Blog Kuantum Bilişim: Klasik Bilişim Sistemlerinin Sonu mu Geldi?

Kuantum Bilişim: Klasik Bilişim Sistemlerinin Sonu mu Geldi?

Günümüz dünyasında iki farklı mekanik anlayışı bilinmektedir. Bunlardan birisi klasik mekanik diğeri ise kuantum mekaniktir. Bugün kullandığımız pek çok teknoloji klasik mekanik sistemin gereklerine uygun olarak kodlanmakta ve işletilmektedir. Sistem bileşenleri birbirleri ile uyum içinde çalışan kabiliyetlere sahiptir.

Kuantum mekaniği, atom ve molekül gibi daha mikroskobik sistemlerin kullanıldığı yapıyı içermektedir. Kuantum mekaniği klasik mekanikten birçok yönüyle ayrılmaktadır. Klasik bilgisayar her bitin 0 veya 1 i temsil ettiği bilgileri kullanarak biti işlemektedir. Kuantum bilgisayarlar ise her ikisini bir arada kullanmaktadır. Klasik bilgisayarlarda bit olarak adlandırılan bu sistem kuantum bilgisayarlarda kubit (quantum bit/ qubit) olarak adlandırılmaktadır. Klasik bilgisayarlarda sadece 1 ve 0 varken kuantum bilgisayarlarda bu iki rakamın birden fazla kombinasyonu yer almaktadır. Kubitler aynı anda iki farklı durumda da var olabilmektedirler ve parçacıkların ya da grupların birbirine dolaşmış olduğu karmaşık durumlara karşı tepki göstermektedirler.

Kuantum sistemlerde nesneler “süper pozisyonlar” da olabilmektedir. Süper pozisyonda olan sistemler 0 ile 1 arasındaki muhtemel değerleri içermektedir. Kuantum bilgisayar klasik bilgisayardan çok daha hızlı bir şekilde gerçekleştirmesi gereken işlemleri gerçekleştirmektedir. Seth Lloyd klasik hesaplama ve kuantum hesaplama arasındaki farkı anlatırken bir benzetme kullanmaktadır. Lloyd, klasik hesaplamanın solo biri sese benzediğinin kuantum hesaplamanın ise bir senfoniye benzediğini ifade etmektedir.

Klasik bilişim anlayışı geçmişin büyük bilimsel başarılarının bir sonucudur. Geçmişten gelen birikimlerle bugün, gelişme gösterilmiş ve ilerleme katedilmiştir. Kuantum bilişim (quantum computing) ise şu an emekleme döneminde olan gelecekte çok daha büyük anlamlar ifade edeceği öngörülen gelecek anlayışımızı yeniden şekillendirecek bir teknolojidir.

Kuantum bilişim üzerine yapılan çalışmaların tarihi 1980 yılına dayanmaktadır. 1982 yılında ödüllü bilim adamı Richard Feynman kuantum bilgisayar fikrini öne sürmüştür. 1994 yılında Peter Shaw, kuantum bilişim sistemlerinin kriptoları nasıl çözebileceğine yönelik açıklamalarda bulunmuş ve kuantum bilgisayarlar için bir algoritma geliştirmiştir. 1999 yılında George Rose, D-Wave Systems’i kurmuştur. 2016 yılında IBM “Q Experience” adlı kuantum bulutu kullanıcılarına sunmuştur. IBM, 2017 yılında ise 50 kubitlik bir bilgisayar üretmiştir. Google ise yakın bir gelecekte 2000 kubitlik bir bilgisayar üreteceğini duyurmuştur.  Google, IBM ve Rigetti şirketleri, kuantum bilişim yarışında ön sıralarda yer almaktadırlar.

Önceki Avustralya Başbakanı Malcolm Turnbull ve Fransa Cumhurbaşkanı Emmanuel Macron arasında yapılana görüşmeler sonrası Silicon Quantum Computing (SQC) ve Le Commissariat À L’énergie Atomique Et Aux Énergies Alternatives (CEA) ortak bir girişimle silikon kuantum bilgisayar geliştirmek için kurulacak ortak bir şirketin mutabakatını imzalamıştır. Her iki ülke içinde silikon bazlı devreler üzerine odaklanmak, teknolojik gelişimi hızlandırmak ve ticari imkanlar elde etmek amaçlanmaktadır.

Kuantum bilişim var olan teknolojiyi geliştirmemekte teknoloji içerisinde yeni bir alan yaratmaktadır. Kuantum bilgisayarlar, klasik bilgisayarların gerçekleştirdiği basit işlemleri gerçekleştiremezler.  Ancak mevcut hafıza ve işletim gücüyle klasik mekanikle çözülmesi mümkün olmayan problemleri çözebilecek kabiliyete sahiptirler. Kullanılan bu yeni sistem yapay zekâ teknolojilerinin gelişimini destekleyecek, bilişim ve haberleşme sistemlerine yeni kriptografik bilgi sağlayacaktır.  Üretilebilecek yeni malzeme, araç ve gereçlerin tasarımı için yeni bir teknolojinin kapılarını aralayarak büyük verinin içerisinde kısa sürede hızlı ve etkili aramalar gerçekleştirebilecektir. Günümüzdeki en son teknoloji bilgisayarlarla saatlerce belki de günlerce sürecek bir iş milisaniyelerle ölçülebilecek şekilde kısa sürede yapılabilecektir. Bilişim ve iletişim teknolojisi alanında güvenli haberleşme ve şifreli haberleşme fırsatları kuantum bilgisayarlar sayesinde elde edilecektir. Yeni nesil teknolojilerden istenilen verim kuantum bilişim sistemleri sayesinde sağlanabilecektir.

Kuantum bilgisayarların şifreleri ve kriptoları çözmesi, savunma ve güvenlik açısından, devletlere bazı avantajlar ve dezavantajlar sağlamaktadır. Kuantum bilişim geleneksel işletmelerin savunma ve siber güvenliğini tehdit edebilir. Günümüz bilgisayarları için geliştirilen kripto algoritmaları kolayca kırabilecek kapasiteye sahip olan kuantum teknolojisi hayata geçirildiğinde ciddi bir güvenlik zafiyetine sebep olabileceği öngörülmektedir. Kriptografi, Bitcoin’in temel taşlarından biridir. Bitcoin’in kopyalanması veya çalınması kripto sistemleri ile gerçekleşir. Kuantum bilgisayarlarla Bitcoin kriptoları kolaylıkla çözülebilir. Böyle bir işlem gerçekleşirse Bitcoin piyasası tamamen çökme ihtimaline sahiptir. Kuantum bilgisayarların zorlu asal çarpanları bulabiliyor olması internet bankacılık sistemlerinin de geleceğini tehlikeye sokabilecek kapasitededir.

Günümüz teknolojileri ile kuantum bilgisayarların basit ölçekli olanları yapılmaya başlanmıştır. Tüm yönleri ile tamamlanmış bir kuantum bilgisayar günümüzde bulunmamaktadır. Daha karmaşık ve büyük ölçekli olanların yapılması içinse çözülmesi gereken sorunlar vardır. Kuantum bilgisayarlar çok küçük ölçekli nesnelerin özelliklerini içinde barındırmaktadır. Bu nesnelerle eylemin gerçekleşmesi için çok düşük sıcaklıklar gerekmektedir. Kuantum bilgisayarların sahip olduğu yüksek kapasiteli işletmecileri hızlı bir şekilde soğutmak gerekir. Bu soğukluk ise -275 derece gibi büyük bir ısı birimini ifade etmektedir. Ayrıca kuantum bilgisayarların olduğu odada havanın giremediği bir ortam oluşturulmalıdır. Çünkü bu bilgisayarlar çok hassastır. Ve elektronlar en ufak bir müdahalede hasar görebilmektedirler. Böylelikle yapılan işlem küçük bir hata sonrası tamamen yanlış bir sonuç verebilmektedir.

Ayrıca kuantum bilgisayarlar için bir engel de donanım ve yazılımları ile ilgilidir. Geleneksel bilgisayarların başaramadığı işlemleri yapması ile övgüyle karşılanan kuantum bilgisayarlara gerekli donanımsal ve yazılımsal kabiliyetler kazandırılmazsa bu bilgisayarlar düşünülenin tam aksine kısa sürede gerçekleştirmesi planlanan işlemleri klasik bilgisayarlardan bile daha yavaş bir hızda gerçekleştirebilir. Ayrıca kuantum bilgisayarlar için belirsizlik temelli kubitlerin kullanılabileceği bir yazılım alt yapısına sahip olunması gerekmektedir.

Yeni bir inovasyon çağının kapılarını aralayan kuantum bilişimin artı ve eksi yönleriyle birlikte geleceğin teknoloji trendleri arasında yer alacağı öngörülmektedir. Teknolojik olarak olağanüstü bir potansiyele sahip olan kuantum konusunda üniversitelerde çalışmalar yürütülmektedir. Üniversitelerde kuantum bilişime yönelik derslerin sayısı arttırılmalı bu alanda uzmanlaşma sağlanmalıdır. Gençler için yeni bir kariyer fırsatı yaratacak olan kuantum bilişimin geleceği şimdiden merak edilmektedir.