Kuantum Bilgisayarlar2

8/14/2019 Kuantum Bilgisayarlar2

1/37


2/37

Giri

Tarihe Kuantum Bilgisayar Nedir ?

Kuantum Bilgisayarlar Nasl alr ?

Kuantum Kaplar Sonu

NDEKLER


3/37

Gnmzde bilgisayar teknolojisi, insan beynidnda, bizlere, hesaplama yetenei kazandrmtr.

Bilgisayarlar, bir insandan ok daha hzl bir ekildehesaplama yapabildikleri gibi, bir insann ayn andaaklnda tutabileceinden daha fazla bilgiyi

depolayabilmekte ve bunlara hzl bir ekildeeriilebilmesine olanak salamaktadrlar.

GR


4/37

Yakn bir gelecekte mikroelektronik elemanlarnbirka atomdan oluan modelleri karmza

karacaktr. Bu boyutta, atomik lekte, fiziinklasik kurallar deil, Kuantum fiziinin kurallargeerli olmaktadr. Kuantum teknolojisi ok dahafazla bitin ayn anda ilenmesine olanak

tanyacak, bilgi ileme teknolojisini temelinden

deitirecektir.

GR


5/37

Tarihe

Rahatl kla syleyebilirim ki hikimse

Kuantum mekani ini anlayamaz.

1982 Feynman klasik fizik kanunlar yerine

Kuantum mekani i kanunlar na dayal

makineleri olu turma d ncesini ileri srd.

1985 - David Deutsch Kuantum devrelerinin

evrensel oldu unu gsterek Kuantum turingmakinelerini geli tirdi.

RichardFeynman


6/37

Tarihe

1994 Peter Shor ok byk say lar

arpanlar na ay rmak iin Kuantum

algoritmas retti.

1997 Lov Grover Kuantum arama

algoritmas geli tirdi. RichardFeynman


7/37


8/37

Kuantum Bilgisayar

Nedir ?Bir Kuantum Bilgisayar bellek ve ileme grevleriyapmak iin atomlarn ve

molekllerin gcn kullananve bunlardan yararlanan bir bilgisayardr. Belli ilemlerisilikon bazl bilgisayarlaranazaran milyarlarca kat daha

hzl ilem yapabilmepotansiyeline sahiptir.


9/37

Kuantum Bilgisayar

Nedir ?0 ve 1 bitleri klasik fiziin dnyay gsterdii

ekle uyumludur.

Elektrik anahtalarlar ak ya da kapal,Bir obje bir yerde olabilir ya da olamaz.

Kuantum bilgisayarlar klasik fiziksel dnyannikili doas ile snrlandrlamaz. Onlar Kuantum

bitlerinin veya kbitlerin durumunun incelenmesinedayanmaktadr.


10/37

Bit Kuantum bilgisayarlarn klasik eleniklerinden ayran farkllvurgulamak iin nce bit kavramna eilmek gerekir. Fiziksel bak asndanbir bit mantksal iki durumdan birini (Evet-Hayr, Doru-Yanl veya basite0-1) ifade etmek iin hazrlanabilen bir fiziksel sistemdir.

Bit ve Qubit

0

1

Bit


11/37

Bir bitlik bilgi ayrca n farkl iki polarizasyonu veya bir atomun ikielektronik durumu kullanlarak da kodlanabilir. Ancak, bir atom fiziksel sistemolarak seilirse atomun iki ayrk elektronik durumu dnda, atom, iki ayrkdurumun badak (Coherent) bir st konumunda da (Superposition) bulunabilir.

Bit ve Qubit

0

1

Bit0

1

Qubit 0 + 1


12/37

Bit ve Qubitin Fark fiziksel bitten oluan bir yazmac ele alalm. Bu tr birklasik yazma, bir anda, bu bitin karlk gelebileceisekiz saydan birini depolayabilir(000, 001, 010, ..., 111).

Ancak qubitten oluan bir Kuantum yazmac herhangi bir anda bir Kuantum st pozisyonunda bu sekiz saynntmn depolayabilir.


13/37

Bir yazma deiik saylarn st konumundahazrlandktan sonra zerinde ilem gerekletirilebilir.rnein, eer qubitler atomlar ise, uygun bir ekilde

ayarlanm lazer darbeleri atomlarn elektronik durumlarnetkileyecek ve kodlanm saylarn balangtaki stkonumlarn baka st konumlara kaydracaktr. Her saynn butr bir kayma ile etkilenmesi tek para bir Kuantum donanmile geni hacimli bir paralel ileme yetenei salayacaktr.

Qubit Ne Avantaj Salar


14/37

Ayn ilemin klasik bir bilgisayardagerekletirilebilmesi iin ayn matematiksel ilemintek ilemci ile 2n kez veya 2n adet farkl ilemci

zerinde paralel olarak iletilmesi gerekir. zetle birKuantum bilgisayar zaman ve bellek gibi kaynaklarnkullanmnda mthi bir tasarruf salamaktadr.

Bitlerde Bu Durum Nasld?


15/37

NIST (Amerikan Ulusal Standartlar ve TeknolojiEnstits) ekibi, ayn nesne iindeki iki ayr kuantum

sistemi arasnda dolanklk ba kuruyor. Bu, artelektrik ykl bir berilyum iyonu Aratrmaclar nceiyonu Paul Kapan denen bir elektrik alan a iindehapsediyorlar. Merkeze itilen iyon titremeye balyor.

Peki Bir Kuantum BilgisayarNasl alr ?


16/37


17/37

2.Aama

yonun titreim enerjisinin dzeyi kontrol"bit"i oluyor. En dk titreim dzeyindeki biriyon "0", bir sonraki en yksek titreimdzeyindeki bir iyon da "1" oluyor.

Hedefse, dnmesine (spin) bal olarak ikienerji dzeyinden birinde bulunan d elektron.Spin, dnen bir topun asal momentumu gibicanlandrlabilecek bir kuantum mekanii terimi.



18/37


19/37

3.Aamarnein bir vurduunuzda elektron st spin durumuna, bir

daha vurulduunda gene eski alt spin konumuna geiyor.Lazer darbesinin sresi nemli. Eer elektronu birdurumdan tekine geirmek iin t sresi gerekiyorsa, 2t,onu bir dzeyden dierine gtrp geri getirir. in garibi,1/2 t uzunluunda bir lazer darbesinin, elektronu st ve alt

spin konumlarnn st ste binmi durumuna getirmesi.



20/37

Excited

State

Ground

State

Nucleus

Light pulse of

frequency fortime interval t

Electron

State |0> State |1>

Peki Bir Kuantum Bilgisayar

Nasl alr ?


21/37


State |0> State |0> + |1>


22/37

Peki kap nasl iliyor ?

Elektronun alt spinde ve "1"e karlk gelen titreim durumunda olduunuvarsayalm. Aratrmaclar lazer darbesi kullanyorlar. Birincisi, 1/2 tsreli; elektronu alt ve st spinlerin st ste bindii duruma getiriyor.


State |0>


23/37

kinci darbe, deneyin bir zelliine gre ayarlanm. ki spindurumunun dnda, nc bir enerji dzeyine sahip ve bu

dzeye erimek iin gereken enerji, iyonun titreim durumunabal. kinci lazer darbesinin enerjisi, elektronu, ancak st spinkonumundayken ve iyon'un titreim dzeyi de "1"e karlkgelecek konumdayken bu nc dzeye frlatacak biimdeayarlanm. Dolaysyla da, st ste binmi konumlarn sadece

bu paras etkileniyor.



24/37

Bu arada bir "hile" daha yaplyor. NIST ekibinden Dawn Meekhof bunu yle aklyor: kinci lazer darbesi 2t sreyle veriliyor. Yani,elektronu st konuma ykselttikten sonra tekrar geri getiriyor. Elektrondndnde dalga fonksiyonunun faz 180 derece dnm oluyor.

Yani dalgann tepeleri, eskiden ukur olan yerlere geliyor.



25/37

Gelelim nc darbeye. Bu kez lazer, ilk darbe gibi 1/2 tsreyle veriliyor ve elektron'un alt spinden st spin konumunadnme sreci tamamlanyor. Bylece balangtaki alt spinlielektron, st spinli konuma evrilmi oldu. Bu da klasikbilgisayarlarda "0"n "1"e devrilmesine benziyor. yonun titreimdurumu "0"sa, ara (ikinci) lazer darbesinin elektron zerindehibir etkisi olmuyor. Ayrca 180 derecelik faz deiimiolmadan, elektron , nc darbeyle vurulduunda da st spindurumuna gemeyip, alt spin durumuna geri dnyor. Bu, klasik

bilgisayarlarn "0 girdi-0 kt" durumuna karlk geliyor.



26/37

imdi de yle bir deney dnn: Balangtaiyonun titreim durumu, 0 ve 1 konumlarnn st ste

binmi durumu olsun ve elektron da alt spinli konumda bulunsun. Lazer darbeleri pe pee gelmeye balayncaiyon, st ste binmi ok sayda konumdan getiktensonra, "0 titreim durumu-alt spin" ve "1 titreim durumu-st spin" konumlarnn st ste binmi durumunagelecektir. Dolaysyla, titreim ve spin durumlar

arasnda dolanklk ba kurulmu oldu. Artk elektronunspin konumunu "alt" olarak lerseniz, iyonun titreimdurumunun 0 olduunu herhangi bir lme gerekduymadan bileceksiniz.



27/37

A a da do ruluk tablosu verilen bir VE kap s ndan da anla laca gibi k bitlerinin durumuna bakarak asla giri

de erlerini tahmin edemeyiz. Yani hangi durumlarda bir

hangi durumlarda s f r oldu unu k a bakarak

yorumlayamay z.

Kuantum Kaplar

A B C

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1

Input Output

A

B

C

The AND Gate

Peki Kuantum Kap lar nda bu durum nas l ?


28/37

Kuantum kap lar nda k bitlerinden giri durumuna

geri dnlebilme ans vard r. Yani bir VE kap s nda k

biti 0 olma olas l 3 durum iin sz konusu oldu undan

hangi giri durumu iin bu 0 k n elde etti ini bilemeyiz.

Bu yzden giri durumuna geri dnemeyiz.Kuantum kap lar bize byle bir avantaj sa l yor.

Ama nas l ?

Kuantum Kaplar


29/37

Baz Kuantum Kaplar

Kontroll De il Kap s (CN)

A - Target

B - Control

A B A B

0 0 0 0

0 1 1 1

1 0 1 0

1 1 0 1

Input Output

A

B

1 bit giri ve 1 kontrol biti kullan larak kontrole ba l k biti

elde edilir.


30/37

A - Target

B - Control 1

C - Control 2

A B C A B C0 0 0 0 0 0

0 0 1 0 0 1

0 1 0 0 1 0

0 1 1 1 1 1

1 0 0 1 0 01 0 1 1 0 1

1 1 0 1 1 0

1 1 1 0 1 1

Input Output

A

B

C

CCN kap s nda ise iki kontrol biti kullan l r ve bu bitlerin

her ikisinin 1 olmas durumunda giri bitinin tersi

al narak k biti elde edilir.

Baz Kuantum Kaplar

Kontroll Kontrol De il Kap s (CCN)


31/37

Gnmzde KuantumBilgisayarlar

imdiye yaplan aratrmalarda biliminsanlar, elektronlarn aa-yukar

hareketlerinden, qubit oluturmaybaarmt. Ancak, hibir denemedeelektronlarn Kuantum halleri kontrol

edilememiti.


32/37

Hollandada Delft niversitesi uzmanlar, yaptklarbir deneyde elektronlarn hareketlerini kontrol etmeyi de

baard. stelik bunu konvansiyonel ip mimarisiteknikleri kullanarak yapmalar, Kuantum bilgisayarlargelitirilmesini ynnde nemli bir gelime olarakgsteriliyor.

Gnmzde KuantumBilgisayarlar


33/37

Kanadal D-Wave Systems firmas Dnyannilk ticari Kuantum Bilgisayarn duyurdu. Bu

kayde deer bir baar rndr. Daha ncekialmalarda 16 qubit gcndeki bilgisayar baz basit hesaplama ilemlerini yapabiliyordu. Ancak bu g gnmzde kullandmz bilgisayarlardan

olduka dk.

Kuantum Bilgisayarlarda SoDurum


34/37

New Scientist'te yer alan bir rapora gre, Colaradomerkezli Standart ve Teknoloji Ulusal Enstitstarafndan hayata geirilen projenin nnde halen engeller

bulunsa da, bilgisayar iki kuantum bitini yani qubit'ihesaplama yetisine kavumu durumda. Yani bu haliyledahi bilgisayar, gnmz 0-1 kodlamal sisteme dayalgeleneksel hesaplamalara kyasla ok daha fazla veridepolayabilecek. Bundan nce de bir ve iki geitli

qubit'ler tasarlanm ve belirli algoritmalarda kullanlmolmasna karn bugne kadar kimse tm kuantumrutinlerini ieren bir cihaz meydana getirememiti. .

lk Programlanabilir KuantumBilgisayar


35/37

zetle diyebiliriz ki :


36/37

Kaynaklar TBTAK Bilim ve Teknik 2003 (Mays) Dergisi Joseph Stelmach Quantum Computing

Scott Aaronson - Quantum Computing - 2002 Rait Grdilek Bilim ve Teknik-1999 Yasin Kaplan Quantum Computing -2002 Newscientist 2006 (Austos) Newscientist 2009 (Kasm)


37/37

Sabrla dinlediiniz iin teekkr

ederim.

Documents

Kuantum Bilgisayarlar2