Kuantum bilgisayarlar 101

Geçtiğimiz sonbaharda Google, kuantum üstünlüğüne ulaştığını açıkladı. Bu açıklama ortalama bir kullanıcı için soyut ve ilgisiz gelebilir, ancak bunu tekrar düşünün. Google ekibinin yaptığı, temelde en üst düzey süper bilgisayarı bile şaşırtacak bir problemi çözmek için bir kuantum bilgisayar kullanmaktı. Etkileyici, öyle değil mi?

Dahası, kuantum hesaplamanın durumu verilerinizin güvenliği üzerinde doğrudan bir etkiye sahip. Zaten dijital dünyadaki birçok koruma yöntemi aşılmaz olmaya değil, makul bir süre boyunca aşılmaz olmaya dayanır. Bu bölümde, Google’ın yeni oyuncağına bir göz atıyoruz ve bir gün siber suçluların da hacklemek için bu bilgisayarları kullanacakları konusunda endişe etmemiz gerekip gerekmediğini değerlendiriyoruz.

Kuantum bilgisayar nedir?

Kuantum bilgisayarlar ve bugün hepimizin kullandığı geleneksel transistör bilgisayarları arasındaki temel fark, veriyi ele alma yöntemleridir. Akıllı telefonlardan ve dizüstü bilgisayarlardan süper satranç bilgisayarı Deep Blue’ya kadar aşina olduğumuz tüm cihazlar, her şeyi en küçük bilgi birimi olan bitlerde saklar. Bir bit iki değerden birine sahip olabilir: 0 veya 1.

Bir ampul gibi düşünün: Ampul ya açıktır (1) ya da kapalıdır (0). Bilgisayar diskinde bulunan bir dosya, bazıları açık, diğerleri ise kapalı olan bir grup ampul gibi görünür. Bu tür çok sayıda ampulle donatılmış bir sistemde, “Albert was here” (Albert buradaydı) ifadesi veya Mona Lisa’nın resmi gibi bilgileri kodlayabilirsiniz.

İki durumlu bir cihaz bir problemi çözerken bu ampulleri sürekli olarak açıp kapatmalı, belleği doldurmaması için ara hesaplamaların sonuçlarını yazmalı ve silmelidir. Bu işlem zaman alır; bu nedenle görev çok karmaşıksa, bilgisayar çok uzun bir süre boyunca düşünecektir.

Kuantum bilgisayarlar ise, yaşlı kuzenlerinin aksine, verileri kuantum bitleri veya kısaca kübitler kullanarak depolar ve işlerler. Kübitler yalnızca “açılan” ve “kapatılan” birimler değil, aynı zamanda geçiş durumunda veya hatta aynı anda açık ve kapalı durumda olabilen birimlerdir. Ampul benzetmesine devam edersek, bir kübit, kapattığınız ancak yanıp sönmeye devam eden bir ampul gibidir. Ya da aynı anda hem canlı hem de ölü olduğu kabul edilen Schrödinger’in kedisi gibi.

Kuantum bilgisayardaki ampullerin aynı anda hem açık hem de kapalı olabilmesi çok zaman kazanılmasını sağlar. Bu nedenle de, bir kuantum bilgisayarı karmaşık problemleri en güçlü geleneksel cihazdan bile çok daha hızlı biçimde çözebilir. Google, kuantum makinesi Sycamore’un sıradan bir süper bilgisayarın 10 bin yılda çözebileceği hesaplamayı 3 dakikadan biraz uzun bir sürede yapabildiğini iddia ediyor. “Üstünlük” terimi de tam burada devreye giriyor.

Gerçek yaşamda kuantum bilgisayarlar

Kuantum bilgisayarların fazlasıyla karmaşık problemleri çözme konusunda üst düzey bir yeteneğe sahip olduklarını anladık. Peki, transistör çağı neden çoktan tarih kitaplarındaki yerini almadı? Bunun nedeni, kuantum teknolojisinin şu an için çok erken bir döneminde olması ve “yanıp sönen ampulün” durumunun oldukça kararsız davranmasıdır, bir sistem ne kadar çok kübit içeriyorsa, dengeyi korumak da o kadar zor olur. Karmaşık hesaplamaların fizibilitesi de, diğerlerinin yanı sıra, kübit sayısına bağlıdır: En ileri düzeyde olsalar dahi, iki ampül kullanarak Mona Lisa’yı çizemezsiniz.

Diğer nedenler de, kuantum bilgisayarların öncüllerini tamamen geride bırakmasının önündeki engellerdir. Bilgileri temelde farklı bir şekilde işlediklerini unutmayın. Bu durum, onlar için tamamen sıfırdan bir yazılım geliştirilmesi gerektiği anlamına gelir. Kuantum bilgisayara Windows yükleyemezsiniz; tamamen yeni bir kuantum işletim sistemine ve kuantum uygulamalarına ihtiyacınız olacaktır.

Her ne kadar bilim adamları ve bilişim devleri kuantum sahalarına açılmak için çaba gösterse de, kuantum bilgisayarlar tıpkı normal bilgisayarlara bağlı şekilde çalışan ve onlar üzerinden yönetilen harici sabit diskler gibi çalışmaktadır. Bir hidrojen atomunun modellenmesi veya veritabanlarında arama yapılması gibi dar bir sorun yelpazesini çözmek için kullanılırlar. Kuantum hesaplamanın gücüne rağmen, onu internete girmek ve kaykaya binen kedi videolarını izlemek için henüz kullanamazsınız.

Ancak yine de, birçok kişi geleceğin kuantum hesaplamada olduğuna inanıyor. İlk kuantum bilgisayarlar 1999’da piyasaya çıktı. Günümüzde, Google, Honeywell ve IBM (IBM halihazırda müşterilerine kuantum bilgisayarına bulut erişimi sunuyor), Toshiba, Alibaba ve Baidu gibi büyük kuruluşlar bu alana büyük yatırım yapıyorlar.

Bununla birlikte, Google’ın tamamladığı görevin kuantum hesaplamanın kabiliyetini göstermek dışında pratik bir kullanımı olmadığını da belirtmek gerekiyor. Konunun ince detaylarına değinmeyeceğiz, çünkü gerçekten çok karmaşık ve günlük bir kullanıcı pek de gerekli değil. Ancak ayrıntıları incelemek istiyorsanız Google’ın raporuna göz atabilirsiniz.

Bu arada, herkes Google’ın 10 bin yıllık iddiasını kabul etmiyor. Örneğin IBM, bir süper bilgisayarın aynı görevi 3 dakika içinde olmasa da 48 saatten içerisinde çözebileceği konusunda emin. Fakat yine de, bu tahmin daha doğru olsa bile, matematikçi olmayanlar dahi, kuantum ve geleneksel bilgisayarlar arasında fark edilir bir hız farkı göreceklerdir.

Kuantum bilgisayarlar (henüz) bir tehdit değil

Gördüğünüz üzere, kuantum bilgisayarlar tüketici cihazları veya bilgisayar korsanlığı araçları olmaktan çok, bilim adamları için bir oyun alanı. Ancak bu durum elbette, zaman içerisinde daha pratik (ve tehlikeli) hâle gelmeyecekleri anlamını taşımıyor. Bunu göz önünde bulunduran veri güvenliği uzmanları da mücadele planlarını şimdiden hazırlıyor. Bu konunun detaylarını daha sonra ele alacağız.