Fast Company Türkiye
YAZI: HARRY MCCRACKEN
İLLÜSTRASYONLAR: KATHLEEN FU
Bilgisayar devrimleri şaşırtıcı derecede nadir oluyor. 1945’teki ilk genel amaçlı bilgisayar olan eniac’tan bugün cebinizdeki akıllı telefona kadar olağanüstü bir teknolojik ilerleme elde edilmesine rağmen, her iki makine de aynı temel şekilde çalışıyor: Her görevi, birlerden ve sıfırlardan oluşan basit bir matematik sistemine indirgeyerek. Gezegendeki diğer tüm bilgisayarlar da on yıllar boyunca böyle çalıştı.
Sonra kuantum bilgisayarlar geldi; bilgisayarın icadından bu yana işleyişinin kökten yeniden tasarlandığı ilk sistem. Kuantum, birleri ve sıfırları daha hızlı işlemekle ilgili değil. Bunun yerine, kuantum bilgisayarlar qubit (kuantum biti) adı verilen bambaşka bir yapıyla çalışır (bunu daha sonra açıklayacağız) ve gelişmiş fizik prensiplerini kullanarak hesaplamayı daha önce hiç ulaşılamamış bir seviyeye taşır. Sonuçları bir gün tıptan enerjiye, finanstan daha birçok alana kadar derin etkiler yaratabilir —belki hemen olmasa da; ve ancak sektörün en büyük beklentileri gerçekleşirse olabilir.
Bu alanın kökenleri, 1981’de MIT ile IBM’in Boston yakınlarında ortaklaşa ev sahipliğini yaptığı Hesaplamanın Fiziği adındaki bir konferansa dayanıyor. Burada, efsanevi fizikçi Richard Feynman 20. yüzyılın başlarında başka fizikçilerin yanı sıra Max Planck, Albert Einstein ve Niels Bohr’un öncülüğünü yaptığı kuantum mekaniğinin prensiplerine dayanan bir bilgisayar üretmeyi öneriyor. Yüzyılın sonunda (MIT’de, IBM’de ve Caltech ile Bell Labs’de dahil başka yerlerde gerçekleştirilen ufuk açıcı araştırmalardan sonra), teknoloji devleri ile startup’lar da bu çalışmaya katılıyor. Bu, endüstrinin en uzun süren gayreti olmaya devam ediyor ve önümüzde hâlâ işin büyük bir kısmı duruyor.
Geçtiğimiz aylarda kuantumla ilgili çok önemli haberler geldi ve bu haberlere göre pek çok konuda ilerlemeler var. Aralık ayında Google, on yıldan fazla bir süre geliştirdikten sonra, Willow’u tanıttı. Willow, baş geliştiricisi Hartmut Neven’ın “büyük bir adım” olarak tanımladığı, Post-it boyutlarında bir kuantum işlemcisi. Şubat ayında Microsoft, Majorana 1 çipini piyasaya sürdü. Şirkete göre bu çip, “dönüştürücü bir atılım” (gerçi bazı kuantum uzmanları şirketin iddialarını sorguladı). Bir hafta sonra Amazon, Ocelot adındaki kendi kuantum işlemcisinin prototipini tanıtarak, bu deneysel çipin “bir dönüm noktası” olduğuna hükmetti. Mart ayında ise D-Wave’in makinelerinden biri manyetik materyallere dair süper bilgisayarlarda imkansız olan bir simülasyon gerçekleştirdikten sonra, CEO Alan Baratz şirketinin sektörün “kutsal kâsesi”ne ulaştığını beyan etti. Kuantum bilgisayarlarına olan ilgisi on yıllarca süren fikir aşaması boyunca bir artıp bir azalan teknoloji endüstrisinin yeniden umutlanması şaşırtıcı değil. Kuru gürültü bir kenara, bu gelişmelerden hiçbiri, alanın en büyük destekçilerinin öngördüğü, dünyayı değiştirecek türden işleri gerçekleştiren ticari bir kuantum bilgisayarına yol açmadı.
Bu alanın yaygın şekilde benimsenmesi bir yana, olgunlaşmasından önce (eğer olgunlaşırsa), yoluna daha çok zorluk çıkacak. McKinsey’nin 2024 yılında sektöre dair gerçekleştirdiği bir çalışma, bu belirsizliği yansıtarak, kuantum bilgisayar pazarının bu yıl 8 milyar ila 15 milyar dolar ve 2035’e kadar da 28 milyar ila 72 milyar dolar büyüyebileceğini gösteriyor. Sırada ne varsa, muhtemelen sıkıcı bir şey değil. Aşağıda, bilgisayarlarla ilgili pek çok kişinin duyduğu fakat çok azımızın tamamen anladığı bu büyük teknolojiye dair kısa bir özet bulunuyor.
1- “Neden” sorusu ile başlayalım. Kuantum bilgisayarlar, bugünkü süper bilgisayarların yapamadığı neyi yapabilir?
Teorik olarak, karmaşık simülasyonlardan ve farazi keşiflerden fayda sağlayan alanlarda neredeyse sınırsız fırsatlar ortaya çıkarabilecek bir bilgisayardan bahsediyoruz. Kuantum bilgisayar tasarımcılarının amacı sadece süper bilgisayarları yenmek değil, ayrıca bugün mümkün bile olmayan görevleri mümkün hale getirmek.
Örneğin Google, ABD Enerji Bakanlığı’nın Frontier süper bilgisayarının tamamlamak için 10 septilyon yıla ihtiyaç duyacağı bilgisayımsal bir karşılaştırmayı, yeni Willow kuantum çipinin beş dakikada tamamladığını söylüyor. 10 septilyon yıl demek, 1’den sonra gelen 25 tane sıfır demek. Bu matematiğe göre, Frontier’den (şu anda dünyanın en hızlı ikinci süper bilgisayarı) bir trilyon kat daha hızlı bir süper bilgisayarın bile bu karşılaştırmayı tamamlaması 10 trilyon yıl ister. Gerçi laboratuvarda gerçekleştirilen bir karşılaştırma, dünyayı değiştirecek bir özellikle aynı şey değil. Fakat Google’ın test sonuçları, kuantumun neleri başarabileceğine dair ipuçları veriyor. Bu durum, yakın zamandaki diğer dönüm noktaları gibi teknolojinin daha önce görülmemiş potansiyelinin teorik olmaktan çok daha fazlası olduğuna dair somut bir kanıt.
2- Kuantum bilgisayarların nasıl çalıştığını sormaya cesaret edebilir miyim? Bilmem gerekiyor mu ki?
Kişisel bilgisayarlar konusunda olduğu gibi muhtemelen bilmeniz gerekmiyor. Bir kuantum bilgisayarı üretmeyi planlamıyorsanız tabii. Ayrıca bir kuantum bilgisayarı kullanmak (ki muhtemelen yakın zamanda kullanamayacaksınız), muhteşem detaylarına aşina olmayı gerektirmiyor. Fakat bilimsel temelleri büyüleyici. Hızlı bir özet: Bu bilgisayarlar, biz fanilere bazen tuhaf gelebilen kuantum fiziği hususlarına dayanıyor. Örneğin ‘Entanglement’ (Dolanıklık), aralarında ışık yılları olsa bile, iki veya daha fazla partikül veya sistem arasındaki kuantum bağlantısını açıklıyor. ‘Superposition’ (Süperpozisyon) ise bir kuantum sisteminin aynı anda birden fazla olasılık durumunda var olabileceğini belirtiyor.
Kuantum bilgisayarlarda, kuantum biti (ya da qubit), bu özelliklerden faydalanıyor. Geleneksel bir bit, bir veya sıfır içeren ikili bir durumdayken, bir kübit bir, sıfır veya bu ikisinin arasındaki herhangi bir durumda olabilir. Dolanıklık kübitleri, birlikte çalışarak, algoritmaların birden fazla kübiti manipüle etmesine izin veriyor, böylece birbirlerini etkiliyorlar ve geniş, basamaklı bir hesaplamalar dizisi başlatıyorlar. Bu akıl almaz özellikler, kuantum bilgisayarların gücünün temeli. Fakat kuantum fiziğini ehlileştirmek, bilim insanlarının şimdiye kadar üstlendiği en göz korkutucu görevlerden biri. Kübitlerin kuantum durumlarını koruyabilmek için bunların pek çoğunu mutlak sıfırın birazcık üstündeki bir dereceye kadar soğutmak gerekiyor. Bu gereklilik, makinelerin buharlı makineler döneminden kalma avizelere benzeyen eşsiz görüntüsüne yol açıyor. Sıklıkla altın kaplı bakırdan imal edilen ve havada asılı duran bir yığın disk, sıcaklığı devamlı olarak düşürüyor ve birbirine dolanan kablolar da kübitlerin içine ve dışına veri taşıyor.
3- Hiçbir şey anlamıyorum.
Yalnız değilsiniz! Kuantumu açıklayabilecek bir metafor vereyim; sihirli madeni paralar düşünün. Size, 100 kere atılan yazı turanın sonuçları için mümkün olan her yazı ve tura kombinasyonunu açıklama görevi verildiğini düşünün. Sıradan bozukluklar ile, bir nonilyon bozukluktan daha fazla paraya ihtiyacınız olurdu; bu, 1’den sonra gelen 30 tane sıfır demek. Şimdi de aynı anda tüm farklı kombinasyonları temsil edebilen 100 tane sihirli bozukluğun olası her sonucu kapsadığını düşünün. Çok daha verimli. Gerçek dünyada, pek çok görev 100 kere yazı tura atmak kadar karmaşık ve klasik bilgisayarlar olarak da bilinen kuantum dışı makinelerin bir ve sıfırlarını çabucak tüketirler. Bu ikilinin ötesine geçen kübitler, bu görevleri sihirli bozuk para projelerine dönüştürme vaadini taşıyorlar. Başka türlü imkânsız olan bilgisayar çalışmaları da uygulanabilir hale geliyor.
4- Bu yardımcı oldu ama bana birkaç örnek verin.
Kuantum bilgisayarlar, özellikle biyoloji ve materyal bilimi konusunda bir vaat taşıyor. Eninde sonunda, yeterince ileri bir kuantum makinesi, moleküler yapıları daha önce görülmemiş bir kesinlikle modelleyerek, farmasötik alanında yeni ilaçların keşfinden daha geniş bir menzile sahip daha ucuz elektrikli araçlara yol açacak yeni pil türlerinin geliştirilmesine kadar her şeyi değiştirebilir. Finansal analiz de bir başka başlıca uygulama: Bir gün, bir kuantum bilgisayarı yoğun veri içeren projelerde (portföy optimizasyonu, menkul değerlerin açılışı, risk yönetimi, arbitraj fırsatlarını tanımlama) herhangi bir klasik bilgisayardan daha iyi hale gelebilir.
Bugün piyasada mevcut olan kuantum bilgisayarlar, bu kadar olağanüstü başarılara ulaşamıyorlar. Yine de bazı şirketler çoktan bu teknolojiyle ilgilenmeye başladı bile. Örneğin, Maryland’da bulunan kuantum startup’ı IonQ, 2022’de çeşitli şekiller, boyutlar ve ağırlıklardaki kargoları çeşitli kapasitelere sahip hava araçlarına yükleme sürecini optimize etme konusunda deney yapmak üzere Airbus ile ortaklık kurdu. Bu, kuantumun çözmek için tasarlandığı cinsten devasa bir matematik problemi.
5- Etkileyici! Peki kuantum bilgisayarlar neden çoktan her yere yayılmış değil? Fikrin 1981’e kadar uzandığını söylemediniz mi?
Güvenilirlik hâlâ sorun olmaya devam ediyor. Bir kuantum makinesini neredeyse mutlak sıfıra kadar soğuttuğunuzda (bu küçük bir iş değil), en küçük sıcaklık değişimi veya elektromanyetik müdahale bile kübitlerin kararsız şekilde davranmasına neden olabilir.
Kuantum tasarımcıları, bu durumu hafifletmek için, bu fiziksel kübitleri daha az ve daha güçlü “mantıklı” kübitler halinde bir araya getiren hata düzeltme teknolojisini kullanıyor. Mantıklı kübitler halinde birleştirilebilecek fiziksel kübitlerin sayısını artırmak, endüstrinin hırslarının temeli. İşlemcisinde ne kadar fazla güvenilir mantıklı kübit olursa, bir kuantum bilgisayarının sofistike projelerle başa çıkma kabiliyeti de o kadar güçlü olur.
Microsoft’ta ileri kuantum geliştirme teknik üyesi olan Krysta Svore, örneğin, yeni Majorana 1 çipinin “avucunuzda tuttuğunuz bir milyon kübit” kadar ölçek büyütme potansiyeli taşıdığını söylüyor. Sadece sekiz fiziksel kübite sahip olan ve topolojik süperiletkenlik adındaki bir özelliğe dayanan bu prototip, bir başlangıç. Svore, “Klasik sonuçların ötesinde bir başarı sağlamak için, bilimsel problemlere yönelik 100 kadar mantıklı kübite ihtiyacınız var” diyor. “1000 kadar güvenilir mantıklı kübitle, kimya alanındaki endüstriyel değeri görürsünüz.” Microsoft, bu dönüm noktasına on yıllar değil, yıllar içinde ulaşabilmeyi umuyor.
6- Kuantumu gerçeğe dönüştürme yarışına başka kimler katılıyor?
Tahmin edebileceğinizden daha fazla şirket. 1981’deki o konferansta tüm bu alanın kurulmasına yardımcı olan ve 2019’da ilk ticari kuantum makinesi IBM Q System One’ı kullanan IBM gibi ünlü birkaç marka. Şirketin alana yaptığı katkıların arasında, kuantum bilgisayarlarında (sadece IBM markalı olanlar değil, diğerlerinde de) çalıştırılabilecek algoritmalar yazmaya yönelik açık kaynaklı bir yazılım platformu olan Qiskit de bulunuyor. Fakat oyuncuların ezici çoğunluğu, küçük ve kuantuma odaklanmış durumda. McKinsey’nin 2024 tarihli raporu, toplam 6.7 milyar dolar yatırım alan bu tarz 261 startup saydı. Bunların 104’ü ABD ile Kanada’da, 24’ü ise başka bir merkez olan İngiltere’de bulunuyor. Fakat McKinsey, listesinin kapsamlı olmadığını ve sadece 10 kuantum startup’ı belirleyebildiği Çin’de ne kadar aktivite gerçekleştiğini tespit etmenin de özellikle zor olduğunu söylüyor. Bu şirketlerin bazıları, sıklıkla yeni yaklaşımlara dayanan kendi kuantum bilgisayarlarını sıfırdan geliştiriyor. Örneğin, ocak ayında, Toronto’da bulunan Xanadu, süper iletken kübitler yerine oda sıcaklığında çalışmasına imkan veren fotonik veya ışık tabanlı kübitler kullanılarak üretilen 12 kübitli bir makine olan Aurora’yı duyurdu. Diğerleri ise teknolojinin belirli yönlerini alarak, donanım üreticileriyle iş birliği yapma fırsatları kolluyor. Bunlara, kuantum algoritmalarını optimize etmeye odaklanan ve başka firmaların yanı sıra Google ve IBM ile de ortaklık kuran İngiltere merkezli Phasecraft da dahil. Herhangi bir kuantum startup’ı, bu yeni bilgisayar formunun Google’ı, Amazon’u veya Microsoft’u olmaktan mutluluk duyardı. Gerçi, Google, Amazon ve Microsoft, aynı hedefi paylaşıyor ve bunu elde etmek için muazzam kaynaklarını kullanabilirler. Birden ortaya çıkan şirketler ile dev şirketler, benzer şekilde bu teknolojinin tamamen ticarileşmesine yönelik uzun bir yolculuğun hâlâ ilk aşamalarında. Birkaç yıl sonra bu şirketlerden hangisinin baskın hale geleceğini bulmak, internet ekonomisinin nihai kazananlarının kim olacağını 90’ların ortalarında belirlemek kadar riskli bir iş.
7- Kuantum bilgisayarlar çalışmaya başladığında, klasik bilgisayarlar ortadan kalkacak mı? Bu, çok düşük bir ihtimal. Klasik bilgisayarlar, kelime işlemeden üretken yapay zekaya kadar kuantum bilgisayarlarının alanının dışında kalan genel amaçlı işlerde mükemmel bir başarı gösteriyorlar. Karmaşık ve masraflı olmaya devam edecek kuantum bilgisayarları pek az şirket satın alacak. İşletmeler, bunun yerine kuantum bilgisayarlarına Amazon Web Services, Google Cloud ve Microsoft Azure gibi hizmet sağlayıcıların bulut hizmetleri olarak erişim sağlayacak ve ne kuantum makinelerinin ne de klasik bilgisayarların kendi başına başaramayacağı işleri başarmak için kuantum makinelerini talebe bağlı klasik bilgisayarlar ile birleştirecek. Kuantumun pek çok veri senaryosunu paralel olarak keşfedebilme becerisi, onu klasik makinelerde çalışan yapay zeka algoritmalarını eğitmek için verimli bir yol haline getirebilir. IBM’de kuantum başkan yardımcısı olan Jay Gambetta, “Bilgisayarlarla ilgili heterojen bir gelecek öngörüyoruz” diyor.
8- Kulağa çok iyi şeyler yapabilecek bir araçmış gibi geliyor fakat zarara da yol açabilir. Öngörülen riskler neler?
İnsanları en çok endişelendiren şey, olağanın dışında bir şey olması. İnternetteki çoğu veri, 1970’lere kadar uzanan ve klasik bilgisayarların çözmesine karşı dayanıklı olmaya devam eden şifreleme teknikleriyle güvenceye alınıyor. Fakat bir noktada, bir kuantum bilgisayarı muhtemelen bunları hızlıca çözebilecek. Bu olasılık geldiği zaman şirketler ile insanların korunabilmesi için endüstrinin kendini hazırlamaya başlaması kendi ellerinde.
Kuantuma dayanıklı veya kuantuma karşı güvence altındaki şifreleme (kuantum destekli kırmalara dayanıklı kriptografik şemalar) günümüzde mümkün: Apple çoktan iMessage uygulamasını kuantuma dayanıklı olacak şekilde tasarladı. Samsung da en yeni yedekleme ve senkronizasyon yazılımıyla aynı şeyi yaptı. Fakat böyle bir teknolojiyi tüm endüstriler çapında, küresel olarak uygulamak, devasa bir lojistik zorluk olacak. IBM’den Gambetta, “Bu geçişe şimdi başlamanız lazım” diyor. Şimdiye kadar, ABD Ticaret Bakanlığı’nın Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü (NIST), kuantum çağı için kriptografik standartları destekleme konusunda kritik bir rol oynadı. Bu çabanın, Trump yönetiminin federal kaynakları hızla küçültmesine (ki bu durum, çoktan NIST’te işten çıkarmalara yol açtı bile) ne kadar dayanacağı net değil. Güney California Üniversitesi’ndeki bir kuantum laboratuvarının başında bulunan Doçent Eli Levenson-Falk, “Herhangi bir koordinasyon gerektiren bir şey yapma kabiliyetimiz konusunda biraz daha az iyimserim” diyor.
9- Kuantum bilgisayarların beklenen etkiyi yaratamama olasılığı var mı?
Çoğu uzman, en azından ihtiyatlı bir şekilde, bu bilgisayarların beklentileri karşılayacağına dair umutlu. Ama evet, şüpheciler de mevcut. Bazıları, bu teknolojiyi pratik olabileceği bir noktaya kadar büyütmenin imkansız olacağını söylüyor. Diğerleri ise işe yarasa bile, klasik bilgisayarlara göre beklenmekte olan çağ değiştirici avantajları sağlamakta yetersiz kalacağını söylüyor. Düpedüz karamsarlığa kapılmadan önce bile, soğuk ve sert gerçekler, kuantum teknolojisinin ticari alandaki en büyük beklentilerini suya düşürebilir. Ocak ayında, Las Vegas’taki CES teknoloji konferansında, Nvidia CEO’su Jensen Huang “fazlasıyla kullanışlı” kuantum makinelerine muhtemelen 20 yıl daha olduğunu söyledi. Huang, kuantum bilgisayarlardan nefret etmiyor: Nvidia, aktif olarak teknolojiyi araştırıyor ve şirketin GPU çiplerini kullanan süperbilgisayarların kuantum bilgisayarları nasıl çoğaltabileceğine ve kuantum bilgisayarların da süper bilgisayarları nasıl çoğaltabileceğine odaklanıyor. Yine de Huang’ın temkinli kehaneti Wall Street’i halka açık kuantum şirketleri D-Wave, IonQ ve Rigetti Computing’in hisselerini cezalandırmaya itti. Yeteri kadar Amerikalı yatırımcı, kuantumdan ne zaman gelir elde etmeye başlayacaklarına dair tedirgin olursa, bu teknolojinin ABD’deki geleceği hızla sönebilir.
10- 20 yıl mı? Kulağa sonsuzluk gibi geliyor.
İyimserler bile kuantum bilgisayarların ticari kullanıcılar için önemli sorunları ne zaman çözmeye başlayacağına dair kesin bir tarih veremiyor. Levenson-Falk, bunun önümüzdeki “1 ila 10 yıl arasında” olabileceğine inanıyor ve belirsizliğin donanımın hazır olmasından çok, kuantum bilgisayarların en çok ümit vaat eden uygulamalarını belirlemekle ilgili olduğunu söylüyor. Bir okulun evsahipliğini yaptığı bir toplantıda, bu sefer 1956 yazında Dartmouth’taki bir atölyede kurulan bir başka alanın tarihini göz önüne alalım: Yapay zeka. Üretken yapay zekanın yolunu açan temel atılımlardan önce 50 yıldan fazla zaman geçti; ChatGPT ise bundan da 10 yıl sonra geldi. Biz ise bu teknoloji için anlamlı günlük uygulamalar keşfetmeye daha yeni başlıyoruz. Kuantum bilişimin, benzer şekilde devasa ve zorlu bir girişim olduğunu göstermesi kimseyi şaşırtmamalı; hatta bu yolculuğun daha başlangıcının sonuna bile gelinmemişken.
BİR KUANTUM MAKİNESİNİN TUHAF GÜZELLİĞİ
BU IBM Q SYSTEM ONE GİBİ BAZILARI*, AVİZELERE BENZİYOR. UZAY BOŞLUĞUNDAN DA DAHA SOĞUKLAR.
- PULSE TUBE (DARBELİ TÜP) SOĞUTUCULAR
Sinyaller bilgisayarın çekirdeğine doğru ilerledikçe, ortam soğumaya başlar. Burada, soğutmanın ilk aşaması başlıyor: Helyum gazının termodinamik ısı transferi aracılığıyla, sıcaklık 4 Kelvin’e (-269,15 °C) kadar düşürülür. - TERMAL KALKANLAR
Üst üste dizilmiş bu plakalar, ısı engelleyici görevi görerek, kendilerinden sonra gelen ve giderek daha soğuk olan her bir katmanı dış ısıdan izole ediyor. - EKSENDEŞ KABLOLAR
Bu hatlar, kuantum çipinden gelen güçlendirilmiş çıkışı okumak için mikrodalga darbelerini içeri iletir ve ardından geri taşır. Kabloların altın kaplamaları, enerji kaybını azaltmaya yardımcı oluyor. - KARIŞTIRMA ODASI
İki helyum izotopunun (atmosferde gaz, burada ise sıvı halde) birbirine karışması, soğutma gücünün son patlamasını gerçekleştirerek, çipin sıcaklığını 15 milikelvin’e (-273,135 °C) düşürüyor. - KUANTUM GÜÇLENDİRİCİLER (AMPLİFİKATÖRLER)
Bu bileşenler, çipin kübit durumlarına ait zayıf kuantum sinyallerini güçlendirirken, gürültüyü de azaltıyor. - KUANTUM İŞLEMCİSİ
Bir pul boyutunda olan bu çip, hesaplama sihrinin gerçekleştiği qubit’leri barındırır.
