Kuantum hesaplama konusundaki çalışmaların gelişmesi ve gelişmelerin bilgisayar teknolojisine uygulanmasıyla yapılan kuantum bilgisayarlar, belirli türde hesaplamaları daha hızlı ve daha verimli bir şekilde yapmaya imkan sağlıyor.
Kuantum mekaniği ve kuantum hesaplama
Kuantum mekaniği, bilimsel olarak atom ve atom altı boyutlarda baş gösteren ve sezgisel yöntemlerle anlamlandırılamayan problemlerin çözülebilmesine olanak tanıyan matematiksel bir model olarak tanımlanabilir. Kuantum hesaplamanın ise klasik bilgisayarlar için fazla karmaşık sorunları çözmek için kuantum mekaniği yasalarından yararlanan, hızla gelişen bir teknoloji olduğu söyleniyor.
Kuantum bilgisayarlar
17 Şubat 2014 tarihinde Time dergisinde yayımlanan bir haberde, kuantum bilgisayarlar “insanlığın en karmaşık problemlerini çözebilen sonsuzluk makinesi” olarak tanımlandı. Peki bu sonsuzluk makinesi nasıl çalışıyor?
Kuantum bilgisayar, en basit anlamıyla kuantum fiziğinin ilkeleriyle çalışan bilgisayar anlamına geliyor. Bu tarz bilgisayarların özellikle matematiksel hesaplamalar, veri şifreleme ve sentezleme gibi konularda geleneksel bilgisayarlardan çok daha hızlı ve etkili oldukları söylenebilir. Ne yazık ki süper bilgisayarlar ne kadar gelişmiş olsalar da karmaşık problemleri çözmek konusunda kuantum bilgisayarların potansiyeline sahip değil.
Kuantum bilgisayarlar, süper bilgisayarlardan daha küçük ve daha az enerji gerektiren zarif makineler ancak gündelik hayatta yer bulmaları biraz zaman alacak gibi çünkü normal bilgisayarların aksine kuantum bilgisayarlar ancak laboratuvar ortamlarında oluşturulabiliyor. Diğer yandan kuantum işlemcilerinin gerçekten soğuk olması gerekiyor. Normal bilgisayarları kullanırken bile işlemcinin rahat çalışması için fan kullanılırken bir kuantum bilgisayarının çalışması için sıfırın yaklaşık yüzde biri üzerinde bir ortama ihtiyaç duyuluyor. Bunlara ek olarak bir kuantum bilgisayarların hayata geçirilmesi için gerekli olan mühendisliğin zorluğu da bir diğer olumsuz yanı. Ünlü kuantum bilgisayar tasarımcısı Isaac Chuang’ın tabiriyle, kuantum bilgisayarlar fizikçilerin rüyası, mühendislerin kabusu halini aldı.
İlk kuantum bilgisayar
1959 yılında Amerikalı fizikçi Richard Feynman, elektronik bileşenler mikroskobik ölçeklere ulaşmaya başladıkça, kuantum mekaniğinin öngördüğü etkilerin ortaya çıktığını ve bunun daha güçlü bilgisayarların tasarımında kullanılabileceğini belirtti. 60’lı yılların teknolojik evrenine kuantumu eklemek oldukça zor olduğu için bu konuyla ilgili çalışmalar ne yazık ki bir süre devam ettirilemedi ancak teorik anlamda ilk kuantum bilgisayarlar bu açıklamadan 30 yıl sonra Paul Benioff tarafından ortaya atıldı.
Sonrasında 1994'te Peter Shor, altı kübite ihtiyaç duyan bir kuantum bilgisayarla sayıları çarpanlarına ayıran bir algoritma tasarlamış olsa da ilk kuantum bilgisayar 1998’de Los Alamos Ulusal Laboratuvarı’ndan Isaac Chuang, Massachusetts Teknoloji Enstitüsünden (MIT) Neil Gershenfeld ve California Üniversitesi, Berkeley’den Mark Kubinec tarafından hazırlanıp test edildi. Dolayısıyla 80’li yıllarda ilk defa kuantum mekaniğine uygun algoritmalar yazılmaya başlandığı ve 90’lı yıllardaysa bunun donanımsal bir boyuta taşındığı söylenebilir. Bu gelişmelerin ardından başta devletler ve istihbarat hizmetleri veren kurumlar sonrasında teknoloji alanında öne çıkmış firmalar, bu konu üzerine eğilmeye başladı ve bu alanda araştırmaların gerçekleştirilebilmesi için pek çok yatırım yapıldı.
Kuantum bilgisayarı çalışmalarının tam anlamıyla tamamlandığını ve kullanılır hale geldiğini söylemek güç olsa da başarılı birkaç örneğinden söz edebiliriz. Bu örneklerin başında Google’ın yapmış olduğu kuantum bilgisayar geliyor. Teknoloji devi Google’dan bir yetkili, 2019 yılında mevcut en hızlı süper bilgisayarların 10 bin yılda yapacağı işlemleri 200 saniyede bitiren ve kuantum üstünlüğüne sahip bilgisayar yaptıklarını duyurdu. Bilgisayarın başarısı pek çok kurum tarafından onaylandı.
Bu konuda çalışan sadece Google değil. Cumhuriyet’te 2020 yılında yer alan habere göre kuantum bilgisayar geliştirme yarışında yer alan şirketlerden Honeywell, dünyanın en güçlü kuantum bilgisayarını oluşturduğunu açıkladı. Kuantum bilgisayarlar ile ilgili çalışmalarını devam ettiren Honeywell’den yapılan açıklamada, önümüzdeki beş yılda kuantum hesaplama gücünün 10 kat artırılacağı belirtildi.
Kuantum bilgisayar alanında bir diğer önemli isim ise IBM. 2023’ün sonuna kadar ticari olarak kullanılabilir bir kuantum bilgisayarı oluşturma yolunda olduğunu göstermeye çalışan IBM, bugüne kadar ki en büyük kuantum işlemcisini duyurdu. Bunun yanında endüstri devi D-Wave Systems, Rigetti Computing ve IonQ ve Microsoft da kuantum bilgisayar geliştirme konusunda çalışmalarını sürdürüyor.
Kuantum bilgisayarlar geleceğimiz mi?
Veri depolama ve işleme hızını hayal edemeyeceğimiz noktalara taşıyacağı söylenen kuantum bilgisayarları günden güne gelişiyor. Çok yakın bir gelecekte çözülemeyen bütün karmaşık matematik problemleri çözebilir hale gelmemizin, eskiden aylar belki de yıllar sürecek araştırma konularını saniyeler içerisinde kavrayarak ilerleyebilmemiz insanlığı bambaşka bir noktaya taşıyacağı kesin. Ancak bu konuda bazı çekinceler de mevcut. Bazı bilim insanları, böylesine güçlü bir teknolojinin art niyetli insanların elinde şifre kırmak için kullanılabileceği ve bunun da siber güvenlik açısından oldukça tehlikeli olabileceği görüşünde. Dolayısıyla bu teknolojinin geliştirilmesi kadar kim tarafından ve ne için geliştirildiği de önemli. Yine de bu alandaki gelişmelerin yakından takip edilmesi geleceği anlayabilmek için oldukça önemli.
Kaynaklar
1. Mavi, A. 2021. Kuantum Hesaplamaya Teorik ve Uygulamalı Giriş, https://www.researchgate.net/publication/350857574_Kuantum_Hesaplamaya_Teorik_ve_Uygulamali_Giris, Erişim Tarihi: 25.02.2023.
2. Bir Devrimin Ayak Sesleri: Kuantum Bilgisayarlar, 2018. STM Teknolojik Düşünce Merkezi, https://thinktech.stm.com.tr/uploads/docs/1609000709_stm-kuantum-bilgisayarlar.pdf?, Erişim Tarihi: 25.02.2023.
3. Knight W. “Serious Quantum Computers Are Finally Here. What Are We Going To Do With Them?”, MIT Technology Review, technologyreview.com Erişim Tarihi: 25.02.2023.
4. NTV, ntv.com.trurettik,IcWfNf4RsUSBBPcuvp3pLw/WZCNtHGU1EKn1My2BLlzeg. Erişim Tarihi: 25.02.2023.
5. Cumhuriyet, cumhuriyet.com.tr, Erişim Tarihi: 25.02.2023.
6. Kuantum Türkiye, kuantumturkiye.org, Erişim Tarihi: 25.02.2023.
