Sadece 10 yıl uzaktaki teknolojik devrim: Kuantum bilgisayarlar

Marmara Üniversitesi İletişim Fakültesi Öğretim Üyesi Prof. Dr. Şevki Işıklı, gelişen kuantum bilgisayarları teknolojisinin önemini AA Analiz için kaleme aldı.

***

Kuantum bilgisayarların gelecek 10 yıl içinde geliştirilmesi bekleniyor. Birçok uzmana göre bu gelişme, öncelikle siber dünyada bir güvenlik kaosu yaratacak ve ardından küresel düzeyde bazı sosyo-politik değişimlere yol açacak. Peki, kuantum bilgisayarlar klasik süper bilgisayarlardan milyonlarca kat üstün işlem kapasitesine nasıl ulaşabilir? Hangi özellikleri onları bir sosyo-politik devrimci yapıyor? Kuantum uçurumun dezavantajlı tarafında kalmamak için Türkiye ne yapabilir?

Kuantum bilgisayarın çalışma prensipleri

Kuantum bilgi işlem birimlerine kübit denir. Bitler ve kübitler arasında birçok kritik fark bulunur. Bitler, klasik bilgisayarlarda kullanılır ve sadece 1 ya da 0'ı temsil edebilir, aynı anda tek bir enformasyonu kodlayabilir. Bunlar klasik bilgisayarların bilgi-işlem yeteneklerini kısıtlar. Klasik bitler, madeni paralar gibidir; nesnel olasılıkları tasvir ederler, yani yazı-tura atıldığında, "ya yazı ya da tura" durumunda bulunur, dik konumda bulunmazlar. Kübitler, bitlerden farklı olarak "aynı anda hem 0 hem de 1 durumunda" hatta "0 ile 1 arasındaki herhangi bir ara durumda" da bulunabilirler. Kübitler, aynı anda hem yazı hem de tura olabilen hatta dik durabilen bir sihirli paraya benzer. Kübitlerin bu özelliği, fotonların süperpozisyon karakterinden gelir.

Kuantum bilgisayarlara has garip bir özellik olan kübit süperpozisyonları, ölçüldüğünde yalnızca ya 0 ya da 1 değerini alırlar. Gözlemci etkisi denilen bu durum, Schrödinger'in Kedisi kutusunu açtığınızda ölü kedi ile canlı kediyi üst üste görememe durumunun yani çökme prensibinin bilgisayarlardaki uygulamasıdır. Bir kübitin gözlenmemiş durumu ile gözlenmiş durumu arasındaki fark, kuantum hesaplamanın merkezinde yer alır. Çünkü kuantum kapılarında işlem ölçümle gerçekleşir. Bu, klasik bilgisayarda olmayan bir özelliktir. Ölçümde kendini gösteren kesinsizlik ilkesi ve çökme yasası, kırılamaz kuantum şifreler yapmak için kullanılır.

Dolanık kübit süperpozisyonları: Kuantum ışınlama teknolojisi

Kuantum bilgisayarlara olağanüstü yetenekler kazandıran bir başka prensip dolanıklıktır. İki veya daha fazla kübitin durumları birbirine polarize edildiğinde kübit dolanıklığı ortaya çıkar. Klasik bitler, dolanık hale getirilemezler. Örneğin klasik bitler gerçek madeni paralar gibi davranırlar. Bu durumda sağ elindeki paranın yazı olduğunu öğrendiğinde sol elindekinin durumunu öğrenmiş olamazsın, ona da ayrıca bakmak gerekir. Bu da işlemi doğal olarak uzatır. Buna karşın kübitler, dolanık hale getirilmiş iki madeni para gibi davranırlar. Dolanık madeni paraların yazı mı tura mı olduklarını öğrenmek için sadece birine bakmak yeterlidir; sağ elindeki "yazı" ise sol elindeki de "yazı" olacaktır ve bunun tersi de geçerlidir. Dolanıklık, kuantum bilgisayarlar arasında, sinyalleşme ve zaman kaybı olmaksızın enformasyon transferi yapmak gibi eşsiz avantajlar sağlar.

Kuantum paralel hesaplama: Olağanüstü hızlı

İşlemleri ardışık, sırayla yapan klasik bilgisayarlardan farklı olarak kuantum bilgisayarlar, dolanık kübit süperpozisyonları sayesinde birden fazla hesaplamayı eş zamanlı olarak yapabilir. 100 kübitli bir kuantum bilgisayar 2 bin 100 farklı durumu aynı anda işleyebilir. Bu, trilyonlarca katrilyon işlem demektir ve saniyede 1 exzaflop işlem yapan en hızlı klasik süper bilgisayarların yaklaşık 40 bin yılını alır. Örneğin birçok kapınız olsun ve kilidi açılmış olan tek kapıyı bulmanız gereksin. Klasik bilgisayar, açık kapıyı bulana kadar her kapıyı tek tek dener. Kuantum bilgisayar ise aynı anda birden fazla kapıyı deneyebilir. Paralel hesaplama denilen bu özellik, kuantum paralel hesaplamayı, şifre çözmede, internet aramalarında ve devasa veri setlerini analiz etmede aşırı hızlı olağanüstü bir araç haline getirir.

Kuantum teknolojilerinin kullanım alanları

Gelecek 100 yılda elimizdeki en güçlü cihazlar olması beklenen kuantum bilgisayarlar bazı avantaj ve riskleri beraberinde getirecektir. Öncelikle bu hesaplama canavarlarının gündelik yaşamın bir parçası olması beklenmiyor. Kuantum bilgisayarların internette akan devasa miktardaki verinin analizinde, ultra hassas GPS cihazları ve radarlar geliştirmekte, tıbbi teşhis ve görüntülemede, ilaç geliştirmede, genetik değişiklikleri ve borsa manipülasyonlarını modellemede, karadelikler gibi klasik bilgisayarların işlem kapasitesini aşan karmaşık ve rastlantısal fiziksel yapıları simüle etmede ve en önemlisi kripto-analiz alanında kullanılması bekleniyor.

Sağladığı imkanlar ve doğurduğu riskler

Kuantum bilgisayarların en sansasyonel potansiyeli ve en korkunç riski de şifrelemeyle ilgilidir. Kırılamaz kuantum şifreler, iletişim güvenliği ve veri mahremiyeti için eşsiz koruma sağlayabilir ve siber korsanlığı sonlandırabilir. Fakat siber kuantum koruma kalkanı sadece kuantum bilişim ekosistemindeki veri akışıyla sınırlı olacaktır. Buna karşın risk geniş çaplıdır. Hızlı kuantum hesaplama karşısında klasik şifreleme işe yaramayacaktır. Klasik şifrelerin sağladığı güven, şifre algoritmalarının içerdiği problemi çözmenin zorluğuna yani çözüm için gereken süreye bağlıdır. Bin yılda çözülebilecek bir klasik şifre, bugün için yeterince güvenlidir fakat kuantum bilgisayar için bir saniyede çözülebilir. Simetrik ve asimetrik hatta Block zincir şifreleri dahil olmak üzere, bugünkü dijital dünyamızın hiçbir güvenlik duvarı yeterince dayanıklı değildir. Analizlere göre finansal hizmetler, e-imzalar, SIM kartlar, modemler, kredi kartları, hükümet ve askeri sistemlerinin şifrelerinin kırılması durumunda devasa zararlar meydana gelecektir.

Daha inşa edilmeden kuantum korsanlık başladı

Kuantum bilgisayarlar henüz geliştirilmedi, ancak kuantum siber korsanlık çoktan başlamış olabilir. Bazı teknoloji devleri ve yerel devletlerin, çözmeleri mümkün olmasa da bugünden şifrelenmiş veri toplamaya başladıklarından şüpheleniliyor. Bu potansiyel kuantum siber korsanlar, eli kulağındaki kuantum bilgisayarları kullanarak depoladıkları bu gizli verilerin şifresini yakın gelecekte çözmeyi umuyorlar. "Şimdi topla, sonra çöz" diye adlandırılan kuantum siber korsanlık hakkındaki endişeler, saygın kuruluşlar tarafından paylaşılıyor. Amerika Birleşik Devletleri (ABD) İç Güvenlik Bakanlığı, gelecek 10 yıl içinde RSA şifreleme şemalarının kırılma riskine karşı federal düzeyde önlem almaya başladığını duyurdu.

Kuantum üstünlüğüne ilk kim ulaşacak

Kuantum bilgisayar geliştirme yarışını başlatan Google Inc., 2019 yılında Sycamore adlı kuantum bilgisayarıyla klasik süper bilgisayarlarla en az 10 bin yıl sürecek bir işlemi 200 saniyede tamamladığını açıkladı. 2023 yılında IBM, Eagle kuantum bilgisayarıyla 100+ kübit ölçeğinde doğru sonuçlar sağladı. DARPA ile işbirliği yaparak çıtayı yükselten Microsoft ise "saniyede bir milyon kuantum işlemi" yapabilen kuantum bilgisayarını gelecek 10 yıl içinde inşa etmeyi planladığını açıkladı. Kuantum bilgisayarı geliştiren ilk kuruluş, post-kuantum denilen bir hızlı hesaplama dönemi başlatacak ve siber evrende bir tür dokunulmazlık zırhına ve orantısız bir avantaja kavuşacaktır.

Kuantum tekeli: Kuantum avantajına sahip olanlar

Kuantum teknolojilerinin ona sahip olanlar ile olmayanlar arasında, "kuantum uçurumu" diye adlandırılan yeni bir küresel bölünme yaratması kaçınılmaz görünüyor. Siber kuantum koruma kalkanı sağlamada ve korsanlığa karşı ABD, kuantum üstünlüğü yarışını sürdüren Microsoft ve Google gibi teknoloji devlerini bünyesinde barındırdığı için en avantajlı ülke konumunda görünüyor. ABD'li analistler, en büyük rakibin, kuantum bilgisayar geliştirme girişimlerinde bulunan Çin olduğu konusunda hemfikir. Çin'in olası bir "şifreli veri madeni rezervinin" küresel siyaset ve ekonomide kaos yaratabileceği uyarısında bulunuyorlar. Öte yandan kuantum üstünlüğüne ulaşan küresel teknoloji devleri, kuantum bilgisayar tekelini ellerinde tutmaya devam edebilirler. Bu da onların sahip olduğu ağ egemenliği bir üst seviye çıkarabilir ve bu şirketleri devletlere karşı orantısız biçimde daha güçlü kılabilir.

Kuantum siber korsanlığa karşı alınacak önlemler konusunda, durumun ciddiyetinin farkında olan hükümetler acele ediyorlar. ABD hükümeti, 2018 yılında "Ulusal Kuantum Girişim Yasası" çıkarttı. Bu yasayla ABD, kuantum teknolojileri için hem 1,2 milyar dolar tahsis etti hem de Beyaz Saray içinde, federal ülke genelindeki kuantum girişimlerini tek elden yönetmek üzere "Ulusal Kuantum Koordinasyon Ofisi"ni kurdu. ABD'de 2022 yılında 2035 yılına kadar riskleri azaltmayı amaçlayan bir şifre güvenliği muhtırası yayınlandı.

-Türkiye'nin alabileceği önlemler

Kuantum hesaplamayla doğrudan ilgili planlanmış veya açıklanmış bir girişime sahip olmayan Türkiye'nin, gizli belgeleri ve iletişim kanallarında akan devasa verileri koruma altına almak için atabileceği adımlar var. İlk olarak hassas hükümet verileri işaretlenmeye, sistem açıklarının bir envanteri çıkarılmaya başlanabilir. Mevcut dijital alt yapıyı, gelecekteki kuantum bilişim eko-sistemine entegre etmek için AR-GE çalışmaları yapılabilir. Türkiye tekno-devlerin egemenliğini yerel düzeyde sınırlandıracak önlemler arayabilir veya milletler arası bir girişime dahil olmayı tercih edebilir. Nihayetinde Türkiye'de tüm bu süreci yönetecek bir koordinasyon merkezi kurmakla işe başlanabilir.

[Prof. Dr. Şevki Işıklı, Marmara Üniversitesi İletişim Fakültesi, Bilişim Bilim Dalı Öğretim Üyesidir.]

*Makalelerdeki fikirler yazarına aittir ve Anadolu Ajansının editoryal politikasını yansıtmayabilir.