Kuantum bilişimi ve kuantum foton bilgisayarlar günümüzde kullandığımız bilgisayarlardan çok daha hızlı ve karmaşık işlemleri kısa sürede yapabiliyor. Bu bilgisayarlar henüz masamızda kullandıklarımız gibi günlük hayatımızda yer bulamasa da yapabilecekleri ve kapasiteleriyle gelecekte pek çok şeyi değiştirecek gibi görünüyor. İşte kuantum bilgisayarların hayatımıza olası etkileri, riskleri ve fırsatları…
Pan Jianwei, Mayıs 2017’de Şangay’da ilk foton kuantum bilgisayarı yaptıklarını duyurdu. Bu bilgisayarın o gün için klasik bir süper-bilgisayara göre 24 bin kat daha hızlı işlem yapabildiği iddia ediliyordu. Çin Bilim Akademisi öğretim üyesi ve önde gelen kuantum fizikçisi Pan Jianwei, kuantum bilgisayarın, ultra hızlı paralel hesaplama ve simülasyon yeteneklerini etkinleştirmek için temel kuantum süper-pozisyon ilkesinden yararlandığını söylüyordu. O günden bugüne geleceği etkileyecek en önemli yeni teknoloji olarak görülen kuantum bilgisayarlar, klasik bilgisayarlar gibi elektrik akımı yerine elektron ve proton gibi atom altı parçacıkların fiziksel özelliklerine dayanan bir sistemle çalışıyor. Bundan dolayı klasik bilgisayarlardan çok daha küçük bir alanda ve çok daha büyük bir hızla çalışabiliyorlar.
Bilim insanları kuantum bilgisayarlarının özellikle optimizasyon problemlerini kolaylaştıracağını düşünüyor. Önünüzde çok alternatifli bir yol olduğunda klasik bilgisayarlar her adımda bir seçeneği deneyerek ilerliyor ve tamamını ele alması bazen çok uzun zaman alabiliyor. Kuantum bilgisayarların ise olası yolların tamamını aynı anda deneyebilmelerinden dolayı bu süreyi oldukça kısaltacağı tahmin ediliyor.
Kuantum bilgisayarlar henüz günlük hayatta yer bulamasa da yapabilecekleri ve kapasiteleriyle gelecekte pek çok şeyi değiştirecek gibi görünüyor.
İşte kuantum bilgisayarların hayatımıza olası etkileri, riskleri ve fırsatları…
VERİ BİLİMİ YENİ BİR ANLAM KAZANACAK
Ev aletlerinden sürücüsüz otomobillere, fabrikalardaki üretim makinelerinden sağlık cihazlarına kadar her cihazdan sürekli bir veri üretimi söz konusu. Sınırsız ve sonsuz anlık veriyi işleyecek teknoloji ise kuantum teknolojisi. Kuantum teknolojisi ve yapay zeka ile veri bilimi yeni bir anlam kazanacak. Çok kısa sürede devasa bilgi yığınını işleme kapasitesine sahip olan kuantum bilgisayarların kullanımı ile büyük veri setlerini işleme almanın yolu açılıyor. Bu durumun büyük veri analizinde kullanılan yapay zeka ve makine öğrenimi çalışmalarını destekleyeceği ve gelişimlerinde hayati rol oynayacakları şüphesiz. Bu bilgisayarlar sayesinde gelecekte, insanlığın tüm iş yapış sisteminin çok farklı boyutlara taşınacağı, özellikle savunma sanayi, bankacılık sektörü ve şifreleme gibi alanlarda kullanımının büyük oranda artacağı tahmin ediliyor.
Artan veri hacmini analiz için bulut bilişim alanında da bu teknolojiye ciddi anlamda ihtiyaç duyulacak. Örneğin sağlık sektöründeki çalışmalar ilaç yapımı, hastalıkların teşhisi, zor virüslerin sisteminin çözülmesi gibi alanları da kapsayacak.
KUANTUM ÜSTÜNLÜĞÜ
Kuantum bilgisayarlar, klasik sistemlerin tam anlamıyla asla tamamlayamayacağı karmaşık hesaplamaları yapma potansiyeline sahip. Kuantum bilgisayarların bu bilgi işlemeyi hızlandırma potansiyeli ve aynı zamanda zor ve karmaşık sorunları çözme yeteneği, iş dünyasının ilgisini fazlasıyla çekiyor. Kuantum programlama, atom-altı parçacıklarının ilginç bir özelliği olan aynı anda farklı birkaç madde halinde bulunabilme yeteneğini kullanıyor. Parçacıklar bu denli küçük olduğunda hareket ve davranışları sayesinde çok daha az enerji kullanarak ve çok hızlı işlem yapabiliyorlar. Klasik bilgi işlem teknolojilerinde 1 bit, bir birim bilgiyi temsil ediyor ve bu bit sadece iki halde bulunabiliyor: 1 ya da 0.
Kuantum bilişimi ise klasik bit yerine kuantum biti, diğer deyişle kubiti kullanıyor. Bu, kuantum sisteminde bir bitin sadece 0 ve 1’den oluşup taşıyabileceği bilgi sayısı sınırına takılmadan daha fazla bilgiyi tek bitte depolayabilmek anlamına geliyor.
Ayrıca rastgele büyük asal sayılar bulma hızı ile de şifreleme tekniklerini bambaşka noktalara taşıyor. Bilindiği gibi şifrelemede asal sayılar, özellikle büyük sayılar çok önemli.
Bir kuantum bilgisayarın klasik bir bilgisayardan daha iyi performans göstermesine “kuantum üstünlüğü” deniyor. Bir bilim kurgu rüyası gibi görünse de uzmanlar kuantum üstünlüğünün birkaç yıl içinde gerçek olacağına inanıyor.
POTANSİYEL UYGULAMA ALANLARI
Kuantum hesaplama uygulamalarının dar ve odaklanmış alanlarda olacağı düşünülüyor çünkü genel amaçlı kuantum hesaplama büyük olasılıkla hiçbir zaman ekonomik olmayacak. Bununla birlikte kuantum teknolojisi, belirli endüstrilerde devrim yaratma potansiyeline sahip.
1-Makine öğrenimi: Daha hızlı yapılandırılmış tahmin yoluyla iyileştirilmiş makine öğrenimi sağlayabilir. Örnekler arasında Boltzmann makineleri, kuantum Boltzmann makineleri, yarı denetimli öğrenme, denetimsiz öğrenme ve derin öğrenme sayılabilir.
2-Yapay zeka: Daha hızlı hesaplamalar, algılama, kavrama ile sorunsuz veri analizi sağlayabilir.
3- Kimya: Yeni gübreler, katalizörler, pil kimyası kaynak kullanımında iyileştirmeler sağlayacak. Kuantum fazlı pilin hesaplama, algılama teknolojilerinin yanında tıp ve telekomünikasyonda bir devrim yaratması bekleniyor.
4- Biyokimya: Yeni ilaçlar, özel ilaçlar ve hatta belki saç onarıcı.
5-Finans: Kuantum hesaplama daha hızlı, daha karmaşık Monte Carlo simülasyonlarına olanak sağlayabilir; örneğin ticaret, yörünge optimizasyonu, piyasa istikrarsızlığı, fiyat optimizasyonu ve riskten korunma stratejileri.
6-Sağlık: Radyoterapi tedavisi optimizasyonu / beyin tümörü tespiti gibi DNA gen sıralaması saatler veya haftalar yerine saniyeler içinde gerçekleştirilebilir.
7-Malzemeler: Süper güçlü malzemeler, korozyona dayanıklı boyalar, yağlayıcılar, yarı iletkenler…
8-Bilgisayar bilimi: Daha hızlı çok boyutlu arama işlevi sağlayabilir. Örneğin, sorgu optimizasyonu, matematik ve simülasyonlar.
KUANTUM HESAPLAMAYI GÖRMEZDEN GELME RİSKİ
Kuantum bilgisayarların fiziği, malzemeleri ve kontrol sistemleri belirsizliğini koruyor, ancak bozulma potansiyeli IBM, Google, Intel ve Microsoft gibi büyük kuruluşların kuantum donanım ve yazılıma yoğun şekilde yatırım yapmasına neden oluyor. Kuantum algoritması uzmanlarından ve tasarımcılarından kuantum devre mühendislerine ve uygulamalı fizikçilere kadar yeni beceri setlerinin yanı sıra birden fazla sektördeki girişimler ortaya çıkıyor.
Yeni kuantumdan ilham alan algoritmalar ürün geliştirmeye yenilikçi çözümler ve yaklaşımlar getirebileceğinden, CIO’lar kuantum hesaplamayı rekabet avantajı olarak görmeli. Ayrıca, kuantum hesaplama ürünlerin pazara sunulma süresini kısaltabilir ve müşteri teslimatını optimize edebilir.
Kuantum hesaplamayı beklemek veya görmezden gelmek fikri mülkiyeti ve patent portföylerini riske atabilir. İlk kuruluşlar, belirli alanlarındaki kuantumdan ilham alan yenilikleri patentleyerek rekabet avantajına sahip olacaklar. Örneğin rakip bir şirket, Monte Carlo simülasyonlarını %1.000 oranında iyileştiren kuantumdan ilham alan bir inovasyon geliştirebilir veya bir ilaç şirketi yeni ilaçları pazarlama süresini kısaltabilir.
HİZMET OLARAK KUANTUM BİLİŞİM
2023 yılına kadar kuantum bilişim stratejilerini araştıran kuruluşların %95’i hizmet olarak kuantum bilişimi (QCaaS) kullanacak. Lojistik olarak kuantum bilgisayarların bakımı zor çünkü çok özel soğutulmuş özel ortamlar gerektiriyor. Gartner, kuantum bilişimle ilgilenen kuruluşların, riski en aza indirmek ve maliyetleri kontrol altına almak için QCaaS’tan yararlanmasını öneriyor. 2023 yılına kadar, kurumsal kuantum bilişim yatırımlarının% 90’ı, kuantum algoritmalarından yararlanabilecek sorunların şekillenmesine yardımcı olmak için kuantum danışmanlık kuruluşlarını devreye alacak. Kuantum hesaplama girişiminden iş değerinin nasıl belirlenip çıkarılacağını bilmek, geliştirilecek temel bir beceri. IBM, Microsoft ve diğerleri, kuantum bilişimin bir gün ele alabileceği potansiyel iş fırsatlarını belirlemekle ilgilenen kuruluşlar için müşteri etkileşim hizmetlerine sahip.
Gartner, 2023 yılına kadar kuruluşların % 20’sinin kuantum hesaplama projeleri için bütçe ayıracağını tahmin ediyor, bu oran bugün % 1’den az. CIO’lar, kuantum hesaplamadan potansiyel fırsatları aramalı ve işletmenin bunlardan yararlanmasına yardımcı olmaya hazır olmalı. Bu fırsatların geleneksel BT ile tamamen entegre edilmesi gerekecek ve araştırma bilimcileri, veri bilimcileri ve kuantum veri bilimcilerinden yeni çapraz iş birliği beklenecek. Bu yeni geliştirme paradigması, herhangi bir kuantum programının başarısı için kritik.
SİBER GÜVENLİK NASIL DEĞİŞECEK?
Kuantum foton bilgisayarların gelecekte hackleme amacı ile kullanılmasına yönelik kaygılar, bu teknoloji geliştikçe de artıyor. Peki kuantum bilgisayarlar siber güvenliği nasıl değiştirecek? Raconteur.com, bu konuyu beş maddede inceliyor:
Hız: Kuantum bilgisayarlar, karmaşık matematik problemlerini çözmek için geliştirilen hızından ötürü siber güvenlik için oyunun kurallarını değiştiren bir teknoloji oldu. Bu bilgisayarlar güvenlik sağlama alanlarında gelişip, asıl kapasitelerine kavuşunca büyük, çok uzun süren işlemleri ışık hızıyla yapabilecekler.
Koruma: Süper-pozisyonlamanın bilgi işlemede, kripto-şifrelemede ve mesela rastgele sayı üretmede yeni yararlar sunması bekleniyor. Peki bunca hız ve şifreleme yeteneği gelirse kuantum bilgisayarlar yüzünden şimdiye kadarki kripto sistemler çöpe mi atılmış olacak? IBM’e göre şimdilik kuantum güvenliğinde şifreleme konusuna kafa yormalı ve mevcut sistemlerin avantajlarını kullanmaya devam etmeliyiz.
Riskler: Kuantum gücünün getireceği şifreleme katmanları kendimizi daha güvende hissettirecek. Fakat bu teknolojilerin bile güvenliği yüzde 100 vaat edemediğini de unutmamak gerekiyor. Kuantum foton bilgisayarların çalıştığı Shor’un Algoritması olarak bilinen sistem de aslında mevcut şifreleme sistemlerinde yeni riskler ortaya çıkarıyor. Kuantum bilgisayarlar hacker ve siber suçluların kolayca erişebileceği bilgisayarlar olmayacak. Mevcut kuantum bilgisayarlarda düzenli ve stabil çalışabilme ortamı olabilmesi için sıfır derece sıcaklığa ihtiyaç duyuluyor. Böylece ortamdaki diğer radyo dalgalarından ve gürültüden uzak kalabiliyorlar. Bu çalışma ortamındaki gerekli koşulları sağlamak da kişisel kullanım için çok zor olacak.
Güvenlik: Peki yakın gelecekte bir kuantum kıyameti yaşanacak ve kripto paralar da hedefte mi olacak? Kripto dünyasını daha “kırılamaz” hale getirmek için çalışmalar hızla sürüyor. Kuantum gücünden yararlanmak da bu çalışmalara dahil. Shor Algoritması’nı verimli ve düzenli çalıştırabilen bir bilgisayar ile bugün hayal bile edemediğimiz işler yapabiliriz. Ancak böylesi işlem gücü ve hız, siber suçluların ellerinde büyük organizasyonlara, şirketlere saldırabilmek için inanılmaz bir silah anlamına gelebilir. Bu “kuantum geçirmez” yeni algoritmalar yazarak önlenmeye çalışılıyor.
Dayanıklılık: İnsanoğlu kuantum bilgisayarları kullanarak gerçekten hacklenemez bir sistem kurabilecek mi? İsveç hükümeti ve bankaları, kuantum bilgi işlemcilerinin ilk prototiplerini kullanıyor. Bunun sebebi kuantum bilgisayarların rastgele sayı üretimindeki başarısı. Bu sayede sanki “tek kullanımlık banknot” üretilmiş gibi olunuyor. Bu da özel bir şifreleme yöntemi ile “hacklenemez” kabul ediliyor. Günümüzde kullanılan, örneğin devlet evraklarını şifreleyen ve saklayan algoritmalar, yasal belge arşivlemelerinde kullanılan algoritmalardan farklı bir teknik kullanıyor. Kuantum bilgisayarlar, bugün kullanılan şifreleme tekniklerini kolayca kıramayacak.
Öte yandan kuantum bilgisayarlar sonlu alan şifrelemesi, eliptik eğri şifrelemesi ve RSA gibi ortak anahtar şifrelemelerde kullanılan geçerli algoritmaları kolayca kırabiliyor. Bununla birlikte AES gibi simetrik anahtar algoritmalarının kuantum saldırılarına karşı savunulabilir olması için daha büyük şifrelemelere ihtiyaç duyulacak.
