Kuantum Hesaplama

Haftalık yayınlanan bilişim teknolojileri dergisi BThaber dergisi tarafından düzenlenen sektör bağımsız yaklaşık 150 teknoloji liderinin katıldığı C Suit toplantısına konuşma yapmak için katıldım. Etkinlikte konuşma konusu olarak Teknolojide İş Süreçleri olarak bir başlık belirlenmişti ancak yaklaşık 24 yıllık iş tecrübem bana ‘her şirketin iş yapış metodu farklı’ olduğunu dolayısıyla burada kendi yaptıklarımızı anlatarak fark yaratacak bir nokta göremedim zira tereciye tere satmak gibi bir durum olacaktı. Bana ayrılan sürede katılımcıların beynindeki iki nöronu birbirine bağlayacak bir konu olsun istedim ve son zamanlarda fırsat buldukça bilgi edindiğim, merak ettiğim bir konu olan ‘Kuantum Bilgisayarlar / Hesaplama’ ile ilgili özet bir şeyler anlatmak istedim ve keyifli bir konuşma olunca ve güzel tepkiler gelince anlattıklarımı bir farkındalık oluşturabilmek için paylaşmak istedim.

Bu noktada şunu da belirtmek isterim; ben bir fizikçi değilim ve bu alanda okumadım sadece fiziğe ilgi duyan kendi çapımda merak ettiklerimi araştıran biriyim ve kuantum bilgisayar alanındaki gelişmelerin, yakın gelecekte yaptığımız işlerde bizi konfor alanından çıkarabileceğini düşünüyorum. Özellikle Kriptoloji ve Siber Güvenlikte.

Kuantum Hesaplama, kuantum mekaniğinin ilkelerini kullanan bir bilgisayar bilim alanı diyebiliriz. Bence kuantum hesaplama bilgisayar bilimi ve teknolojilerinde devrim yapabilecek potansiyele sahip bir alan. Bu noktada kuantum mekaniği ile ilgili de kısa bir bilgi vermek lazım; kuantum mekaniği, madde ve enerjinin atom altı seviyedeki davranışlarıyla ilgilenen fiziğin bir dalıdır. Yapılan deneylerde, kuantum mekaniğinin klasik fizikten farklı olarak, bazı tuhaf ve öngörülmeyen davranışlar sergilediği ispatlandı.

Kuantum mekaniğinin temel ilkelerine göre; parçacıklar aynı anda birden fazla yerde bulunabilir ki buna Süper pozisyon denir. Parçacıklar hem dalga hem de parçacık gibi davranabilir ve birbirlerinden uzakta olsalar bile etkileşime girebiliyorlar. Buna da Kuantum Dolanıklık ilkesi denmektedir. Kuantum hesaplama genelde bu iki ilke üzerinden ilerlemekte.

Kuantum hesaplamaya geri dönersek; bildiğiniz üzere klasik bilgisayarlar verileri 0 ve 1’den oluşan bitlerle temsil ederler. Ancak kuantum bilgisayarlar kuantum bitleri ya da Kübit kullanır. Kübitler, süperpozisyon ilkesi gereği aynı anda hem 0 hem de 1 olabilirler. Bunun anlamı kuantum bilgisayarlar, klasik bilgisayarlara göre çok daha fazla bilgi işleme ve depolama gücüne sahiptirler.

Kubit sayısı, bir kuantum bilgisayarın gücünü ve kapasitesini ifade eden bir ölçüdür. Ancak, kuantum bilgisayarların performansını ölçmek için kullanılan tek bir ölçü değildir. Başka faktörler de, kuantum bilgisayarların performansını etkileyebilir.

Kuantum bilgisayarların performansını ölçmek için kullanılan diğer faktörler arasında şunlar sayılabilir:

• Kubitlerin kalitesi: Kubitlerin kalitesi, kuantum bilgisayarların performansını önemli ölçüde etkileyebilir. Daha kaliteli kubitlere sahip bir kuantum bilgisayar, daha yüksek bir performansa sahip olacaktır.
• Kubitlerin bağlantısı: Kubitlerin birbiriyle nasıl bağlandığı, kuantum bilgisayarların performansını da etkileyebilir. Daha iyi bağlantılı kubitlere sahip bir kuantum bilgisayar, daha yüksek bir performansa sahip olacaktır.
• Kuantum algoritmaları: Kuantum bilgisayarlar, klasik bilgisayarlardan farklı algoritmalar kullanır. Kuantum algoritmalarının etkinliği, kuantum bilgisayarların performansını da etkileyebilir.

Ayrıca şu an teknoloji firmaları Kuantum Üstünlüğü denilen bir kavramın liderliğini almak için uğraşıyor. Kuantum üstünlüğü (Quantum Supremacy), kuantum bilgisayarlarının belirli bir hesaplama görevini geleneksel bilgisayarlardan önemli ölçüde daha hızlı bir şekilde gerçekleştirebileceği bir durumu ifade eder. Bu terim, kuantum bilgisayarların klasik bilgisayarların çözmesi çok uzun sürebilecek veya mümkün olmayan sorunları çözebileceği anlamına geliyor. Kuantum üstünlüğü, kuantum bilgisayarların özellikle belirli problemleri çözmek için geleneksel bilgisayarlardan önemli ölçüde daha hızlı olabileceği anlamına geliyor. Bu konuda yapılan bir denemede kuantum bilgisayarların klasik bilgisayarlara göre üstün olduğu da kanıtlanmıştır. Klasik bir süper bilgisayarın 45 günde çözdüğü bir problemi kuantum bilgisayar 2-3 dakika arasında çözebilmiştir.

Bu nokta da teknoloji liderlerini ilgilendiren kısım; şu an da mevcut klasik bilgisayarlar ile kırılamayacak dediğimiz şifreler kuantum bilgisayarlar ile gün-saat-dakika hatta saniye mertebesinde çözülebilecek. Şifreli ilettiğimizi düşündüğümüz veriler de kolayca deşifre edilebilecek.

Kuantum bilgisayarlar daha yaygın olarak kullanılabilir hale geldikçe, siber saldırıların hacmi ve şiddeti hassas verileri daha önce hiç olmadığı kadar tehdit altına sokacaktır. Sadece kuantum güvenli çözümler, mevcut şifreleme yöntemlerini dakikalar içinde atlatma gücüne sahip olacak kuantum bilgisayarlardan gelen şifre çözme işlemine dayanabilecektir.

Kuantum Hesaplamanın Siber Güvenlikteki Kullanımları nelerdir diye araştırdığımızda potansiyel kullanımları şunlardır:

• Şifreleme sistemlerinin kırılması: Kuantum bilgisayarlar, mevcut şifreleme sistemlerini aşabilecek kadar güçlüdür. Bu, siber saldırganların hassas verilere erişmesine ve bunları çalmasına olanak tanıyabilir.
• Yeni güvenlik sistemlerinin geliştirilmesi: Kuantum hesaplama, yeni ve daha güçlü güvenlik sistemlerinin geliştirilmesine yardımcı olabilir. Bu sistemler, kuantum bilgisayarların saldırılarına karşı dayanıklı olacak şekilde tasarlanabilir.
• Siber saldırıların tespiti ve önlenmesi: Kuantum bilgisayarlar, siber saldırıları daha hızlı ve daha doğru bir şekilde tespit etmek ve önlemek için kullanılabilir.

Bu yazıyı düzenlediğim dönemde bulabildiğim bilgiler kapsamında aşağıdaki teknoloji firmalarının kuantum bilgisayarları aktif olarak kullandıklarını öğrendim.

• IBM: Eagle adlı 127 kübitlik bir kuantum bilgisayarı geliştirmiştir. IBM, bu kapasitenin 100 Kübitlik kısmını genel kullanıcılara açmıştır ve kullanım amacınızı belirten bir başvuru formu doldurarak kullanabiliyorsunuz.
• Google: Google, Sycamore adını verdiği 53 kübitlik kuantum bilgisayarın çok zor bir problemi 200 saniyede çözdüğünü ileri sürdü. Halihazırda dünyanın en hızlı klasik bilgisayarının aynı problemi ancak 10 bin yılda çözebileceğini belirtti.
• Intel: Tangle Lake adlı 20 kübitlik bir kuantum bilgisayarı geliştirmiştir.
• Toshiba : 32 kübitlik kuantum bilgisayar geliştirmiştir, 2025 yılında 100 kübitlik bir kapasiteye çıkacaklarını duyurdular.
• Microsoft:  Azure Quantum platformu üzerinden 24 kübitlik bilgisayar ile çalışmalarını yürütmektedir.

Geçtiğimiz hafta okuduğum bir yazıda Atom Computing firması 1180 Qubit’lik bir bilgisayar yaptığını duyurdu. Bu haber aslında yukarıdaki örneklerden de görüleceği üzere kuantum hesaplama yapan bilgisayarlarının gücünün üssel olarak büyümeye başladığının göstergesidir.

Ülkemizde kuantum hesaplama ve bilgisayarlar ile ilgili neler yapılıyor diye bir araştırma yaptığımda; Tobb Teknoloji Üniversitesinde de kuantum bilgisayar alanında çeşitli çalışmalar yürütüldüğü gördüm. Bu çalışmalar, kuantum bilgisayarların donanım, yazılım ve uygulamaları üzerine odaklanmaktadır. Edindiğim bilgiye göre; hazırlık sınıfında bile olsanız eğer bu alana karşı bir ilginiz, şevkiniz varsa başvurup çalışabiliyorsun.

Özetle, kuantum hesaplama alanındaki hızlı gelişmeler, teknoloji alanında çözüm bekleyen problemlerin hızlı çözülmesini, moleküler ve optik simülasyon alanlarında araştırmaların çok hızlı tamamlanmasına, kriptoloji ve siber güvenlik alanlarında bizleri konfor alanından çıkarmasına ve son ancak önemsiz olmayan bir konu olan yapay zeka alanında donanımsal ve hızlı karar alma konusunda bir dönüm noktası olmasına zemin hazırlayacaktır.

Alper TEKİN