Kuantum Teknolojilerini Neden Umursamalıyız?

Yaklaşık 40 yıl önce, dönemin büyük fizikçilerinden Richard Feynman kuantum fiziğinin ilkelerine göre işleyen sistemleri klasik bilgisayarla simüle edemeyeceğimizi şu şekilde vurgulamıştı: “ Lanet olsun ki doğa klasik değil, eğer doğanın bir simülasyonunu yapmak istiyorsanız bunu kuantum mekaniksel yapmalısınız, ve bu şaşırtıcı derecede harika bir problem, çünkü çözümü hiç de kolay görünmüyor .”   Elbette bu 1980’ler için oldukça kuramsal ve akademik bir meseleydi, kimsenin küçücük molekülleri veya atomaltı parçacıkları simüle etmekten merak ve bilim aşkı dışında bir kazancı yoktu. Ta ki 1994’de Shor algoritması ortaya çıkana kadar. Bu algoritma asal sayıları çarpanlarına ayırma probleminde kuantum bilgisayarların klasik karşılıklarına göre üstel bir güce sahip olduğunu söylüyordu, üstel artışın ne kadar güçlü olduğunu ne yazık ki bu covid-19 sürecinde hepimiz öğrendik. Peki, asal sayıları çarpanlara ayırmak neden insanların ilgisini çeken bir problemdi? Çünkü modern kriptografinin üzerine kurulduğu RSA algoritması bu problemin klasik bilgisayarlar tarafından çözülmesinin çok zor olmasına dayanıyordu. İki sayıyı çarpıp üçüncü bir sayı elde etmek her bilgisayar için kolaydı, ama bunları asal çarpanlarına ayırmak sayı büyüdükçe imkansız hale geliyordu.   Açık anahtarlı şifreleme sistemleri dediğimiz bu yaklaşım bazı matematiksel işlemleri yapmanın kolay ama tersini yapmanın zor olmasına dayanıyor ve bugünkü çevrimiçi bankacılık, haberleşme, bulut bilişim gibi endüstrilerin oluşmasına olanak sağlayan teknolojik altyapıyı bize sunuyor. Ancak bunu rahatça kırabilecek bir (kuantum) bilgisayarınızın olması gelecekte buna ilk sahip olacak ülke/kurum için çok büyük bir avantaj olarak görüldü. Hemen projelere başlandı ve bir kuantum bilgisayar yapmanın yolları aranmaya başlandı. 2000’lerin başına gelindiğinde ise alan ölmeye yüz tutmuştu çünkü bu cihazları fiziksel olarak gerçekleyebileceğimizi düşündüğümüz NMR (nükleer manyetik rezonans) sistemlerin hiçbir şekilde ölçeklenemeyeceği ortaya konuldu. O dönemden bakışla kuantum bilgisayarlar en erken 2050’lerin problemiydi, bazı bilgisayar bilimciler bu cihazları yapmanın teknik olarak mümkün dahi olmadığını öne sürdüler. Hepimiz klasik bilgisayarlara mahkumduk.   Burada başka bir problem baş gösterdi, Moore yasasının öngörülerini takip etmeye çalışan işlemci firmaları sürekli olarak entegre devrelerde çip başına düşen transistör sayısını arttırmaya odaklanmışlardı ancak bunun sonsuza kadar sürdürülemeyeceği açıktı. Nanometre düzeyine inildiğinde kuantum fiziğinin etkileri artık transistörlerde görülmeye ve klasik bilgisayım süreçlerine dahil olmaya başlayacaktı. Bu nedenle kuantum bilgisayım klasik yapının sürdüremeyeceği hızlanmayı da sağlayabilecek bir alternatif olarak ortaya çıkmaya başladı. IBM, Google, Microsoft gibi devler bu alandaki çalışmalarına ağırlık vermeye başladılar. Bu ilerlemeyi mümkün kılan teknolojik atılım ise hem süperiletken kuantum işlemciler yapılabilmesini olanaklı kılan çalışmalardan, hem de dünya üzerinde karadeliklerle yarışabilecek soğukluklara inebilmemizi sağlayan soğutma sistemlerinin geliştirilmesinden doğdu. Artık büyük bir buzdolabı boyutunda soğutucuların içine konulmuş süperiletken kuantum işlemciler firmaların kendilerinin yapıp üzerinde deneyim kazanabileceği bir hale gelmişti.   İşte bu noktada da “biz bu bilgisayarları şifre kırmanın dışında ne için kullanabiliriz” sorusu önem kazanmaya başladı, çünkü ortaya çıktı ki Shor algoritması (v…