Kuantum hesaplama, büyük miktarda bilgiyi işleyecektir. İş yükleri, mevcut bilgi işlemden çok daha yüksek hızlarda teşhis simülasyonları ve analizi içerebilir. Ancak tamamen etkili olabilmesi için kuantum bilişimin çok büyük miktarda veriye erişmesi, bunları analiz etmesi ve depolaması gerekecek.
Kuantum hesaplamanın BT sistemlerinin evriminde bir sonraki adım olacağına dair bir beklenti var. Çok çekirdekli işlemcinin bilgisayarların birden çok görevi paralel olarak gerçekleştirmesine izin vermesi gibi, kuantum işlemciler de bilgi işlem gücünde bir sıçrama olacak ve karmaşık görevlerin şu anda gereken süreden çok daha kısa sürede gerçekleştirilmesine izin verecek.
Kuantum bilgisayarlar, adından da anlaşılacağı gibi, mevcut bilgisayar sistemlerinin sınırlamalarının üstesinden gelmek için kuantum mekaniğini (fiziğin atomik ve atom altı parçacıklarla ilgili dalı) kullanır.
Kuantum hesaplama nedir?
Durumların süperpozisyonu ve kuantum dolaşıklığı ilkeleri, şu anda kullanılandan farklı bir hesaplama yöntemi sağlar. Bir kuantum bilgisayar potansiyel olarak bilgi birimi başına kuantum bitleri veya kübitler olarak adlandırılan daha fazla durumu depolayabilir ve sayısal düzeyde çok daha verimli algoritmalarla çalışabilir.
Qubit’ler iki durumlu bir kuantum-mekanik sistemdir. Bununla birlikte, süperpozisyon nedeniyle, aynı anda hem 1 hem de 0 olmak üzere iki durum da olabilirler. Klasik bir bilgisayar sisteminde, bir bitin şu ya da bu durumda olması gerekirdi – 1 ya da 0. Kuantum mekaniği, bir kübitin aynı anda her iki durumun tutarlı bir süperpozisyonunda olmasına izin verir; bu, kuantum mekaniği için temel olan bir özelliktir ve bu nedenle kuantum hesaplama.
“Kuantum bilgisayarının katlanarak daha fazla hesaplama gücü elde etme potansiyelinin merkezinde, kübitin bir süperpozisyon durumunda var olma kapasitesi yatıyor”
Martin Weides, Glasgow Üniversitesi
Nihayetinde bu, kuantum bilgisayarların, özellikle büyük veri ve örüntü tanıma alanlarında, büyük veri kümelerini kullanarak karmaşık görevleri klasik bir bilgisayardan çok daha hızlı işlemesine olanak tanıyacak. Örneğin, kuantum bilgisayarların, daha önce yapabildiklerinden daha büyük ve daha karmaşık molekülleri taramak ve bir farmasötik ürün ile amaçlanan hedefi arasındaki karmaşık etkileşimleri haritalamak için ilaç endüstrisinde potansiyel uygulamaları vardır.
Glasgow Üniversitesi’nde kuantum teknolojileri profesörü olan Martin Weides, “Kuantum bilgisayarının katlanarak daha fazla hesaplama gücü elde etme potansiyelinin merkezinde, kübitin bir süperpozisyon durumunda var olma kapasitesi yatmaktadır” diye açıklıyor. “Size olasılıkların istatistiksel bir cevabını verir ve ardından hesaplamayı birkaç kez tekrarlar ve bu sonucu büyütürsünüz. Sonunda bir sonuç elde edersiniz, ancak bu %100 kesinlikte değildir.”
Kuantum depolama ve klasik depolama
Kuantum bilgisayarların temel zorluklarından biri, depolama sistemlerinin, etkisi zamanla birikebilen kuantum eşevresizlik nedeniyle uzun süreli depolama için uygun olmamasıdır. Eşevresizlik, kuantum bilgi işlem verileri mevcut veri depolama çerçevelerine getirildiğinde meydana gelir ve kübitlerin kuantum durumlarını kaybetmelerine neden olarak verilerin bozulmasına ve veri kaybına neden olur.
Weides, “Kuantum mekanik parçaları, bir süre sonra bozulma ve çökme eğilimi gösterdikleri için uzun süre depolanamazlar” diyor. “Kullanılan teknolojiye bağlı olarak saniyeler içinde çökebilirler ama en iyileri bir dakika içinde çöker. Gerçekten 10 yıllık depolama elde edemezsiniz. Belki yirmi yıl içinde oraya ulaşabiliriz ama buna da gerek yok.”
Kuantum bilgisayarlar, hesaplama sırasında veri depolamaya ihtiyaç duyacak, ancak bunun süper konumlanmış veya dolaşık durumları depolamak için bir kuantum hafıza olması gerekiyor ve depolama süreleri bir zorluk teşkil edecek.
Bu nedenle, kuantum bilgi işlem için veri depolamanın, yüksek performanslı bilgi işlem (HPC) gibi geleneksel depolamaya dayanması muhtemeldir.
Kuantum hesaplama için gereken büyük finansal yatırım göz önüne alındığında, maliyet tasarrufu sağlayan bir uygulama olarak “ucuz” veri depolama öğelerine bir sınırlama getirmek ters etki yaratacaktır.
Veri depolama zorlukları ve büyük veri kümelerini işleme gereksinimi göz önüne alındığında, kuantum hesaplamaya en iyi bulut aracılığıyla erişilmesi muhtemeldir. Örneğin, IBM’in mevcut kuantum sistemleri bulut bağlantılıdır. Doğal olarak, bulut depolamanın etkinliği buluta ağ bağlantısına bağlıdır.
Kuantum bilişim, ölçeklenebilirlik ve uyumsuzlukta zorluklarla karşılaşsa da, geleneksel işlemcilerin gerektirdiği sürenin çok daha kısa bir bölümünde aynı anda birden çok işlemi gerçekleştirme yeteneği, analitik iş yükleri için güçlü bir araç haline gelmesi muhtemeldir.
Geleneksel depolamaya sahip kuantum bilgisayarlar
Kuantum bilgi işlem ve kuantum depolamanın mevcut bilgi işlem ve depolama sistemlerinin yerini alması pek olası değildir.
Klasik bilgi işlem ve depolama altyapısını kullanmak, özellikle küçük, basit, tekrarlanabilir görevleri içeren günlük sorunların üstesinden gelmek için en kolay ve en ekonomik çözüm olmaya devam edecektir.
Bununla birlikte, kuantum hesaplama, malzeme bilimi, iklim araştırması ve farmasötik geliştirmeyi içeren alanlarda inanılmaz ilerlemeler sağlamayı vaat ediyor. Kuruluşlar, elektrikli otomobiller için daha hafif ve daha güçlü piller geliştirmek ve yeni ilaçlar oluşturmaya yardımcı olmak için şimdiden kuantum hesaplamayı deniyor.
Kuantum bilgisayarlarla ilişkili sınırlı depolama yetenekleri, veri çıkarma ve bilgi çıkışı için klasik depolama sistemlerine bağımlı olmaya devam edecekleri anlamına gelir. Ancak, bunların büyük veri kümelerini işleyebilmesi gerekir. Günümüzün üst düzey depolama sistemlerinden bazıları, özellikle bulut tabanlı olanlar, görev için fazlasıyla yeterli olmalıdır.
Weides şu sonuca varıyor: “Bu kadar pahalı olan bir kuantum bilgisayar, depolama da dahil olmak üzere birçok yeni donanıma sahip özel bir tesiste çalıştırılabilirdi.”