fbpx

Kuantum Bilgisayarlar: Yeni bir savaş alanı mı?

Kırk yıl kadar önce fizikçi Richard Feynman yayımladığı “Bilgisayarlarla Fizik Simülasyonu“ makalesinde1 bir önermede bulundu: “Temelde kuantum bir gerçekliği simüle etmeye çalışan klasik bilgisayarlar, gerçeklik gibi kendisi de kuantum olan bir bilgisayar tarafından geride bırakılabilirler.“ O günden bu güne bilim camiasında kuantum hesaplama ve bilgisayarlar üzerine birçok çalışma yapıldı ancak özellikle 2019 yılında Google‘ın Nature dergisinde yayımlanan bir makalesinde2 „kuantum üstünlüğü“ yakaladığı iddiası ve hemen ardından IBM tarafından yayımlanan bir yazıda bu iddiaların çürütülmeye çalışılması popüler bilime meraklı gözlerin bu alana daha çok yönelmesine sebep oldu. Geçtiğimiz aylarda USTC (Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi) bünyesinde çalışan bilim insanları Google’ın 2019’da yaptığı deneye benzer bir deney gerçekleştirdiklerini ve benzer sonuçlar elde ettiklerini de açıkladıkları üç önemli ön baskı makale3 yayımladılar. Çinli bilim insanları bu makalelerde kuantum hesaplama alanında kritik gelişmeler sağladıklarını bildirdiler. Ön baskıların ikisinde detaylandırılan USTC sistemleri, iddialara göre artık dünyanın en güçlü kuantum bilgisayarları. Bu gelişmeler bir süredir gözlerden uzak ilerleyen kuantum hesaplamalarda üstünlük elde etme yarışını yeniden alevlendirecek gibi duruyor. Peki ülkelerin üstünlük elde etmek için bu denli çabaladıkları kuantum bilgisayarlar nedir ve gelecekte hayatlarımızı nasıl etkileyecekler?

Bilindiği üzere klasik bilgisayarlar bilgileri bitler halinde depolar ve iletir (0 veya 1’in ikili durumları). Bir kuantum bilgisayar ise aynı anda hem 1 hem de 0’ı işgal edilebilir kılan qubitleri kullanır. Bu da katlanarak daha büyük eşzamanlı hesaplamaları mümkün kılar. Bu sayede çok daha büyük veriler olağanüstü hızlarda işlenebilir, atomik düzeyde hesaplamalar ile birçok kimyasal reaksiyon simüle edilebilir, kuantum radar sistemleri görünmez uçakları sıradan uçaklar kadar görünür hale getirebilir ve kriptoloji alanında yakalaması güç ilerlemeler katedilerek gizli mesajların çalınması çok daha zor veya imkansız hale getirilebilir. Özellikle kriptoloji alanında ve askeri alanda yaşanılabilecek gelişmeler birçok hükümetin teyakkuza geçmesine sebep olmuş durumda. Günümüzde şifreleme işlemlerinin çoğu, çok büyük sayıları çarpanlarına ayırmanın zorluğuna dayanan bir protokol kullanılarak güvence altına alınmakta ancak geleceğin kuantum bilgisayarlarının bu kodları kolayca kırabilecekleri düşünülmekte. Bu konulardaki gelişmeler doğrudan ulusal güvenlik açıkları olusturabilecekleri için birçok ülke tarafından kritik araştırma konuları olarak ele alınıyorlar.

Tüm bunlar düşünüldüğünde, son yıllarda ABD ve Çin arasında “yeni soğuk savaş” alegorileri yapılmasına neden olan bir kuantum üstünlük yarışının sürmesi şaşırtıcı değil. İki ülkenin başı çektiği kuantum üstünlüğü yarışını kazanma çabası bu alana büyük çaplı küresel yatırımlar yapılmasına sebep oldu. Tahminler farklılık gösterse de, her iki ülkenin de araştırmalara milyarlarca dolar ayırdıkları düşünülüyor. (Çin devleti yatırım rakamlarını tam olarak açıklamıyor. ABD’de ise yatırımlar yalnızca devlet tarfından yapılmıyor. Birçok farklı özel şirket kuantum hesaplamalar alanında yatırımlar gerçekleştiriyorlar.)


Yukarıdaki grafikten ülkelerin önümüzdeki yıllarda bu alanda yapmayı planladıkları yatırımlar görülebilir. 4

Şu an için her ne kadar Avrupa ülkeleri kendilerini bu yarışta bir taraf olarak nitelememeye çalışsalar ve Çin’in geliştirdiği teknolojiler ile demokratik değerlere verebileceği zararlardan dem vursalar da Çin ile oluşturdukları ekonomik ortaklıklar geleceğe dair düşündürücü. Örneğin Almanya’nin Çin ile kurduğu ekonomik ortaklıklar her geçen gün artmakta. İtalya kendisini Çin’in “en güvenilir müttefiki” olarak tanımlayabiliyor. Ayrıca Çin’in Yunanistan’dan Budapeşte’ye hızlı tren bağlantısı ve Avrupa çapında 5G altyapıları oluşturulması gibi projelere yaptığı yatırımlar nedeniyle durumun kendisi ekonomik ve siyasi kırılganlıklar da yaratıyor.

Avrupa ülkeleri bir yandan da kendi kuantum teknolojilerini geliştirmek üzere yatırımlar yapmayı sürdürüyorlar. Örneğin 15 Haziran’da Almanya Başbakanı Angela Merkel Almanya’nın ilk kuantum bilgisayarı olan, IBM Quantum System One’ın açılışını yaptı. (Geçtiğimiz günlerde Tokyo Üniversitesi de bünyesine bir IBM Quantum System One kuantum bilgisayarı kattığını duyurdu). Ancak üretilen makale ve patentler göz önüne alındığında Avrupa bu yarışta rakiplerine göre geriden geliyor gibi gözüküyor.


Yukarıdaki grafiklerden4 [1]1997’den 2017’ye kadar olan kuantum hesaplamalar alanındaki patent başvurularnının payını ve [2]2024 yılı kuantum bilişim pazar payı tahminini görmek mümkün . (ABD ile Çin arasında fikri mülkiyet tartışmaları sürmekte. Bazı bilim çevreleri Çin’i yayımlanan patent ve makalelerdeki verileri manipüle etmekle suçluyorlar. Ancak Çin özellikle son yıllarda İngiltere başta olmak üzere birçok Avrupa ülkesinden bilim insanını çalışmalarını gerçekleştirmek üzere bünyesindeki araştırma enstitülerine katmış bulunmakta.)

Kuantum hesaplamalar alanında yapılan araştırmalar ve inşa edilen araştırma tesislerine bakıldığında ise ülkelerin meseleye jeopolitik korumacılık çerçevesinde yaklaştıkları görülüyor. Bu durum kuantum yarışında ulusal çıkarların bugüne kadar kurulmaya çalışılan uluslararası araştırma işbirliklerinin önüne geçmesine neden oluyor. Örneğin Avrupa Birliği, Mart ayında kuantum araştırma dünyasını sarsan bir duyuru yaptı. İleride, İngiltere, İsrail ve İsviçre’nin, kuantum hesaplama ve uzay da dahil olmak üzere ulusal güvenliğe duyarlı olabilecek alanlarda AB’nin Horizon Europe bilim programına artık katılamayacaklarını açıkladı. AB’nin duyurusu tepkiyle karşılandı ve karşılıklı süren pazarlıklar sonucunda AB bu ülkelerden bilim insanlarının kritik projelere katılımına “koşullu” kabul verdi.5 Ayrıca AB içerisinde de Hollanda, Fransa ve Almanya gibi ülkeler kendi ulusal kuantum programlarını oluşturmuş durumdalar. ABD ve Çin arasındaki kuantum teknolojisinin geliştirilmesi konusundaki rekabet de hem bilimin geleceği hem de iki ülkenin siyasi ilişkileri üzerinde ciddi etkilere sahip. Bazı ABD’li siyasetçiler kuantum hesaplamalar gibi kritik alanlarda yapılan projelerde Çin’li öğrencilerin ve bilim insanlarının bulunmamasına yönelik açıklamalar dahi yapıyorlar. Özellikle Çin’li öğrencilerin ABD’deki uluslararası öğrenci topluluğunun büyük çoğunluğunu oluşturduğu düşünüldüğünde bu tipte açıklamalar bilimsel çalışmaların ilerleyişi açısından oldukça talihsiz. Ortaya konulan bu tutumlar Dünya çapında farklı teknolojik alanlarda yansıtılan teknoloji korumacılığına doğru bir kaymaya işaret ediyor.

Tabii ki şimdilik kuantum bilgisayar endüstrisi hala bir niş. Bunun nedeni büyük ölçüde teknolojinin yeni ortaya çıkması ve mevcut sistemlerle gerçekten yapılabilecek çok az şey olması. Ayrıca mevcut kuantum bilgisayarlarının inşa edilmesi de hiç kolay değil. Ancak işletmelerin kuantum teknolojilerine giderek daha fazla ilgi göstermesiyle bunun değişmesi bekleniyor. Bazı araştırmalar, kuantum bilgisayar endüstrisinin 2030 yılına kadar 65 milyar dolarlık bir pazar olacağını tahmin ediyor.6 Kuantum bilgisayarlar başarılı olurlarsa, kuantum şifreleme ve kuantum radarı gibi alanlar başta olmak üzere büyük bir etki yaratabilirler. Kriptoloji alanında yaşanan gelişmeler ve radar teknolojileri, II. Dünya Savaşı’nin gidişatını değiştirmeye yardımcı olmuşlardı. Kuantum teknolojilerinde yaşanan gelişmeler de önümüzdeki dönemde oyunun kurallarını değiştirecek gibi duruyorlar.

Kaynakça

1          Feynman, R. P. (1982). Simulating physics with computers. International Journal of Theoretical Physics, 21(6-7), 467–488. https://doi.org/10.1007/bf02650179

2          Arute, F., Arya, K., Babbush, R., Bacon, D., Bardin, J. C., Barends, R., Biswas, R., Boixo, S., Brandao, F. G., Buell, D. A., Burkett, B., Chen, Y., Chen, Z., Chiaro, B., Collins, R., Courtney, W., Dunsworth, A., Farhi, E., Foxen, B., … Martinis, J. M. (2019). Quantum supremacy using a Programmable superconducting processor. Nature, 574(7779), 505–510. https://doi.org/10.1038/s41586-019-1666-5

3          Ön baskı makalelere aşağıdaki linklerden ulaşmak mümkün::

Wu, Y., Bao, W.-S., Cao, S., Chen, F., Chen, M.-C., Chen, X., Chung, T.-H., Deng, H., Du, Y., Fan, D., Gong, M., Guo, C., Guo, C., Guo, S., Han, L., Hong, L., Huang, H.-L., Huo, Y.-H., Li, L., … Pan, J.-W. (2021, June 28). Strong quantum computational advantage using a superconducting quantum processor. arXiv.org. https://arxiv.org/abs/2106.14734v1.

Zhong, H.-S., Deng, Y.-H., Qin, J., Wang, H., Chen, M.-C., Peng, L.-C., Luo, Y.-H., Wu, D., Gong, S.-Q., Su, H., Hu, Y., Hu, P., Yang, X.-Y., Zhang, W.-J., Li, H., Li, Y., Jiang, X., Gan, L., Yang, G., … Pan, J.-W. (2021, July 5). Phase-programmable gaussian boson sampling using stimulated squeezed light. arXiv.org. https://arxiv.org/abs/2106.15534v2.

You, X., Zheng, M.-Y., Chen, S., Liu, R.-Z., Qin, J., Xu, M.-C., Ge, Z.-X., Chung, T.-H., Qiao, Y.-K., Jiang, Y.-F., Zhong, H.-S., Chen, M.-C., Wang, H., He, Y.-M., Xie, X.-P., Li, H., You, L.-X., Schneider, C., Yin, J., … Pan, J.-W. (2021, June 29). Quantum interference between independent solid-state single-photon sources separated by 300 km fiber. arXiv.org. https://arxiv.org/abs/2106.15545.

4          Grafik Arne Holst’un Statista için hazırlamış olduğu rapordan alınmıştır.

Shaulova, E., & Biagi, L. (n.d.). Quantum computing. Statista. https://www.statista.com/study/61640/quantum-computing/.

5          Zubașcu, F. (n.d.). White smoke? EU deal OVER QUANTUM, space Research LETS Horizon Europe proceed. Science. https://sciencebusiness.net/framework-programmes/news/white-smoke-eu-deal-over-quantum-space-research-lets-horizon-europe.

6          Research and Markets. (2020, April 6). Worldwide quantum computing Market (2019 to 2030) – Drivers, restraints and opportunities. GlobeNewswire News Room. https://www.globenewswire.com/news-release/2020/04/06/2011932/0/en/Worldwide-Quantum-Computing-Market-2019-to-2030-Drivers-Restraints-and-Opportunities.html#:~:text=The%20quantum%20computing%20market%20valued%20%24507.1%20million%20in,period%29%2C%20to%20ultimately%20reach%20%2464%2C988.3%20million%20by%202030.

Social media & sharing icons powered by UltimatelySocial
YouTube
YouTube
Instagram