Kuantum bilgisayarların gelişimini bilgi işlem tarihinin daha geniş bağlamına yerleştirerek, okuyucuya geçmişte üstesinden geldiğimiz mühendislik zorluklarının büyüklüğü hakkında bir fikir vermeyi ve yararlı kuantum bilgisayarlar geliştirme konusundaki kolektif yeteneğimizin görünümü hakkında bir görüş sunmayı umuyorum.
Derleyen: Berkut Kerem Bozkurt
Kuantum bilişim, kuantum mekaniği ilkelerine dayalı bilgisayar teknolojileri geliştirme olasılığını araştıran bir bilgisayar bilimi alanıdır. Henüz ilk aşamalarında olmakla birlikte, klasik bilgisayarlarla mümkün olandan çok daha hızlı bilişim için umut vaat ettiğini göstermiştir. Bu makalede, başlangıcından günümüze kadar kuantum bilişiminin tarihine bir göz atacağız.
Tarih, insanlığın daha önce bilimsel keşifleri nasıl yaptığına dair önemli bir bağlam sunar. Bilimsel anlayışın zaman içinde tam olarak nasıl ilerlediğine dair birçok teori vardır, ancak nasıl bakarsanız bakın, geçmişe bakmak bize bugünü nasıl göreceğimiz konusunda yeni bir bakış açısı kazandırır.
Her şey teorik olarak imkansızdır, ta ki yapılana kadar. Neyin yapılamayacağı ve asla gerçekleşemeyeceği konusunda en yüksek otoritenin ciddi açıklamalarını bir araya getirerek tersten bir bilim tarihi yazılabilir. – Robert Heinlein, Amerikalı Bilim Kurgu Yazarı
Kuantum bilgisayarların gelişimini bilgi işlem tarihinin daha geniş bağlamına yerleştirerek, okuyucuya geçmişte üstesinden geldiğimiz mühendislik zorluklarının büyüklüğü hakkında bir fikir vermeyi ve yararlı kuantum bilgisayarlar geliştirme konusundaki kolektif yeteneğimizin görünümü hakkında bir görüş sunmayı umuyorum.
Bilişimin Kısa Tarihi
Eğer gerçekten zamanda geriye gitmek istiyorsanız abaküs kavramına kadar gitmeniz gerekir. Ancak, bugün genel olarak tanıdığımız biçimiyle bilgisayar, Charles Babbage (1791-1871) ve Ada Lovelace’ın (1815-1852) çalışmalarından kaynaklanmaktadır. Babbage Analitik Motor’u tasarladı ve cihazın yapımını tamamlamamış olsa da o zamandan beri işe yarayacağı kanıtlandı. Aslında mantıksal yapısı genel olarak modern bilgisayarlar tarafından kullanılanla aynıdır. Lovelace, makinenin saf bilişiminin ötesinde uygulamaları olduğunu fark eden ilk kişiydi ve böyle bir makine tarafından gerçekleştirilmesi amaçlanan ilk algoritmayı yayınladı. Bu nedenle bilgisayarların tüm potansiyelini ilk fark eden kişi ve ilk bilgisayar programcılarından biri olarak kabul edilir.
1890 yılında Herman Hollerith, 1880 nüfus sayımını hesaplamak için bir delikli kart sistemi tasarladı, görevi rekor sürede tamamladı ve hükümete 5 milyon dolar tasarruf sağladı. Nihayetinde IBM’e dönüşecek olan şirketi kurdu.
1936 yılında Alan Turing, daha sonra Turing makinesi olarak adlandırılan ve hesaplanabilir olan her şeyi hesaplayabilen evrensel bir makine fikrini sundu. Modern bilgisayarın merkezi konsepti onun fikirlerine dayanmaktadır. Bunu takiben, kuantum bilişimin gelişimine daha geniş bir bağlamsal mercek sağlamak için bilgisayarların temel teknolojisinin gelişiminin üst düzey bir özetini sunuyoruz. Kuantum Bilişimi birçok kişi tarafından yeni nesil hesaplama olarak görülmektedir. Bilgi işlem dönemlerini ve kuantum bilgi işlemin tarihini bölmenin birçok yolu vardır, ancak bunun en öğretici olduğunu düşünüyoruz. Klasik bilgisayarlar ilk olarak bilgiyi temsil etmek için bitleri (sıfırlar ve birler) kullandı. Bu bitler ilk olarak ilk elektro-mekanik bilgisayarlarda fiziksel anahtarlar ve röle mantığı ile temsil edildi. Bunlar muazzam, gürültülü mühendislik harikalarıydı ve bitleri temsil etmek için daha iyi bir yola ihtiyaç olduğu açıktı.
Vakum Tüpleri
Vakum tüpleri 1940’ların sonlarında bitleri temsil etmek için elektrik akımını kontrol etmenin bir yolu olarak kullanıldı. Bunlar aşırı ısınan ve değiştirilmesi gereken hantal, güvenilmez cihazlardı. İlk genel amaçlı dijital bilgisayar olan Elektronik Sayısal Bütünleştirici ve Bilgisayar (ENIAC) 1943 yılında üretildi. Bilgisayarda 18.000 vakum tüpü vardı. Bu nesil bilgisayarlar sadece tek bir görevi yerine getirebiliyordu ve işletim sistemleri yoktu.
Transistörler
Hala valfli bir gitar amfisine sahip olan herkesin bildiği gibi, vakum tüpleri oldukça huysuz yaratıklardır. Çok fazla enerji kullanırlar, parlarlar ve düzenli olarak patlarlar. 1940’ların sonlarında bitleri temsil etmenin daha iyi bir yolu aranmaya başlandı ve bu da transistörlerin geliştirilmesine yol açtı. 1951 yılında ticari kullanım için ilk bilgisayar halka tanıtıldı: Evrensel Otomatik Bilgisayar (UNIVAC 1). 1953 yılında International Business Machine (IBM) 650 ve 700 serisi bilgisayarlar piyasaya sürüldü ve (nispeten) yaygın olarak kullanıldı.
Entegre Devreler
Entegre devrelerin icadı daha küçük ve daha güçlü bilgisayarlara olanak sağlamıştır. Entegre devre, küçük düz bir yarı iletken malzeme parçası (tipik olarak silikon) üzerinde bulunan bir dizi elektronik devredir. Bunlar ilk olarak 1950’lerin sonlarında ve 1960’lar boyunca geliştirilmiş ve iyileştirilmiştir. Kilby’nin entegre devresi (resimdeki) devrim niteliğinde olmasına rağmen, silikondan değil germanyumdan yapılmıştı. Kilby’nin entegre devresinin ilk patentinin alınmasından yaklaşık altı ay sonra Fairchild Semiconductor’da çalışan Robert Noyce germanyumun sınırlarını fark etti ve silikondan kendi çipini yarattı. Fairchild’in çipleri Apollo görevlerinde ve hatta Ay’a inişte kullanılmaya devam etti.
Mikroişlemciler ve Ötesi
1970’lerde tüm merkezi işlem birimi tek bir entegre devre veya çip üzerinde yer almaya başladı ve mikroişlemciler olarak tanındı. Bunlar, bilgisayarların minyatürleştirilmesini kolaylaştırmada büyük bir adımdı ve kişisel bilgisayarların veya “PC’lerin” geliştirilmesine yol açtı.
İşlem gücü 1970’lerden bu yana hızlı bir şekilde ilerlemeye devam ederken, çekirdek işlemcilerin gelişiminin çoğu, geliştirilen çekirdek teknolojinin üzerine yapılan yinelemelerdir. Günümüz bilgisayarları, yazılım ve ara yazılımların geliştirilmesi ve minyatürleştirme (daha küçük ve daha küçük mikroişlemcilerin geliştirilmesiyle) dahil olmak üzere daha fazla soyutlamanın hikayesidir.
Bileşenlerin daha da minyatürleştirilmesi mühendisleri kuantum mekaniksel etkileri göz önünde bulundurmaya zorlamıştır. Çip üreticileri bir çipe daha fazla transistör ekledikçe, transistörler küçüldü ve farklı transistörler arasındaki mesafeler azaldı. Günümüzde, bir zamanlar akımı engelleyecek kadar kalın olan elektronik bariyerler artık elektronların içinden geçebileceği kadar incedir (kuantum tünelleme olarak bilinir). Daha fazla minyatürleştirmeden kaçınarak bilgi işlem gücünü artırabileceğimiz başka yollar olsa da bilim insanları farklı türde bilgisayarlar oluşturmak için kuantum mekanik etkilerinden yararlanıp yararlanamayacaklarını görmeye çalıştılar.
Kuantum Bilgisayar Zaman Çizelgesi
Fiziğin bir dalı olarak Kuantum Mekaniği 19. Yüzyılın sonlarında bir dizi bilimsel keşifle başlamış ve o zamandan beri aktif bir gelişim içinde olmuştur. Çoğu insan, fizikçilerin kuantum sistemleriyle hesaplamayı aktif olarak incelemeye başladıkları dönem olarak 1980’leri işaret edecektir.
1982: Kuantum bilişiminin tarihi, Richard Feynman’ın kuantum sistemleriyle hesaplamanın potansiyel avantajları üzerine verdiği derslerle başlar.
1985: David Deutsch “evrensel kuantum bilgisayar” fikrini yayınladı.
1994: Peter Shor, büyük sayıların çarpanlarını verimli bir şekilde bulabilen, en iyi klasik algoritmadan önemli ölçüde daha iyi performans gösteren ve teorik olarak modern şifrelemenin temelini riske atan bir algoritma sunar (şimdi Shor’un algoritması olarak anılmaktadır).
1996: Lov Grover, kuantum bilgisayarlar için veri tabanlarında arama yapmak için daha verimli olacak bir algoritma sunar (şimdi Grove’un arama algoritması olarak anılmaktadır)
1996: Seth Lloyd kuantum-mekanik sistemleri simüle edebilen bir kuantum algoritması önerdi
1999: D-Wave Systems Geordie Rose tarafından kuruldu
2000: MIT’den Eddie Farhi adyabatik kuantum bilişimi için fikir geliştirdi
2001: IBM ve Stanford Üniversitesi, Shor algoritmasının ilk uygulamasını yayınlayarak 7 kübitlik bir işlemci üzerinde 15’i asal çarpanlarına ayırdı.
2010: D-Wave One: ilk ticari kuantum bilgisayarı piyasaya sürüldü (tavlayıcı)
2016: IBM, kuantum bilişimi IBM Cloud’da kullanıma sunuyor
2019: Google kuantum üstünlüğünün başarıldığını iddia ediyor. Kuantum Üstünlüğü, 2012 yılında John Preskill tarafından kuantum sistemlerinin klasik dünyadakileri aşan görevleri ne zaman yerine getirebileceğini tanımlamak için kullanılmıştır.
Günümüzün kuantum bilgisayarları bazıları tarafından, yukarıda bir önceki bölümde ana hatlarıyla belirttiğimiz gibi vakum tüpü çağında (veya öncesinde) oturuyor olarak tanımlanmaktadır. Bunun nedeni, kullanışlı ve ölçeklenebilir kuantum bilgisayarları yapmanın henüz zirvesinde olmamızdır. Bu gelişim aşaması, teknolojiye nasıl yatırım yapılacağına karar vermenin kolay olmadığı anlamına geliyor.
Steampunk Avizeler (IBM Kuantum Bilgisayar)
Bu yazıyı araştırırken ve yazarken iki şey dikkatimi çekti. Birincisi, bilgisayarların tarihi son 100 yıl içinde net, doğrusal bir ilerleme göstermedi. Daha ziyade, önceden öngörülmesi zor olan büyük sıçramalara dayanıyordu. İkinci olarak, TQD’de doğrudan abartıdan uzak durmaya çalışsak da, 1940’ların büyük mühendislik başarılarının, bugün sahip olduğumuzdan daha küçük bütçelerin desteğiyle bireyler tarafından ilerletilen şu anki bilgisayarlardan çok daha farklı olduğunun farkındayız. Her ne kadar kuantum bilgisayarların gelişimi açık bir yelken olmaktan uzak olsa da, bugün gördüğümüz steampunk avizelerin (teşekkürler Bob Sutor) büyüleyici bir bilimsel gelişim hikayesinin sadece ilk adımlarının atıldığı bir gelecekten emin olmamızı sağlıyor.
Kaynakça:
https://thequantuminsider.com/2020/05/26/history-of-quantum-computing/
https://www.theguardian.com/science/2012/aug/19/thomas-kuhn-structure-scientific-revolutions
https://spectrum.ieee.org/transistor-wars
https://thequantuminsider.com/2019/09/25/quantum-godfathers-1-david-deutsch-quantum-computings-lost-founder/
https://thequantuminsider.com/2019/09/22/what-is-quantum-supremacy-and-has-google-achieved-it/
https://thequantuminsider.com/2020/03/11/quantum-computing-and-the-world-of-venture-capital/
Son Erişim Tarihi: 28.10.2024
