Dijital Dünya, Kuantum Bilgisayarlar ile Güçlenecek

Bu konuda geçtiğimiz günlerde oldukça önemli bir gelişme oldu. Almanya Başbakanı Dr. Angela Merkel, IBM ile 15 Haziran’da gerçekleşen dijital katılımlı bir toplantıyla Almanya’nın ilk kuantum bilgisayarı olan, IBM Quantum System One’ın açılışını yaptı. Bu sistem aslında bu yılın Şubat ayından itibaren yürürlükte olmasına rağmen pandemi koşulları nedeniyle tanıtım etkinliği yapılamamıştı.  Angela Merkel’in konuşmasındaki “teknolojik ve dijital egemenlik” ve bunun ekonomik büyümeye katkısına yaptığı vurgu önemliydi. İlaveten Merkel, 2025 yılına kadar, kuantum teknolojisi araştırmalarına yaklaşık 2 milyar Euro yatırım yapmayı planladıklarını duyurdu.

Peki kuantum bilgisayarların çalışma mantığının normal bilgisayarlardan farkı ne?

Kuantum bilgisayarların tarihine kısaca hatırlayacak olursak köklerinin Richard P. Feynman’ın 1959’da daha güçlü bilgisayarlar oluşturmak için kuantum etkilerinden yararlanma fikrine dayandığını görebiliyoruz. Kuantum hesaplama, enerjinin ve maddenin doğasını atomik ve atom altı seviyede açıklayan kuantum teorisi ilkelerine dayanan bir teknoloji. Kuantum bilgisayar, kuantum fiziğinin prensiplerini, geleneksel bilgisayarların hesaplama gücünü daha fazla arttırmak için kullanan bir bilgisayar tasarımıdır. Klasik bilgisayarlar hesaplama işlemini lineer şekilde, yani 1 ve 0 ile tanımlanan bitleri kullanarak yaparlar. Yani her şeyi en küçük bilgi birimi olarak tanımlanan “bit” ile saklar. Bir bit ise iki değerden birine sahip olabilir: 0 veya 1; tıpkı bir lambayı açma ve kapama gibi.  İşte günümüzdeki çoğu cihaz bu ikili durum prensibine göre çalışır. Bu çalışma prensibinde ise hızı düşüren bir durum söz konusudur.

Kuantum bilgisayarlar ise geleneksel 1 ve 0’lar yerine kuantum bitlerini yani kubitleri (qubit) kullanırlar. Kübitler yalnızca “açılan” ve “kapatılan” birimler değil, aynı zamanda bu iki durum arasındaki geçiş durumunda veya aynı anda açık ve kapalı durumda olabilen birimlerdir. Kübit denilen yapılar ise aynı anda 1 ve 0 olabilmeleri nedeniyle oldukça fazla sayıda olasılığa izin verirler. Bu artan sayıdaki olasılıklar sayesinde kuantum bilgisayarlar, tüm olasılıkları tek seferde hesaplayarak, klasik bilgisayarlardan çok daha hızlı işlem yapma gücüne sahip olabiliyorlar. Böylece kuantum bilgisayardaki aynı anda hem açık hem de kapalı olabilme durumu hem çok zaman kazandırır hem de birbirinden bağımsız çok sayıda değişken içeren kompleks problemleri çözmek için bir saniye gibi kısa sürede 10 binlerce cevap üretebilecek kadar büyük bir potansiyel taşıdıklarından karmaşık problemlerin en güçlü geleneksel cihazdan bile çok daha hızlı biçimde çözülmesini sağlarlar. IBM’in üreticisi olduğu IBM ‘Quantum System One’, 32 kübitlik kuantum hacminde, 27 kübitlik bir falcon işlemciye sahip sistem, dünyanın ilk entegre kuantum bilgisayar sistemini temsil ediyor.

IBM, dünya üzerinde en büyük ekosisteme sahip ve bu alanda öncül liderlerden biri. System One’a ilaveten IBM tarafından kurulmuş 20’den fazla kuantum bilgisayarı bulunuyor. Bu makineleri destekleyecek geniş bir kuantum donanım ve yazılım araştırma kadrosu da mevcut. Fraunhofer Enstitüsü’nde kurulan bu sistem ile mevcut IBM QNetwork’ü yeni bir coğrafyaya taşıyor. IBM’in verdiği bilgilere göre bu sistem Avrupa’nın en güçlü kuantum bilgisayarı konumunda bulunuyor. Almanya’da tanıtılan bu kuantum bilgisayarı, Ehningen’deki Fraunhofer Enstitüsü’nün (Fraunhofer-Gesellschaft) kullanımda olacak. Enstitü, kimya optimizasyonu ve makine öğrenimi araştırmak ve geliştirmek için IBM’in Quantum System One sistemini kullanacak. IBM. System One’ı, “Sadece bir sistem değil, küresel bir ağ” olarak tanımlıyor. IBM’in Avrupa Orta Doğu ve Afrika’dan sorumlu yöneticisi Martin Jetter de IBM’in 2023 yılına kadar 1.000’den fazla kübiti işleyebilen istikrarlı bir kuantum bilgisayarı yapmayı hedefledikleri bilgisini paylaştı.

Kuantum bilgisayar konusunda araştırmalarını yoğunlaştıran şirketler arasında Google’da yer alıyor. Google, Santa Barbara’da bulunan yeni Quantum Kampüsü’yle bu alanda da geleceğin büyük oyuncularından olma planını şimdiden gösterdi. CEO’su Sundar Pichai’nin bizzat tanıttığı LaMDA platformu, robotik yapay zekâ diyaloglarını insansı sohbetlere yaklaştırmayı hedefliyor. Bu yönüyle hem geleceğin akıllı asistanlarını hem de bu alanlardaki meslekleri yakından ilgilendiriyor.

Kuantum bilgisayarlar gelecekte bize ne fayda sağlayacak? 

Kuantum Bilgisayarların Katkı Sağlayacağı Alanlar

Kuantum bilgisayarlar şüphesiz ki, büyük veri analizini ve onunla ilgili olarak makine öğrenimini bugünün seviyesini çok ötesine taşıyacak. Bu sayede de finansal hizmetlerden sağlığa kadar çok fazla alanda çok büyük gelişmeler yaşanacak.

Her gün küresel çapta her bilgisayar kullanıcısının inanılmaz boyutta ürettiği veriler ile veri merkezleri beslenmektedir. Üretilen bu veriler yüksek karmaşıklık ve hacimde daha kapsamlı hesaplamalara ihtiyaç duymaktadırlar. Büyük verinin üstesinden gelmek için ihtiyaç duyulan farklı bir hesaplama yaklaşımına ve veri kümelerinin entegrasyon ihtiyacına çözüm sağlamada kuantum bilgisayarlar büyük katkı sağlayacak.  

Yine günümüzün en önemli konularından yapay zekâ ve onun bir alanı alan makine öğrenimini geliştirmede kritik öneme sahip olan bilgi işleme de kuantum hesaplamadan destek alacak ve bu sayede yapay zekânın performansı iyileştirilebilecek.  Bu vesile ile tıpkı bizlerde olduğu gibi yapay zekâ da kuantum bilgisayarlardan elde edilen bilgilerle desteklenen deneyimler sayesinde kendi hatalarını düzelterek öğrenebilirken bu sayede de teknolojinin çok daha sezgisel bir boyut kazanmasına yardımcı olabilir.  

Bir diğer önemli konu da uzay araştırmaları.  Toplanan büyük kapsamdaki veriler kuantum bilgisayarlar ve yapay zekâ algoritmalarıyla çok daha hızlı ve verimli bir şekilde işlenebilir ve bu sayede daha hızlı keşifler yapılabilir.

İlaç sektörünün geliştirilmesinde de moleküllerin, proteinlerin ve kimyasalların etkileşimlerini analiz etmede oldukça fazla sayıda kombinasyon devreye girmektedir.  Kuantum bilgisayarların bu alana sağlayabileceği katkılar ile hastalıklara uygun ilaç alternatiflerinin daha hızlı belirlenmesi ve geliştirilmesi daha mümkün hale gelecektir.

İlaveten trafik kontrolünü kolaylaştırma, sıkışıklığı azaltan optimum rotaların eşzamanlı olarak hızlı bir şekilde hesaplanmasında, tedarik zincirlerinin, hava trafiğini kontrol ve optimizasyonunda da kuantum bilgisayarlardan destek alacağız.

Şu an büyük firmaların bu teknolojinin geliştirilmesi konusunda girdikleri yarışın temel sebebini de işte tüm bu potansiyel faydalar oluşturuyor ve yatırımlar artmaya devam ediyor.