Kuantum bilgisayarlar dünyayı nasıl değiştirecek?

 

 

 

 

 

 

Güvenlik açısından bakıldığında, oyunun kuralları değişiyor.

 

 

Kuantum fiziği, kuantum mekaniği veya kuantum teorisi olarak da bilinen bir fizik dalıdır. Kuantum mekaniği fotonlar ve elektronlar gibi moleküler, atomik ve atom altı seviyelerde nesnelerin hareketlerini tanımlayan fiziğin bir parçasıdır. Aslında çoğu insan, düz ekran televizyonların bile kuantum mekaniği prensipleri kullanılarak ortaya çıkarıldığının farkında değildir. Bilgisayarların bazı parçaları ve dijital kameralardaki sensörler de kuantum mekaniğinin bir mahsulüdür. Kuantum mekaniğinde, bir parçacığın kesin bir konumu yoktur, ancak aynı anda birden çok yerde olduğu düşünülebilir. Bir parçacığı tanımlamak için konum, kütle ve hız gibi şeyler yerine, bir dizi dalga fonksiyonu vardır.

 

 

20. yüzyılın başlarında doğan kuantum mekaniğinde, İkinci Dünya Savaşı'ndan hemen sonra lazer ve transistörün keşfiyle büyük ilerlemeler kaydedilmiştir. Bu da, lazer ışınları da dâhil olmak üzere, BluRay oynatıcılarda ve tıbbi ekipmanlarda, barkod okuyucularda, mikro elektronikte ve arabaların kalbinde yer alan atomik saatler de dâhil olmak üzere günlük hayatımızın her alanında hâlâ kullandığımız uygulamalara yol açmıştır.

 

Kuantum teknolojisi, bilgisayarlarda büyük bir devrim meydana getirdi. Unutmamak gerekir ki, özünde, dijital bilgisayar bir aritmetik makinedir. Matematiksel hesaplamalarla hayatımıza giren bilgisayarların toplum üzerindeki etkisi çok büyük oldu. Hem donanım hem de yazılımdaki gelişmeler, her türlü bilgi işlemin ürün ve hizmetlere uygulanmasını mümkün kılmıştır. Günümüzün arabaları, bulaşık makineleri ve aklınıza gelen her tür yerleşik teknolojide bir tür bilgisayar var.

 

 

Ama “kuantum bilgisayarlar” ise dünyanın nasıl çalıştığına dair tamamen farklı bir modele dayanmaktadır. Klasik fizikte, bir nesne iyi tanımlanmış bir durumda bulunur. Kuantum mekaniği dünyasında ise nesneler ancak biz onları gözlemledikten sonra iyi tanımlanmış bir durumda ortaya çıkar. Gözlemimizden önce, iki nesnenin durumları ve nasıl ilişkili oldukları olasılık (ihtimal) meseleleridir. Bilgi işlem açısından bakıldığında, bu, verilerin farklı bir şekilde kaydedildiği ve depolandığı anlamına gelir.

 

 

Kuantum, ticari bilgi işlem dünyasında, prensipte klasik dijital bilgisayarların yapabildiği birçok şeyi yapabilen ve ayrıca klasik bilgisayarların yapamadığı büyük bir şeyi yapabilen makineler ve yazılımlara dönüşür. Kısacası kuantum bilgisayarlar, verileri depolamak ve hesaplamalar yapmak için kuantum fiziğinin özelliklerini kullanan makinelerdir. Bu, en iyi süper bilgisayarlarımızdan bile çok daha iyi performans gösterebilecekleri belirli görevler için son derece avantajlı olabilir. Bir kuantum bilgisayar, aynı zamanda ilaçlar bulabilir, yeni malzemeleri simüle edebilir, lojistik problemleri çözebilir veya bize hâlâ bir gizem gibi görünen kimyasal reaksiyonların doğru simülasyonlarını geliştirebilir.

 

 

Kuantum bilgisayar üzerine birçok teknoloji şirketi yoğun AR-GE çalışmaları gerçekleştiriyor. Google kuantum bilgisayarı adına önemli adımlar atıyor. Şirket, Sycamore kuantum bilgisayarının, büyük ölçekli kuantum hesaplama için önemli bir adım olan hesaplama hatalarını tespit edip düzeltebildiğini gösterdi, ancak mevcut sistem, çözdüğünden daha fazla hata üretiyor. Google, 2029 yılına kadar geniş çapta kullanışlı bir kuantum bilgisayarı tasarlamak ve inşa etmek için yüzlerce kişiyi istihdam edecek yeni ve daha büyük bir kuantum hesaplama araştırma merkezi kurmaya başladı. Şirketin arama, reklamcılık gibi en önemli teknolojilerinden bazılarının oluşturulmasına yardımcı olan Google Araştırma ve Sağlık'ın kıdemli başkan yardımcısı Jeff Dean, Google'ın yeni kuantum bilgi işlem merkezindeki en önemli işlerden birinin, “qubit” adı verilen temel veri işleme ögelerini daha güvenilir hâle getirmek olduğunu söyledi.

 

Kuantum hesaplama, klasik makinelerin çıkmaza girmesine sebep olan yeni karmaşık sorunlara büyük güç katabilecek umut verici bir alandır. Ancak kuantum bilgisayarlar, ultra küçük parçacıkları yöneten ve tamamen yeni işleme algoritmaları açan garip fiziki yasalara güveniyor. Birkaç teknoloji devi ve yeni kurulan şirket, kuantum bilgisayarları takip etse de, çabaları şimdilik potansiyellerini kanıtlamamış pahalı araştırma projeleri olmaya devam ediyor.

 

 

Amerika Ulusal Güvenlik Ajansı (NSA) ise, kuantum kriptografisi hakkında bir SSS yayınladı. “Kuantum Hesaplama ve Kuantum Sonrası Kriptografi” başlıklı belgede “Gelecekte onlarca yıl kullanılacak sistemler için bugünden ihtiyaçlar üretmesi gerektiği” ifadesi yer aldı. Milletlerin ve laboratuvarların kripto para bozan kuantum bilgisayarları oluşturmak için çalıştıkları göz önüne alındığında, NSA, o zamandan beri “Kuantum Sonrası Standardizasyon Çabasını” yürüten özel tedarikçilerin ABD hükûmetine kullanması için "kuantuma dayanıklı açık anahtar" algoritmaları üzerinde çalıştığını söyledi.

 

 

İnsanlar, kuantum hesaplamayı öğrenmenin ve denemenin kolay olduğu bir çağa doğru giriyor. İlk ev bilgisayarlarında olduğu gibi, kuantum bilgisayarlarda çözülmesi gereken problemler olduğu bir gerçek, ancak kullanım arttıkça bu sıkıntıların tespitinin oldukça kolay bir şekilde çözüleceği tahmin ediliyor. Bu şekilde henüz hayal edemediğimiz yeni uygulamaların önü de bir şekilde açılacak. Kuantum bilgisayarların hayatımıza tam anlamıyla ne zaman dâhil olacağını önceden kestirmek güç olsa da buna yönelik birtakım tahminler de söz konusu. 2020’li yılların ortalarına doğru önemli ölçüde daha iyi olan kuantum bilgisayarlara sahip olacağız gibi görünüyor. Fakat büyük ihtimalle 2030'lara kadar hükûmetler ve şirketler tarafından toplu olarak kullanılmayacaklardır. 2030'ların sonuna ve 2040'ların başına doğru, tüketici kullanımı için uygun bir hâl ve maliyete geleceği tahmin edilmektedir.

 

 

Kuantum bilgisayarların ana akım hâline gelmesinin, beşinci sanayi devrimini başlatması muhtemeldir. Bu iddia, teknoloji alanındaki sayısız akademisyen, uzman ve profesyonel tarafından da desteklenmektedir. Ancak kuantumun yükselişinin bir sonucu olarak benzeri görülmemiş bir bozulma garanti edilirken, ortaya çıkan bu teknolojinin zaman çerçevesi ise belirsizdir. Tamamen gerçekleştirilmiş kuantum teknolojisi, işletmelerin çalışma şeklini değiştirecek ve verilerin işlenme biçimlerinin yanı sıra güvenliğini de sağlayacaktır. Çok uluslu şirketler, tedarik zincirlerini ve üretimlerini optimize etmek için kuantum özellikli filo lojistiği ile deneyler yapıyor. Kuantum algoritmaları, diğer şeylerin yanı sıra üretim süreçlerini tasarlama, nakliye konteynırlarını doldurma ve teslimat kamyonlarını veya yolcu jetlerini yönlendirme gibi gerçek dünyadaki optimizasyon zorluklarını çözebilir.

 

Bazı bilim adamlarına göre; klasik bilgisayarlarda hassas moleküler modelleme yapılamamaktadır. Kuantum bilgisayarlar, kişiselleştirilmiş tıp alanını genişletmek için hassasiyette bir sıçrama sağlayarak, ilaç keşif sürecinin zamanını ve maliyetini önemli ölçüde azaltırken, üstün ilaç tedavilerinin oluşturulmasını mümkün kılacaktır. Zira Ocak 2021'de Roche, erken aşamada ilaç keşfi için algoritmalar geliştirmek üzere Cambridge Quantum ile bir ortaklık kurduğunu duyurmuştu. Bu ortaklık, kuantum teknolojisi olgunlaştıkça ilaç keşfi ve tıbbi araştırma alanında olacakların tipik bir örneğidir.

 

 

Kuantum bilgisayarlar hiçbir zaman tozpembe bir dünya sunmayacak. Neden mi? Dünyanın verileri şu anda internette dolaşırken RSA, EllipticCurve ve ElGamal gibi açık anahtar şifreleme algoritmaları tarafından korunmaktadır. Bu algoritmalar bilgi güvenliğinde devrim meydana getirdi ve dünyaya iyi hizmet etti; dijital ticaret, güvenli iletişim ve finansal hizmetlere uzaktan erişim sağladı. Ancak kuantum bilgisayarlar mevcut ortak anahtar şifrelemesini kırabilir. Bu durum çok büyük bir riski de beraberinde getirmektedir. Acı gerçek şu ki: Hiç kimse kuantum tehdidine karşı günümüzde bağışık değildir. İster bir güvenlik servisi, ister ilaç şirketi, isterse de nükleer santral olsun, uzun vadede korunması gereken hassas bilgilere veya fikri mülkiyete sahip herhangi bir kuruluş bu konuyu ciddiye almalıdır.

 

 

Kuantum teorisinin ihtimalli doğasının bir sonucu, kuantum bilgisinin tam olarak kopyalanamamasıdır. Güvenlik açısından bakıldığında, bu oyunun kurallarını değiştiriyor. İletileri şifrelemek ve iletmek için kullanılan kuantum anahtarlarını kopyalamaya çalışan bilgisayar korsanları, bir kuantum bilgisayara veya diğer güçlü kaynaklara erişimleri olsa bile engellenir. Bu temelde kırılamaz şifreleme, bugün kullanılan karmaşık matematiksel algoritmalara değil, fizik yasalarına dayanmaktadır. Matematiksel şifreleme teknikleri yeterince güçlü bilgisayarlar tarafından kırılmaya karşı savunmasız olsa da, kuantum şifrelemeyi kırmak fizik yasalarını ihlal etmeyi gerektirir.

 

Kuantum teknolojisi sektöründe son beş yıldaki hızlı büyüme heyecan verici olmuştur. Ama gelecek tahmin edilemez olmaya devam ediyor. Dış dünyadan gelen en ufak bir rahatsızlık bile kuantum bilgiyi yok etmeye yeter. Bu sebeple, mevcut makinelerin çoğunun, dış uzaydan çok daha soğuk sıcaklıklarda çalışan yalıtılmış ortamlarda dikkatli bir şekilde korunması gerekir. Büyük miktarda veriyi analiz etmek çok karmaşıktır. Aslında, insanların büyük miktarda veriyi elemesi ve eyleme geçirilebilir değeri olan ilişkili bilgileri bulması neredeyse imkânsız olabilir. Kuantum bilgi işlem, büyük veri kümelerini çok daha hızlı yönetme yeteneğine sahiptir. Modelleri ve anormallikleri belirlemek için verileri daha ayrıntılı bir düzeyde analiz etmek için yapay zekâ teknolojilerine veri sağlayabilir. Gartner, 2025 yılına kadar büyük şirketlerin yaklaşık yüzde 40'ının kuantum hesaplamayı aktif olarak benimsemeye hazır olacağını tahmin ediyor. Başka bir araştırma firması olan ResearchandMarkets'a göre, küresel kuantum bilgisayar donanımı pazarı 2026 yılına kadar 7,1 milyar doları aşacak. Bakalım gelecek bizlere neler gösterecek?..