceğim çünkü biraz, bir kuantum bilgisayarın nasıl işlediğini anlatabilmek için.
***
normal bir bilgisayar, aslında basit temellere sahiptir. çeşitli mantık algoritmaları üzerine kurulmuş olan bu aletlerin bir insana kıyasla en büyük avantajı ise işlemleri çok hızlı ve kısa sürede yapabilmesidir.
bilgisayarlarda bilgiler, en küçük veri boyutu birimi olan bitlerle organize edilirler. bitler sadece 0 ya da 1 değerini alabilir. yani bir bilgisayarda yaptığınız her şey; oyun oynamak, yazı yazmak, internete bağlanmak, hesap makinesi kullanmak gibi işlemlerin hepsi, 0 ya da 1 değerini alan bitlerin çeşitli kombinasyonları ile kontrol edilir. bilgi karmaşıklaştıkça, kullanılan bit sayısı da ona göre artar, ama hepsinin alabileceği değer yine de 0 ya da 1'dir. yani aslında temelde yapılan iş, ilkokul matematiği kadar basittir.
bir de transistörlerimiz var bilgisayarlarımızda. bunlar elektrik devresi elemanlarıdır. sinyal yükseltmek, devrede anahtarlama yapmak gibi temel görevleri var. oda büyüklüğündeki bilgisayarlardan kurtulmamızı da bu transistörlerin icadına borçluyuz. bu noktada john bardeen, William shockley ve walter brattain'a şapka çıkartmak ve saygılarımı sunmak istiyorum.
transistörlerin bilgisayardaki görevi birer geçit gibi davranmak ve bilgiyi geçirmek de diyebiliriz. kafanızı detaylarla yormayacağım, ama transistör hareket halindeki elektronları kontrol eder diyelim kısaca.
günümüzde bilgisayarlarda kullandığımız transistörlerin boyutu nanometre mertebesinde. tek atomlu transistör bile üretildi geçenlerde. bu da ek bilgi olsun.
***
peki. şimdi anahtar kavramımıza gelmiş olduk böylece: nanometre ya da atom boyutlu transistörler. normal şartlarda bir geçit olarak kullandığımız ve istediğimiz bilgiyi istediğimiz şekilde geçirmesi gereken bir transistör küçüldükçe, ortaya bir sorun çıkıyor: kuantum tünelleme.
bu önemli konunun tabi ki ayrı bir başlığı var, ama kısaca söylemek gerekirse, elektronun olmaması gereken yerlere geçmesine izin veren bir özellik bu, kuantum fiziğinde ve biz eğer bilgisayarlarımızın parçalarını gittikçe küçültmek, ama aynı zamanda bilgilerimizin doğru taşınmasını istiyorsak, bir şekilde tünelleme olayının önüne geçebilmemiz gerekir. işte kuantum bilgisayar denen aygıtın ortaya çıkmasının nedeni de bu.
***
kuantum bilgisayarlar bit değil "kuantum bit" yani kübit kullanırlar. bitlerden farklı olarak bu kübitler, hem 0 hem de 1 değerlerinin olası kombinasyonlarını aynı anda içerir, çünkü aslında bir kübit, küçük bir kuantum sistemidir. buradaki 0 ve 1 değerleri de, o sistemin olası değerleridir. mesela bir fotonun dikey ve yatay polarizasyonu gibi olası durumlar, 0 ve 1 değerleri ile temsil edilir. biliyoruz ki kuantum dünyasındaki bir parçacık bunlardan birini seçmek mecburiyetinde değil. aynı anda 2 duruma da sahip olabilir. ta ki biz onu bir şekilde gözleyene (ya da ölçene) kadar... buna kısaca süperpozisyon diyoruz.
elimizde 4 tane klasik bit olsaydı, bunların sahip olduğu 0 ve 1'lerin kombinasyonları 16 adet olurdu: 0000 0001 0010 0100 1000 0011 0101 ...
gerisini yazmıyorum, anladınız olayı.
fakat aynı sayıdaki kübitlerin her birinde, bu 16 olası kombinasyon bir aradadır. eklenen her yeni kübitle bu kombinasyonların sayısı üstel olarak artar.
***
bu arada kübitler, kuantum dolanıklık özelliğine de sahip olabiliyor. birinde yapacağınız bir değişiklik, aralarındaki mesafeden bağımsız olarak diğerini de etkiliyor yani. bu durumda bir tanesi üzerinde yapacağınız bir gözlem ya da ölçüm diğerini de değiştirecektir.
***
tüm bunların anlamı şu: normal bir bilgisayara bir girdi verir, karşılığında da normal bir çıktı alırsınız. fakat bir kuantum bilgisayarında verdiğiniz bir girdinin karşılığı yine süperpozisyona sahip bir çıktı olur. bu çıktıyı ölçerek 0 ya da 1 durumuna çökertebilirsiniz. tabi bütün bunlar olurken, çok kısa sürede çok fazla işlem yapar bu bilgisayarlar. bu nedenle veri analizi, çeşitli simülasyon ve modellemeler gibi alanlarda oldukça büyük bir sıçrama sağlayacakları kesin.
bir başka artısı da güvenlik... mesela birinin e-mail şifrenizi kırıp her türlü bilginize ulaşabilmesi klasik bilgisayarlarda daha kolaydır. ancak tabi sizin klasik şifreleme algoritmanızı kırmak da, yine bir kuantum bilgisayar kullanıcısı için daha kolay olacak ve daha kısa sürecektir. bu konuyu daha sonra anlatmak üzere kuantum kriptografi başlığına bırakıyorum.