Zamanımızın temel bilimsel zorluklarından biri, ilk kullanışlı kuantum bilgisayarını yaratma yarışı haline geldi. Binlerce fizikçi ve mühendis katılıyor. IBM, Google, Alibaba, Microsoft ve Intel konseptlerini geliştiriyor. Güçlü bir bilgi işlem cihazı dünyamızı nasıl değiştirecek ve neden bu kadar önemli?
Bir an için hayal edin: Tam teşekküllü bir kuantum bilgisayar yaratıldı. Hayatımızın tanıdık ve doğal bir unsuru haline geldi. Klasik hesaplamalar artık sadece okulda, tarih derslerinde konuşuluyor. Soğuk bodrumların derinliklerinde bir yerde, güçlü makineler yapay zekalı robotlara güç sağlamak için kübitler üzerinde çalışıyor. Tüm tehlikeli ve monoton görevleri yerine getiriyorlar. Parkta yürürken etrafınıza bakıyorsunuz ve her türden robotu görüyorsunuz. İnsansı yaratıklar köpekleri gezdiriyor, dondurma satıyor, elektrik kablolarını onarıyor ve alanı süpürüyor. Bazı modeller evcil hayvanların yerini alır.
Evrenin tüm sırlarını ortaya çıkarma ve içimize bakma fırsatı bulduk. Tıp yeni bir seviyeye ulaştı; her hafta yenilikçi ilaçlar geliştiriliyor. Gaz ve petrol gibi kıt kaynakların nerede bulunduğunu tahmin edebilir ve belirleyebiliriz. Küresel ısınma sorunu çözüldü, enerji tasarrufu yöntemleri optimize edildi ve şehirlerde artık trafik sıkışıklığı kalmadı. Kuantum bilgisayar yalnızca tüm robot arabaları kontrol etmekle kalmıyor, aynı zamanda serbest dolaşımı da sağlıyor: yollardaki durumu izliyor, rotaları ayarlıyor ve gerekirse kontrolü sürücülerden devralıyor. Kuantum çağı böyle görünebilir.
Kuantum Altına Hücum
Uygulama beklentileri şaşırtıcı, bu nedenle kuantum geliştirmelerine yapılan yatırımlar her yıl artıyor. Küresel kuantum hesaplama pazarının değeri 81,6'de 2018 milyon dolardı. Market.us uzmanları, 2026 yılına kadar bu rakamın 381,6 milyon dolara ulaşacağını tahmin ediyor. Yani 21,26'dan 2019'ya kadar yılda ortalama %2026 artacak.
Bu büyüme, güvenlik uygulamalarında kuantum kriptografisinin artan kullanımından ve kuantum bilişim pazarı paydaşlarının yatırımlarından kaynaklanmaktadır. Nature dergisinin yaptığı bir analize göre, bu yılın başında özel yatırımcılar dünya çapında en az 52 kuantum teknolojisi şirketine fon sağladı. IBM, Google, Alibaba, Microsoft, Intel ve D-Wave Systems gibi büyük oyuncular, pratik olarak uygulanabilir bir kuantum bilgisayar yaratmak için mücadele ediyor.
Evet, her yıl bu alana akan para küçük bir harcamayı temsil ettiği sürece (2018'deki yapay zeka yatırımına kıyasla 9,3 milyar dolar). Ancak bu rakamlar, henüz performans göstergelerine sahip olmayan, olgunlaşmamış bir sektör için önemli.
Kuantum problemlerini çözmek
Bugün teknolojinin hala emekleme aşamasında olduğunu anlamalısınız. Yalnızca kuantum makinelerinin ve tekil deneysel sistemlerin prototiplerini oluşturmak mümkündü. Düşük karmaşıklığa sahip sabit algoritmaları yürütme yeteneğine sahiptirler. İlk 2 kübit bilgisayar 1998 yılında yaratıldı ve bu cihazları “kuantum üstünlüğü” olarak adlandırılan uygun seviyeye getirmek insanlığın 21 yılını aldı. Bu terim Caltech profesörü John Preskill tarafından icat edildi. Bu da kuantum cihazlarının sorunları en güçlü klasik bilgisayarlardan daha hızlı çözme yeteneği anlamına geliyor.
Bu alanda bir atılım Kaliforniyalı şirket Google tarafından gerçekleştirildi. Eylül 2019'da şirket, 53-qubit Sycamore cihazının, son teknoloji ürünü bir süper bilgisayarın 200 yıl sürecek bir hesaplamayı 10 saniyede tamamladığını duyurdu. Bu açıklama birçok tartışmaya neden oldu. IBM bu tür hesaplamalara kategorik olarak karşı çıktı. Şirket, blogunda Summit süper bilgisayarının bu görevi 000 günde halledeceğini yazdı. Ve gereken tek şey disk depolama kapasitesini arttırmaktır. Gerçekte fark o kadar da büyük olmasa da, Google gerçekten de “kuantum üstünlüğünü” başaran ilk şirket oldu. Bu da bilgisayar araştırmalarında önemli bir dönüm noktasıdır. Ama daha fazlası değil. Sycamore'un başarısı tamamen gösteri amaçlıdır. Pratik bir uygulaması yoktur ve gerçek sorunları çözmek için işe yaramaz.
Asıl sorun donanımdır. Geleneksel hesaplama bitleri 0 veya 1 değerine sahipken tuhaf kuantum dünyasında kübitler aynı anda her iki durumda da olabiliyor. Bu özelliğe süperpozisyon denir. Qubit'ler topaç gibidir: hem saat yönünde hem de saat yönünün tersine dönerler, yukarı ve aşağı hareket ederler. Bunu kafa karıştırıcı buluyorsanız, o zaman harika bir arkadaşsınız demektir. Richard Feynman bir keresinde şöyle demişti: "Kuantum mekaniğini anladığınızı düşünüyorsanız, anlamıyorsunuz." Kuantum mekaniği alanında Nobel Ödülü'nü kazanan adamdan cesur sözler.
Yani kübitler son derece kararsız ve dış etkilere maruz kalıyor. Laboratuar pencerelerinin altından geçen bir araba, soğutma sisteminin iç gürültüsü, uçan bir kozmik parçacık - herhangi bir rastgele müdahale, herhangi bir etkileşim onların eşzamanlılığını bozar ve eşevreyi bozarlar. Bu bilgisayar açısından zararlıdır.
Kuantum hesaplamanın geliştirilmesine yönelik temel soru, araştırılan birçok donanım çözümünden hangisinin kübitlerin kararlılığını sağlayacağıdır. Tutarlılık sorununu çözen ve kuantum bilgisayarları GPU'lar kadar yaygın hale getiren kişi, Nobel Ödülü'nü kazanacak ve dünyanın en zengin insanı olacak.
Ticarileşmeye giden yol
2011 yılında Kanadalı şirket D-Wave Systems Inc. Kullanışlılıkları belirli matematik problemleriyle sınırlı olmasına rağmen kuantum bilgisayarlarını ilk satan kişi oldu. Önümüzdeki aylarda milyonlarca geliştirici bulut aracılığıyla kuantum işlemcileri kullanmaya başlayabilecek. IBM, 53 kübitlik aygıtına erişim sağlamayı vaat ediyor. Şu ana kadar 20 firma Q Network adı verilen program kapsamında bu ayrıcalığa sahip oldu. Bunların arasında ekipman üreticisi Samsung Electronics, otomobil üreticileri Honda Motor ve Daimler, kimya şirketleri JSR ve Nagase, bankalar JPMorgan Chase & Co. yer alıyor. ve Barclays.
Bugün kuantum hesaplamayı deneyen şirketlerin çoğu bunu geleceğin ayrılmaz bir parçası olarak görüyor. Şimdiki asıl görevleri kuantum hesaplamada neyin işe yarayıp neyin yaramadığını bulmak. Ve hazır olduğunda teknolojiyi iş hayatına ilk sokan kişi olmaya hazır olun.
Ulaştırma organizasyonları. Volkswagen, D-Wave ile birlikte bir trafik kontrol sistemi olan kuantum bir uygulama geliştiriyor. Yeni program, büyük şehirlerdeki toplu taşıma kuruluşlarının ve taksi şirketlerinin filolarını daha verimli kullanmasını sağlayacak ve yolcu bekleme süresini en aza indirecek.
Enerji sektörü. ExxonMobil ve IBM, enerji sektöründe kuantum hesaplamanın kullanımını teşvik ediyor. Bir dizi yeni enerji teknolojisi geliştirmeye, enerji verimliliğini artırmaya ve sera gazı emisyonlarını azaltmaya odaklanıyorlar. Enerji sektörünün karşılaştığı zorlukların boyutu ve karmaşıklığı günümüzün geleneksel bilgisayarlarının kapsamının ötesindedir ve kuantum bilgisayarlar üzerinde test edilmeye çok uygundur.
İlaç şirketleri. Accenture Labs, kuantum yazılım şirketi 1QBit ile ortaklık kuruyor. Sadece 2 ay içinde, atomik seviyelerde karmaşık moleküler etkileşimleri modellemek için bir uygulama kullanarak araştırmadan kavram kanıtlamaya geçtiler. Kuantum hesaplamanın gücü sayesinde artık daha büyük molekülleri analiz etmek mümkün. Bu topluma ne kazandıracak? En az yan etkiye sahip yenilikçi ilaçlar.
Finans sektörü. Kuantum teorisinin ilkelerine dayanan teknolojiler giderek bankaların ilgisini çekiyor. İşlemleri, alım satımları ve diğer veri türlerini mümkün olduğunca çabuk işlemekle ilgileniyorlar. Barclays ve JP Morgan Chase (IBM ile birlikte) ve NatWest (Fujitsu ile birlikte) halihazırda özel yazılım geliştirme deneylerini yürütüyorlar.
Bu kadar büyük şirketler tarafından kabul edilmesi ve girişimci kuantum öncülerinin ortaya çıkması, kuantumun ticari olarak uygulanabilirliği hakkında çok şey anlatıyor. Enerji verimliliğinin arttırılmasından araç rotalarının optimize edilmesine kadar, gerçek dünyadaki sorunlara kuantum hesaplamanın uygulandığını zaten görüyoruz. Ve daha da önemlisi, teknoloji geliştikçe değeri de artacaktır.
Kaynak: habr.com
