Süper bilgisayarlar işlem gücü açısından sınırlarına ulaşırken kuantum bilgisayarlar bu sınırları ortadan kaldırmaktadır. Kuantum bilgisayarlar 0 ve 1 bitlerini kullanan klasik bilgisayarlardan farklı olarak kuantum mekaniğinin temel ilkelerine dayanan kuantum bitleri (kübit) kullanmaktadır. Kübitler birden fazla durumu temsil edebilmekte (süperpozisyon), verileri depolamada avantaj sağlamakta ve aynı anda birden fazla işlem yapabilmektedir.
Diğer taraftan, kübitlerin birbirlerine bağlantılı çalışmaları ve kübitlerin durumlarını diğer kübitlerle ilişkilendirme yeteneği (dolanıklık/ entanglement) kuantum bilgisayarların işlem kapasitelerini artırmaktadır. Dolayısıyla, klasik bilgisayarlar bir hesaplamanın her adımını sırayla yaparken kuantum bilgisayarlar bu işlemi aynı anda yapabilmektedir.
Örneğin, sekiz bit klasik bir bilgisayarda 0-255 arasındaki herhangi bir sayıyı temsil etmek için yeterli iken kuantum bilgisayarda sekiz kübit o aralıktaki tüm sayıları temsil edebilmekte, dahası dolanıklık özelliği nedeniyle birkaç yüz dolanık kübit evrendeki atomların sayısından daha fazla sayıyı temsil edebilmektedir (https://www.newscientist.com/question/what-is-a-quantum-computer/ ).
Böylece kuantum bilgisayarlar klasik bilgisayarlardan çok daha kapsamlı işlemleri çok daha hızlı bir şekilde yapabilir. Ayrıca, kuantum bilgisayarların olasılıksal doğası, deterministik çalışan klasik bilgisayarlardan farklı olarak bir sorunun olası çözüm kümesini de üretebilmektedir. Bir kuantum bilgisayar, konvansiyonel bir bilgisayarın binlerce yılda çözebileceği bir işlemi dakikalar içinde tamamlayabilmektedir (https://www.ibm.com/topics/quantum-computing). Dolayısıyla, kuantum bilgisayarlar süper bilgisayarların çözemediği veya yeterince hızda çözemediği karmaşık sorunları çözebilme potansiyeline sahiptir.
Elbette bunun bir maliyeti var. Tasarım zorluğunun ötesinde kübitlerin hassas yapıları nedeniyle bu performansı gösterebilmeleri için bulundukları ortamın özel (örneğin titreşimsiz, manyetik alan korumalı, girişimsiz ve soğuk) olması gerekiyor. Ayrıca, kuantum bilgisayarlarının beklenen faydaları sağlayabilmesi için kübit sayısının çok olması gerekmekte, ancak kübit sayısı arttıkça kuantum bilgisayarların kararlılığını sağlayabilmek zorlaşmaktadır.
Stratejik Ürün
Özellikle birbirleriyle doğrusal ilişkileri olmayan çok karmaşık sistemlerin davranışını anlamada ve benzer karmaşık problemlerin çözümünde sağladığı avantajlar kuantum bilgisayarları çok daha önemli kılıyor. Özellikle kriptografi sistemlerine yönelik potansiyeli siber güvenlik alanında yeni açılımlar sağlayabilecektir. Diğer taraftan yeni ilaçların üretilmesinden finansal işlemlerde karar verme süreçlerini hızlandırmaya, tıp alanında tedavi ve teşhis süreçlerini iyileştirmeden ve karbon ayrıştırma süreçlerini iyileştiren çözümler bularak iklim değişikliğini önlemeye kadar çok önemli karmaşık sorunları çözebilme potansiyeli kuantum bilgisayarı ülkeler için stratejik bir ürüne dönüştürmektedir.
Özellikle yapay zekâ ve makine uygulamalarında çok daha az parametre ve veri gereksinimi şimdiden bir ekosistem oluşturmuş olan yapay zekâdaki gelişmeleri çok daha hızlandırabilecektir. Örneğin, kuantum tabanlı bir model, klasik bir sinir ağı modelinin 59 bin parametreyle ulaştığı doğruluğa yalnızca 60 parametre kullanarak ulaşırken ihtiyaç duyduğu öğrenme veri setinin boyutu da önemli miktarda azalmaktadır (https://www.nature.com/articles/d41586-023-01692-9).
Bu nedenle ülkeler kuantum bilgisayara sahip olabilmek için uzun zamandır çabalamaktadır. Bu kapsamda ABD, Çin, Almanya, İngiltere, Kanada ve Japonya gibi ülkeler bu alana devasa yatırımlar yaparak kuantum bilgisayarları kullanmaya başladılar. Çoğu alanda az sayıda kübit kullanarak nasıl fırsatlar oluşturulduğu görülmeye başlandı. Bu umut verici gelişmeler, kuantum bilgisayarların iyileştirilmesine yönelik girişimlere de cesaret veriyor. Ürünün uzun vadeli potansiyeline dikkat çekmek için Cambridge, Birleşik Krallık merkezli kuantum bilişim firması Riverlane'in kurucusu ve CEO'su olan hesaplamalı matematikçi Steve Brierley, ‘Kısa vadeli beklentiler biraz abartılı, ancak uzun vadeli beklentiler kesinlikle yetersiz.’ diyor (https://www.nature.com/articles/d41586-023-01692-9).
Kuantum Bilgisayar ve Bileşenlerinde Yerli Üretim
Bu kadar stratejik bir ürün haline gelmiş olan kuantum bilgisayar nihayet ülkemizde üretildi. Tanıtımı 21 Kasım tarihinde yapılan kuantum bilgisayarı görmek ve gelişim hikâyesini dinleyebilmek için TOBB Ekonomik ve Teknoloji Üniversitesini (TOBB ETÜ) ziyaret ettim. Kuantum bilgisayarı geliştiren ekibi (Prof.Dr.Ali Bozbey, Prof.Dr. Mehmet Ünlü ve Prof.Dr.Bülent Tavlı) dinlerken heyecanlanmamak mümkün değil. Yaklaşık 10 yıllık uzun ve çileli bir emeğin sonunda ülkemiz böylesine stratejik bir ürüne sahip oldu. 5 kübitli kuantum bilgisayar artık ülkemizin araştırmacılarını, bilim insanlarını bekliyor. Yukarda değindiğimiz alanlarda sağladığı avantajlar ülkemizin araştırma kapasitesine çok önemli katkılar sağlayacaktır. Yapılması oldukça zor olan araştırmalar artık imkân dâhilinde olabildiği gibi bu kapsamda bilimsel çalışmalar da artık çok kısa sürede tamamlanabilecektir.
Bu gelişme, ülkemizi kuantum bilgisayar teknolojisine sahip dünyadaki sayılı ülkeler arasına dâhil etmiştir. Gelişmiş ülkelerin kuantum bilgisayar üretimine destek olan teknolojik ürünlerine ihracat yasağı koymaya başladığı göz önüne alındığında böylesi stratejik bir ürünün ülkemizde bir üniversite tarafından üretilmiş olması son derece stratejik bir adımdır. Bu nedenle, TOBB ETÜ Mütevelli Heyeti Başkanı Sayın Rıfat Hisarcıklıoğlu’nu, Rektör Prof.Dr. Yusuf Sarınay’ı, ekipte yer alan bilim insanlarını ve sürece destek veren tüm kurumları kutluyorum. Elbette bu sadece bir başlangıç. Savunma sanayi alanında şu anda geldiğimiz seviyeye de böylesi başlangıçlarla ulaştık. Aynı ekip kısa süre içerisinde daha yüksek sayıda kübitli kuantum bilgisayarlar da üretebilecektir.
Ziyaret esnasında ekipte yer alan bilim insanları kuantum bilgisayarların geliştirilmesinde süperiletken kuantum işlemci ve süperiletken kuantum sınırlı RF kuvvetlendiricilerin en kritik bileşenler oldukları için bunları üreten ülkelerin giderek ihracat yasağı getirdiklerine, dolayısıyla bu bileşenlerin yerli üretiminin oldukça kritik olduğuna işaret ettiler. Hatta çoğu ülkedeki benzer üretim merkezlerini yerinde ziyaret eden ekip bu bileşenleri üretebilmek için aynı bina içerisinde gerekli yer ve üretim planlaması da yaptıklarını, ancak finansman desteğine ihtiyaç duyduklarını ifade ettiler. Kuantum hesaplamanın 2035 yılına kadar 1,3 trilyon dolarlık bir endüstri haline gelmesi beklendiği göz önüne alındığında (https://www.ibm.com/topics/quantum-computing), kuantum teknolojisi pazarında pay alabilmemiz ve pazara erken girebilmemiz için ilgili kurum ve kuruluşların vereceği destek oldukça stratejik bir adım olacaktır. Diğer taraftan, şimdiden kuantum konusunda yetenekli bir iş gücü oluşturmak için ilave adımlar atilması kuantum hesaplama alanında yeni bir ekosistem oluşmasına çok önemli katkı sunacaktır.