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 (ve benzeri kuantum algoritmaları) günümüz açık anahtarlı şifreleme sistemlerine uygulamak için gerekecek bilgisayımsal güç yakın süreçte ulaşabileceğimiz sınırlar içerisinde değil. Amerikan Ulusal Akademiler Yayınlarının (NAP) 2019 tarihinde çıkardığı “Kuantum Bilgisayım: Gelişmeler ve Beklentiler” raporunda şu anki kuantum endüstrisi 1960’lardaki klasik bilişim endüstrisine benzetilerek eğer benzer bir ‘verimli döngü’ (yeni nesil çip – ticari geri dönüş – bir sonraki nesil çipler için ar-ge) yaratılamazsa istenilen gelişmelerin uzun süreler yaşanmayacağı vurgulandı. Zamana olan vurguysa burada önemliydi, çünkü mesele artık Amerika’nın bir iç oyunu olmaktan çıkıp dünyaya yayılmıştı ve yükselen iki rakip vardı, Çin ve Avrupa Birliği.
Çin kuantum teknolojilerine esas olarak bir özsavunma bakış açısıyla giriş yaptı demek yanlış olmaz. 2000’lerin sonunda kuantum kriptografi alanına çok büyük yatırımlarda bulunarak giren Çin 2016 yılına gelindiğinde dünyanın ilk kuantum kriptografi uydusunu uzaya gönderecek hale gelmişti. Dünyanın kalanından alanında öncü araştırmacıları büyük paralarla kendi üniversitelerine ve araştırma kurumlarına çekmek, büyük firmalarını devlet eliyle bu alanda projelere yönlendirmek ve de ulusal kuantum altyapıları kurmak üzere Çin ciddi paralar harcamaya başladı. Şeffaflık politikaları olmadığı için tam ne kadar harcadıklarını hiç kimse bilmiyor olsa dahi Hefei kentinde 2020’de hayata geçen Ulusal Kuantum Bilişim Bilimleri Laboratuvarı projesinin bütçesinin 10 milyar $ düzeyinde olduğu pek çok kaynakça dile getirildi. İşte bu da, 1.125 milyar $’lık Amerikan Ulusal Kuantum Girişimi 2018’de senatodan geçip Trump’ın imzasıyla hayata geçerken sürekli vurgu yapılan noktaydı; Çin bizi geçecek, buna izin veremeyiz!
Benzer bir yaklaşımı Avrupa Birliğinin 2018’de resmi olarak başlattığı 1 milyar €’luk Kuantum Amiral Gemisi programının politika belgelerinde ve açıklamalarında da görmek mümkün. Avrupa’nın bilimsel açıdan Amerika ve Çin’den geri kalır tarafı olmadığına büyük vurgu yapılırken “…bu alanda bir takipçi olarak kalmamak, niş pazarlara sıkışmamak için…” Avrupa’nın kuantum teknolojilerinin ticarileşmesinde artık harekete geçmesi gerektiği öne çıkarılıyordu. Alanın hızına bir örnek olarak Avrupa geneli için iki sene önce 1 milyar € büyük bir yatırım olarak görülürken geçtiğimiz günlerde Almanya’nın tek başına bu alanda 2 milyar €’luk yeni bir yatırım paketi açıklayacağı duyuruldu.
Peki biz neden bu konuları umursamalıyız? Türkiye’de kuantum teknolojileri üzerine çalışan firma sayısı bir elin parmağından az, kuantum bilgisayarlar üzerine çalışan ise bulunmuyor. BTYPK ve TÜBİTAK’ın öncülüğünde gerçekleştirilen Türkiye Teknoloji Alanı Önceliklendirme Çalışmasına göre Kuantum Teknolojileri etkili sayılabilecek ancak yapılabilirliği düşük bir teknoloji olarak karşımıza çıkıyor, yani Türkiye’nin bu alana ticari olarak dahil olabilecek altyapısı ne yazık ki bulunmuyor. Bu durumda bu mesele bizim için gerçekten önemsiz mi sayılmalı?
Şu an dünya genelinde kuantum teknolojileri gerek devletler gerekse de firmalar düzeyinde işbirlikleri ve konsorsiyumlar oluşturuluyor. Amerikan Ulusal Kuantum Girişimi kapsamında kurulan Kuantum Ekonomik Kalkınma Konsorsiyumu (QED-C) altında şu an 150 civarı kurum ve kuruluş bulunuyor. Bir benzeri içinde bulunduğumuz günlerde Avrupa Birliğinin Kuantum Amiral Gemisi programı kapsamında geliştiriliyor. Çin’de ise devlet kurumlarının başını çektiği konsorsiyumlar uzun süredir bulunuyor, 2016’da hayata geçen ve Pekin’le Şangay’ı birbirine bağlayan 2000 km’lik kuantum iletişim ağı böyle bir ortaklığın ürünü. İngiltere’de ise 2013’te başlatılan 270 milyon £’lik Ulusal Kuantum Teknolojisi programı altında benzer merkezler (hub) bulunuyor.
Sonuç olarak, kuantum bilgisayım başta olmak üzere genel olarak kuantum teknolojileri artık olup olmayacağı değil ne zaman ve ne boyutta olacağı tartışılan bir teknolojik değişim sürecinin, ikinci kuantum devriminin habercileri. Türkiye’de bu konuya şu an büyük yatırımlar yapacak altyapıya sahip olmasak dahi birkaç ayda bir büyük gelişmeler yaşanan böylesi hızlı bir alandan kopuk kalmak yalnızca dünyayla aramızdaki farkın gittikçe açılmasına neden oluyor. Geçtiğimiz aylarda Rusya ve Hindistan’ın da ulusal kuantum girişimlerini açıklamasıyla birlikte G20 ülkelerinin yarısının artık ulusal düzeyde programlarla desteklenen kuantum teknolojileri girişimleri bulunuyor. Türkiye’nin bu alanda yavaş yavaş gelişmekte olan tedarik zincirlerine dahil olabilmesi veya oturmakta olan uluslararası standartlarda söz hakkı sahibi olabilmesi için gereken altyapının yalnızca devlet eliyle kurulamayacağını görmek de mümkün. Eğer bu teknoloji trenini de 1970’lerdekini yaptığımız gibi kaçırmak istemiyorsak şimdiden bu alan üzerine faaliyete geçmenin zamanı geldi de geçiyor bile.