Moore yasası her ne kadar “yasa” olarak adlandırılsa da, aslında Intel şirketinin kurucularından Gordon Moore’un 1965’te yazdığı bilimsel makalesinde yeni teknolojilerin gelişmesinin sıklığına dair yaptığı bir gözlem. Moore bu gözleminde entegre devrelerdeki gerilim ve akımı düzenleyen, açma/kapama şalteri olarak çalışabilen ve elektronik sinyalleri kontrol eden transistörlerin sayısının zamanla artışında bir trend görüyor. Gözlem, devrelerdeki transistörlerin sayısının her 18 ayda iki katına çıktığına işaret ediyor ve Moore bu trendin en az 10 yıl daha devam edeceğini öngörüyor. Her ne kadar 1975 yılında bu gözlemini 18 ay yerine 24 ay olarak düzeltse de, günümüzde kullandığımız işlemcilerin gelişme hızı bu gözleme uyduğu için hala kabul gören bir yasa. Tabii ki bu yasa zamanın teknolojisiyle elektronik devrelerin/aletlerin küçülmesi, üretim maliyetlerinin aynı kalması veya düşmesiyle alakalı olmakla birlikte bilimadamlarına ilham vererek elektronik aletlerin hayatımıza girmesini sağlıyor ve büyük sosyo-ekonomik sonuçlar doğuruyor. Yani bugünlerde kullandığımız bilgisayar, oyun konsolu, akıllı telefon ve diğer elektronik aletlerin gelişiminin temeli aslında 70 yıl evvel atıldı. 1947’de üretilen ilk tip transistör 1.27 santimetreyken (metrenin yüzde biri), 1970’lerde üretilen yarı iletken silikon transistörler 10 mikrometreye (metrenin milyonda biri) kadar düşüyordu ve günümüzde 5 nanometre (metrenin milyarda biri) olarak üretilebiliyor.
Küçülen devre bileşenleri daha küçük alana daha çok işlemci sığmasını sağladığı gibi, bilgisayarlar başta olmak üzere dijital aletlerin daha kısa zamanda daha çok işlem yapabilmesi anlamına geliyor. Devre minyatürizasyonu araştırmalarının başını ise birbiriyle yarışarak süper bilgisayar yapmaya çalışan Intel, AMD, IBM, Microsoft gibi işlemci/bilgisayar firmaları çekiyor. Yani ne kadar küçük transistör, o kadar süper! 2019 rekoru tek çipe 32 milyar(!) işlemci sığdırabilen AMD firmasının. Akıllara gelen en sık soru ise şu: Bu küçülme nereye kadar gidebilir? Silikon atomu 0.2 nanometreyken yani üretilen en küçük transistörler sadece 25 silikon atomu genişliğindeyken bunların fiziksel olarak daha da küçülmesi git gide zorlaşmıyor mu? Evet, hem de çok! Fakat bir sonraki adım için bilimadamlarının bir fikri var.
Elektronlar yerine Fotonlar!
Şu anda dijital aletlerimizde kullanılan transistör teknolojilerinin hepsi devrelerin elektrik sinyalleri kullanmasına yani devrelerin içinde elektronların dolaşmasına dayanıyor. Devreler ise gerilimin geçip geçmemesine bağlı olarak sinyalleri 0 veya 1 olarak kodluyor ve bu parçalara bit deniyor. Fakat artık devrelerin küçültülmesinin fiziksel limitine ulaşmak üzereyiz. Bu yüzden bilimadamları son yıllarda yeni bir yaklaşım üzerine çalışıyorlar. Eğer devrelerde dolaşan elektronları foton gibi çok daha küçük parçacıklardan oluşan ışıkla değiştirebilirsek devre bileşenlerini de çok daha küçük ve hızlı yapabiliriz. Teoride böyleyken şimdilik fotonlarla çalışan devreler ancak 1.3 mikrometre küçüklüğünde yapılabiliyor, bu da aslında bizi devreleri büyütmeye götürüyor gibi görünebilir. Fakat bu boyutlarda bile olsa bu gelişme bizi çok daha hızlı işlemcilere götürebilir. Bunun nedeni ışıktaki fotonların elektronlardan 20 kat daha hızlı hareket etmesi! Böylece aslında çip boyutu sabit bile kalsa işlem hızımız sadece bu sayede 20 katına çıkabilir. İşlem hızının artmasındaki en önemli etken ise kullanılan devre bileşenlerinin işlem kodlamasını sadece 0 ve 1 olarak yapmaması. 0 ve 1 pozisyonuna ek olarak süperpozisyon olarak adlandırılan üçüncü kodlama olasılığı 0 ve 1’in (ve arasındaki bütün noktaların) aynı anda kodlanması durumu. Bu yeni tip kodlamada çıkan bilgi parçalarına da temeli kuantum fiziğine dayandığı için qubit adı veriliyor.
Kuantum Farkı
Kuantum sözcüğünü günlük hayatta daha sık duymaya başlamış olsak da aslında bilimsel anlamından uzak, bazen konuya biraz da mistik/metafiziksel bir hava katmak için (yanlış demiyorum ama konudan uzak) bazen de küçüklük anlatmak için kullanıyoruz. Her ne kadar küçüklük anlatsa da bilimde yarattığı fark büyük. Kullandığımız bilgisayarlarla kuantum bilgisayarları arasındaki fark ne? Günümüzün en gelişmiş süper bilgisayarları her ne kadar hızlı olursa olsun tek bir hesaplama yaparken, kuantum bilgisayarları sadece 0 ve 1’e bağımlı olmadığı için aynı anda daha fazla hesaplama (bu sayının bir milyon olduğunu düşünenler var!) yapabiliyor. Diğer bir farklılık ise kuantum bilgisayarlar cevapları verirken bunları süperpozisyon yeteneğine sahip olduğu için, bir olasılık çerçevesinde veriyor. Bu da aslında hesaplanacak sorunun klasik mantık/matematik çerçevesinde bir formülle değil, bilgisayara doğru cevabı daha büyük olasılıkla hesaplayacak şekilde verilmesi gereksinimini doğuruyor. Yani işler iyice karmaşık bir hale geliyor, matematikçi ve fizikçi bilimadamları da hala bunu nasıl daha iyi yapabileceklerini araştırıyorlar.
Google Kuantum Üstünlüğü’nü yakaladı mı?
Şu ana kadar kuantum bilgisayarları araştırılsa da henüz gerçek anlamda bir kuantum bilgisayar yapılabilmiş değil. Geçen haftaya kadar bu böyleydi. Ancak geçen hafta NASA’nın internet sitesinde çok kısa bir süreliğine Google ile yaptıkları ortak bir projeye dair tamamlanmamış bir bilimsel makale çıktı ve hemen kaldırıldı. Bu makaledeki iddiaya göre Google, bir süper bilgisayarın çözmesinin 10.000 yıl alabileceği bir hesaplamayı Sycamore adını taşıyan kuantum bilgisayarıyla 200 saniye gibi çok kısa bir zamanda tamamlamayı başardı. Her ne kadar ilgi çekici iddialar olsa da, ihtiyatlı olmak gerekliliğini savunan ve kuantum bilgisayarlarının daha çok yol katetmesi gerektiğini söyleyen bilimadamları var. Zaten Google henüz yorum yapmış değil. Fakat eğer önümüzdeki haftalarda/aylarda doğrulanırsa, bu insanoğlunun hesaplamada bir çağ atladığı anlamına geliyor!
Kuantum Üstünlüğü’nün hayatımıza etkileri ne olur?
Tüm etkilerini şimdiden öngöremesek de bu kuantum bilgisayarlarının çığır açmasının beklendiği birkaç alan var: Yeni malzemelerin bulunması, lojistik hesaplamaları, yapay zeka araştırmaları, ve yeni şifreleme ve şifre kırma teknolojileri. Yani ileride tasarımı, kimyası belki de kuantum bilgisayarı tarafından yapılmış daha verimli eşyalara sahip olacağız. Aynı şekilde daha üstün hesaplama kabiliyeti olan bir bilgisayar, daha kompleks yapay zekalar geliştirebilir, insanoğlu kendine satrançta çok daha üstün rakipler bulabilir. Şifreleme teknolojileri ise kırılması kat be kat daha zor şifrelerle bizi çok daha güvenli hissettirebilir. Tabiiki bütün bu teknolojilerin kötü amaçlarla kullanılma ihtimali var. Daha kompleks hesaplamalarla daha güçlü kimyasal patlayıcılar yapılma ihtimali ya da şifreleme teknolojilerine karşı kuantum teknolojisine sahip hackerlar şifrelerimizi çok daha kolay kırabilir. Fakat ben yine de gelecek teknolojinin getirebileceği karmaşayı hayal etmek ve korkmak yerine, her zaman doğru yöne atılabilecek adımları ve başarılabilecekleri hayal etmeyi seçiyorum.