Kuantum Bilgisayarla Kurtulur Mu İnsanlık?

gorsel1

“Kim için çalıştığımızı asla unutmayız.”
(Lockheed Martin şirketinin sloganı)

Bilimsel-teknolojik gelişmelerin insanlık için ne getireceği sorunu, fantastik bilimkurgu senaryolarının nesnesi olmanın ötesinde, mevcut toplumsal yapının ideolojik ve sınıfsal karakteriyle koşut bir gelişim izler. Kimi fizikçilerin gerçekçiliğine şüpheyle yaklaştığı, kimilerininse gelecek için çok büyük bir potansiyel gördüğü kuantum bilgisayar bu bağlamda ele alındığında, tümüyle insanlığın hizmetinde olan bir ilerlemeden ya da distopik bir gelecekten daha fazlasına; çeşitli çıkar öznelerinin dinamiğinde salınan karmaşık bir yapıya işaret ediyor. Gerçekleştiği takdirde muazzam bir hesaplama gücü müjdeleyen bu buluşun bilgi çağında bir devrimin kapısını aralaması muhtemelken, büyük resme bakıldığında hegemonya, bilim-kapital ve bilim-toplumsal fayda ilişkileri üzerine bir düşünce egzersizi gereklilik haline geliyor.

Kuantum hesaplama bildiğimiz bilgisayarların klasik mantığından farklı olarak kuantum yasalarının geçerliliğine dayanır. Fiziksel çalışma mekanizmasının temelinde iki kuantum özellik yatar: süperpozisyon ve dolanıklık [1]. Kuantum süperpozisyon (üst üste binme) illkesine göre bir kuantum sisteminin durumu (state) – örneğin bu elektron gibi bir parçacığın spin’i (içsel dönü) olabilir – ölçümden önce farklı olasılıkların üst üste binmiş hali olarak ifade edilir. Böylece kuantum fiziğine göre bir parçacığın fiziksel durumu aynı anda 0 ve 1 (spin’in aşağı ve yukarı yönlü oluşunu temsilen vb.) değerli bir kübit olarak kodlanabilir. Dolanıklık ise birden fazla parçacığın birbirlerinden uzakta olsalar da güçlü bir korelasyon taşıması ve bu parçacıklara birbirlerinden bağımsız bir kuantum durumu atanamayacağı gerçeğine dayanır. Süperpozisyon ve dolanıklık olguları, kuantum yasalarını kullanan bir bilgisayarın hesaplamaları paralel bir güçle işleyebilmesine olanak tanır. Dolayısıyla kuantum bilgisayarlar, klasik bilgisayarların ancak çok uzun bir sürede çözebileceği hesaplamalı problemleri makul bir sürede çözüme kavuşturabilir.

Tam anlamıyla pratik ve işlevsel bir kuantum bilgisayarın yapılması oldukça güç. İlk akla gelen zorluklardan biri decoherence (eş fazlılığın yitimi) denilen olgu. Decoherence, çevreyle etkileşimden dolayı, bir fiziksel sistemin süperpozisyon gibi kuantum özelliklerini yitirmesine neden olur. Son yıllarda bu olgunun akıllı tekniklerle belli bir düzeye dek manipüle edilebildiğini ekleyelim. Bununla bağlantılı bir diğer problem de kuantum hesaplamanın sadece birkaç kübitle değil, daha büyük ölçeklerde uygulanmasının pratik zorluğu. Kuantum hesaplama şu ana kadar farklı laboratuvarlarda ancak küçük ölçekte ve spesifik koşullarda gösterilebildi [2]. 2011 yılında, D-Wave adında Kanadalı bir şirket, 128 süpereiletken kübitten oluşan, ilk satışa hazır kuantum hesaplama yapan işlemciyi yaptığını açıkladı. Zamanla 512 kübitli versiyona yükseltilen alet, işleyişinin ve hızının gerçekten kuantum ismini haketmediği yönünde çok çeşitli itirazlarla karşılaştı ve tartışma karşılıklı bilimsel makalelerle hala sürüyor [3]. Bilgisayarın yapısına gelince; pratik olmanın uzağında, büyük boyutta ve pahalı soğutucularla mutlak sıfır derecesine yakın tutulan bir makine duruyor karşımızda.

gorsel2

NASA İleri Süperhesaplama (NAS) Merkezi’nde kurulan D-Wave Two kuantum bilgisayarı

Potansiyel olarak ciddi bir hesaplama gücü sunan kuantum bilgisayarın olası kullanım alanları çok çeşitli. Şu an dijital bilgi güvenliğini sağlayan şifreleme ağlarının çoğunun işleyişi, çözülmesi güç matematiksel problemlere dayanıyor (asal çarpanlara ayırma problemi/RSA yöntemi gibi). Teorik olarak, bir kuantum bilgisayar bu tip yöntemlerle kodlanan şifreleri kısa bir sürede kırabilir. İstihbarat savaşlarının dışında, ağır hesaplamalar gerektiren alanlar kuantum bilgi işlemeden faydalanabilir. Önemli fiziksel problemlerin çözümü, yeni ve özgün malzeme tasarımı, ilaç sektörü için çeşitli biyo-kimyasal proseslerin simüle edilmesi ve finans sektöründe yoğun ekonomik veri analizi ile çok parametreli gelecek tahminleri bu yeni teknolojiyle farklı bir boyuta taşınabilir.

Bu teknolojiyi geliştirmeye çalışan Ar-Ge programlarının arkasındaki itici güçlerin askeri kurumlar, istihbarat servisleri ve internet tabanlı büyük şirketler olması şaşırtıcı olmasa gerek. Yukarıda sözü edilen D-Wave şirketinin 2012 yılında 10 milyon dolara sattığı kuantum bilgisayarın alıcıları arasında Google ve NASA var [4]. Amerikan savunma/havacılık devi Lockheed Martin ise birkaç yıl önce D-Wave’le birlikte zorlu hesaplamalı problemlerin çözümü için ortak bir program başlatmış ve 2013’te D-Wave Two bilgisayar sistemini kurmuştu. Bugünlerde Lockheed Martin, ‘We are engineering a better tomorrow’ sloganıyla, üniversitelerle ortaklaşa olarak, kuantum hesaplama üzerine araştırmalarını sürdürüyor [5]. Son yıllarda dinleme skandallarıyla gündeme gelen Amerikan Ulusal Güvenlik Ajansı NSA de Edward Snowden’ın sızdırdığı bilgilere göre kendi kuantum bilgisayar çalışmalarını çeşitli ortaklıklarla yürütüyor [4]. İlginçtir ki kuantum bilgisayara belirli tipte konvansiyonel şifreleri kolaylıkla kırma olanağı veren kuantum fiziği, buna karşı önlem olarak güvenli kuantum şifreleme yöntemlerini de olanaklı kılıyor. Kübitler üzerinde yapılan herhangi bir hesaplama işleminin/ölçümün kübitlerin kuantum durumunu değiştirmesi olgusuyla bağlantılı olarak kuantum şifreleme yöntemiyle kodlanan bilgi, bir hacker saldırısına uğradığında bu durum farkedilebilir. Kuantum şifreleme yöntemleri şu an bazı teknik zorluklarla sınırlı olsa da, uygulanabilirliği kuantum bilgisayarlara göre daha kolay. Örneğin, İsviçreli ID Quantique şirketi 2004 yılında ilk kuantum kripto cihazlarını satmaya başlamıştı. Özetle, kuantum enformasyon alanının şimdiden saldırı/savunma ekseninde bir teknolojik/ekonomik altyapıyı ve kendi piyasasını geliştirme aşamasında olduğunu söyleyebiliriz.

Savunma/güvenlik alanının yanında, finans sektöründe de kuantum hesaplama gelecekte belirleyici bir işleve sahip olabilir. Kuantum bilgisayar yardımıyla şirketler kar ve optimizasyon problemlerini kısa sürede verimli bir şekilde çözüp, piyasada manevra alanlarını genişletebilirler. Bununla birlikte, finans oligarşisinin tahakküm metotlarına yeni bir boyut eklenmesi ihtimal dahilinde. Bilgi-sermaye arasındaki bağın kendini yeniden tanımladığı ve her saniyenin hızlıca paraya çevrilebildiği bir dönemde, veri akışı ve analizi üzerindeki kontrolün bu pahalı teknolojiye yatırım yapabilecek büyük şirketlerin/bankaların eline geçmesi, kapitalist düzenin dinamikleri ve tekelleşme açısından yeni bir cephenin açılmasını olanaklı kılabilir.

Kuantum bilgisayar – fizikçilerin skeptik bakışına ve tam olarak işlevsel hale gelmesine belki de onyıllar olmasına rağmen – şimdiden bir güç unsuru olarak düşünülmeye başlanmıştır. Ancak bu bilimsel gelişimin doğrultusunun egemen sınıftan ve hiyerarşik ulus-devlet yapısından bağımsız olmadığı aşikar. Kuantum optiği ve enformasyon bilimi alanındaki birikimin belli bir zümreden ziyade insanlığın sorunları için kullanılması, bilimin kapitalist-emperyalist düzenle olan ilişkisinin sorgulanıp, özgür bir hat geliştirilebilmesine bağlı. Çünkü bilimsel ilerleme dediğimiz şey ancak özgür ve bağımsız bir ortamda bilimin kavramsal özüyle koşut gelişip, gerçekten toplumun ve en nihayetinde tüm dünya halklarının gereksinimini karşılayan bir etkinlik haline evrilebilir.

Kaynakça
[1] https://universe-review.ca/R13-11-QuantumComputing.htm
[2] https://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_computing
[3] Cho, Adrian (20 Haziran 2014), “Quantum or not, controversial computer yields no speedup”, Science 344 (6190): 1330–1331.
[4] https://www.washingtonpost.com/world/national-security/nsa-seeks-to-build-quantum-computer-that-could-crack-most-types-of-encryption/2014/01/02/8fff297e-7195-11e3-8def-a33011492df2_story.html
[5] http://www.lockheedmartin.com/us/what-we-do/emerging/quantum.html
Görsel 1: http://images.iop.org/objects/phw/news/15/11/6/quantum-computing.jpg
Görsel 2: http://www.nas.nasa.gov/quantum/quantumcomp.html

Comments

comments

Bu yazıyı paylaşınTweet about this on TwitterShare on LinkedInEmail this to someoneShare on FacebookShare on Google+
Tolga Bağcı

Yazar Hakkında Tolga Bağcı

Bilkent Üniversitesi Fizik Bölümü’nden mezun olduktan sonra, Kopenhag Üniversitesi-Niels Bohr Enstitüsü’nde optomekanik konusunda fizik yüksek lisansını, opto-elektromekanik/kuantum optiği alanında ise fizik doktorasını tamamladı. Doktora tezinin ana çalışması olarak, radyo frekans dalgalarının mekanik bir arayüzle optik sinyallere çevrilip, yüksek duyarlılıkla ölçülmesini gösterdi. Max Planck Enstitüsü (Kuantum Optiği) /Münih Üniversitesi (LMU)’nde araştırmacı unvanıyla bir yıl çalıştıktan sonra Türkiye’ye dönüp, UNAM (Ulusal Nanoteknoloji Araştırma Merkezi-Bilkent Üni.) bünyesinde, fiber lazerler konusunda proje uzman mühendisi görevinde bulundu. Ardından, özel bir savunma sanayi şirketinde, elektro-optik üzerine sistem mühendisi olarak çalışmaya başladı. Mesleki çalışmalarının yanında, fizik felsefesi ve siyaset felsefesi alanlarıyla ilgileniyor.