Kuantum Bilgisayarlar ve Yapay Zekâ

Kuantum bilgisayarlar 0 ve 1 bitlerini kullanan klasik bilgisayarlardan farklı olarak kuantum mekaniğinin temel ilkelerine dayanan kuantum bitleri (kübit) kullanmaktadır. Kübitler birden fazla durumu temsil edebilmekte (süperpozisyon), verileri depolamada avantaj sağlamakta ve aynı anda birden fazla işlem yapabilmektedir. Dolayısıyla, kuantum bilgisayarlar klasik bilgisayarların işlem gücü kısıtlarını ortadan kaldırmaktadır. Örneğin, sekiz bit klasik bir bilgisayarda 0-255 arasındaki herhangi bir sayıyı temsil etmek için yeterli iken kuantum bilgisayarda sekiz kübit o aralıktaki tüm sayıları temsil edebilmekte, dahası dolanıklık özelliği nedeniyle birkaç yüz dolanık kübit evrendeki atomların sayısından daha fazla sayıyı temsil edebilmektedir (https://www.newscientist.com/question/what-is-a-quantum-computer/).

Diğer taraftan, kübitlerin birbirlerine bağlantılı çalışmaları ve kübitlerin durumlarını diğer kübitlerle ilişkilendirme yeteneği (dolanıklık/ entanglement) kuantum bilgisayarların işlem kapasitelerini artırmaktadır. Kısaca, klasik bilgisayarlar bir hesaplamanın her adımını sırayla yaparken kuantum bilgisayarlar bu işlemi aynı anda yapabilmektedir. Böylece kuantum bilgisayarlar klasik bilgisayarlardan çok daha kapsamlı işlemleri çok daha hızlı bir şekilde yapabilmektedir. Ayrıca, kuantum bilgisayarların olasılıksal doğası, deterministik çalışan klasik bilgisayarlardan farklı olarak bir sorunun olası çözüm kümesini de üretebilmektedir. Bir kuantum bilgisayar, konvansiyonel bir bilgisayarın binlerce yılda çözebileceği bir işlemi dakikalar içinde tamamlayabilmektedir (https://www.ibm.com/topics/quantum-computing). Dolayısıyla, kuantum bilgisayarlar süper bilgisayarların çözemediği veya yeterince hızda çözemediği karmaşık sorunları çözebilme potansiyeline sahiptir.

Elbette bunun bir maliyeti var. Tasarım zorluğunun ötesinde kübitlerin hassas yapıları nedeniyle bu performansı gösterebilmeleri için bulundukları ortamın özel (örneğin titreşimsiz, manyetik alan korumalı, girişimsiz ve soğuk) olması gerekiyor. Ayrıca, kuantum bilgisayarlarının beklenen faydaları sağlayabilmesi için kübit sayısının çok olması gerekmekte, ancak kübit sayısı arttıkça kuantum bilgisayarların kararlılığını sağlayabilmek zorlaşmaktadır.

Stratejik Ürün

Özellikle birbirleriyle doğrusal ilişkileri olmayan çok karmaşık sistemlerin davranışını anlamada ve benzer karmaşık problemlerin çözümünde sağladığı avantajlar kuantum bilgisayarları çok daha önemli kılıyor. Özellikle kriptografi sistemlerine yönelik potansiyeli siber güvenlik alanında yeni açılımlar sağlayabilecektir. Diğer taraftan yeni ilaçların üretilmesinden finansal işlemler ve hava tahmin sistemlerinde kararlardaki doğruluğu artırmaya, tıp alanında tedavi ve teşhis süreçlerini iyileştirmeden karbon ayrıştırma süreçlerini iyileştiren çözümler bularak iklim değişikliğini önlemeye kadar çok önemli karmaşık sorunları çözebilme potansiyeli kuantum bilgisayarı ülkeler için stratejik bir ürüne dönüştürmektedir.

Bu nedenle ülkeler kuantum bilgisayara sahip olabilmek için uzun zamandır çabalamaktadır. Bu kapsamda ABD, Çin, Almanya, İngiltere, Kanada ve Japonya gibi ülkeler bu alana devasa yatırımlar yaparak kuantum bilgisayarları kullanmaya başladılar. Çoğu alanda az sayıda kübit kullanarak nasıl fırsatlar oluşturulduğu görülmeye başlandı. Bu umut verici gelişmeler, kuantum bilgisayarların iyileştirilmesine yönelik girişimlere de cesaret veriyor.

Kuantum Yapay Zekâ

Kuantum hesaplamanın dönüştüreceği alanların başında yapay zekâ gelmektedir. Yapay zekâ teknolojilerinin klasik bilgisayarlarla şimdiden yapabildikleri göz önüne alındığında, bu kapasitenin kuantum hesaplamayla birleşmesi yeni bir tarihi kırılmaya yol açabilir. Özellikle yapay zekâ ve makine öğrenmesi uygulamalarında çok daha az parametre ve veri gereksinimi şimdiden bir ekosistem oluşturmuş olan yapay zekâdaki gelişmeleri üssel bir şekilde hızlandırabilecektir.  Örneğin, kuantum tabanlı bir model, klasik bir sinir ağı modelinin 59 bin parametreyle ulaştığı doğruluğa yalnızca 60 parametre kullanarak ulaşırken ihtiyaç duyduğu öğrenme veri setinin boyutu da önemli miktarda azalmaktadır (https://www.nature.com/articles/d41586-023-01692-9). Dolayısıyla, yapay zekânın hızı ve verimliliği artacağı gibi, çok amaçlı kullanım potansiyeli göz önüne alındığında tamamen yeni yetenekler ortaya çıkabilecektir.

Kuantum yapay zekâ ile ilgili araştırmalar şimdiden çok yoğun bir şekilde devam etmektedir. Örneğin IonQ ve Hyundai’nin şimdiden yol işaretleri gibi görüntüleri işlemek için veya Google’ın hibrit kuantum-klasik yapay zekâ modelleri geliştirmeye yönelik kuantum yapay zekânın kullanımını araştırdıklarına değinen Jonathan Reichental, yapay zekânın kuantum hesaplama ile birleşmesinin yol açacağı dönüşümü tanımlamada, "dönüşüm" kelimesinin bile yetersiz kalabileceğine vurguda bulunmaktadır (https://www.forbes.com/sites/jonathanreichental/2023/11/20/quantum-artificial-intelligence-is-closer-than-you-think/).

Kuantum Bilgisayarda Yerli Üretim

Dolayısıyla, eğitimden sağlığa, finans sektöründen hizmet sektörlerine, biyoteknolojiden savunma sanayine kadar şimdiden geniş uygulama alanı bulan yapay zekâ teknolojilerinin kuantum hesaplama ile güçlenmesi, toplumları çok daha farklı bir dünyaya taşıyacaktır. Ürünün uzun vadeli potansiyeline dikkat çekmek için Cambridge, Birleşik Krallık merkezli kuantum bilişim firması Riverlane'in kurucusu ve CEO'su olan hesaplamalı matematikçi Steve Brierley’in işaret ettiği gibi kuantum hesaplamanın, ‘Kısa vadeli beklentiler biraz abartılı, ancak uzun vadeli beklentiler kesinlikle yetersizdir.’ (https://www.nature.com/articles/d41586-023-01692-9).

Bu kadar stratejik bir ürün haline gelmiş olan kuantum bilgisayar nihayet ülkemizde de üretildi. Tanıtımı 21 Kasım tarihinde yapılan 5 kübitli kuantum bilgisayar TOBB Ekonomik ve Teknoloji Üniversitesi (TOBB ETÜ) tarafından üretildi. Gelişmiş ülkelerin kuantum bilgisayar üretimine destek olan teknolojik ürünlerine ihracat yasağı koymaya başladığı göz önüne alındığında böylesi stratejik bir ürünün ülkemizde bir üniversite tarafından üretilmiş olması son derece stratejik bir adımdır. Kuantum hesaplamanın 2035 yılına kadar 1,3 trilyon dolarlık bir endüstri haline gelmesi beklendiği göz önüne alındığında (https://www.ibm.com/topics/quantum-computing), kuantum teknolojisi pazarında pay alabilmemiz ve pazara erken girebilmemiz için kuantum bilgisayarların stratejik teknolojilerinin de ülkemizde üretilebilmesi için şimdiden atılacak adımlar oldukça stratejik adımlar olacaktır..