Kuantum mekaniği yapay zekâya karşı!

Doğanın mikroskobik ölçekte nasıl davrandığını belirleyen kuantum mekaniğinin etkisi, atom altı dünyanın çok ötesine kadar uzanıyor. Bu yolculuk, fizikçilerin 20’nci yüzyılın başlarında etrafımızdaki mikroskobik dünyayı ve bunun mikroskobik dünyadan nasıl farklı olduğunu anlama yönündeki adımlarla başlıyor. Var olan fizik bilgilerinin değişmesine sebep olan kuantum mekaniği, nesnelerin hem parçacık hem de dalga olabileceğini açıklayarak tüm sorunları ortadan kaldırıyor.

Gündelik hayatımızda kullandığımız birçok teknoloji, bilgisayarlardaki transistörler, LED'ler, lazerler, MRI makineleri, elektrik akımındaki elektronlar veya lazer ışınındaki fotonlar çok sayıda kuantum parçacıklarının birlikte çalışmasına dayanıyor. Günümüzde en çok kullandığımız teknolojik alet olan cep telefonları ise kuantum mekaniği bilimi olmadan var olamayan en önemli aygıtlar arasında yer alıyor. Klasik kuantum teknolojileri kullanılan bu sistemlerin dışında yeni nesil kuantum teknolojileri farklı bir yaklaşım benimsiyor. Tekil kuantumları (Tek atomları, fotonları veya elektronları) manipüle ederek, ultra güvenli kuantum iletişimden eski nesil bilgisayarların çözemeyeceği problemleri çözebilen kuantum bilgisayarlara kadar tamamen yeni yeteneklerin kilidini açabiliyor. Bu dönüşüm ise kuantum etkilerini toplu olarak kullanmaktan, bireysel kuantum sistemlerinin gücünü doğrudan kontrol etmeye geçişi simgeliyor. Bu tür yenilikler ise laboratuvarlardan çıkıp ticari uygulamalara da geçmeye başladı.

Finans, sağlık, lojistik ve enerji sektörüne katkı sağlıyor

Potansiyeli nedeniyle birçok sektör, zaman ve işlem gücü tüketen sorunları kuantum bilgisayarlarla çözmeyi umuyor. Öyle ki, kuantum anahtar dağıtımı (QKD) ile güvenli iletişim sistemleri, çeşitli ülkelerde kullanılmaya başlandı. Son dönemlerde kuantum hesaplama platformlarına bulut erişimi sunan şirketler ortaya çıktı. Ayrıca, kuantum sensörleri tıp, madencilik ve navigasyon gibi alanlarda benzeri görülmemiş hassasiyetle ölçümler yaparak ekonomik etki yaratmaya da başladı. Henüz erken aşamada olsalar da, bu gelişmeler gelecekte finans, sağlık, lojistik ve enerji sektörlerinde önemli ekonomik etkiler yaratma potansiyelini de içinde bulunduruyor.

Öte yandan, kuantum algılama teknolojileri, minyatürizasyon, düşük enerji tüketimi, taşınabilirlik ve yüksek hassasiyet gibi operasyonel avantajlar sunarak, daha kısa vadede somut getiriler vaat ediyor. Taşınabilir kuantum gravimetreler inşaat ve madencilikte, deprem monitörlüğünde kullanırken, hassas kuantum manyetometreler dünyanın manyetik alanının haritalanması ve tıpta manyetik özellikleri etkileyen hastalıkların teşhisi gibi uygulamalarda kullanılıyor. Kuantum lidar, navigasyon sistemleri için geliştiriliyor. Kuantum algılama, tıpta ve malzeme biliminde yüksek çözünürlüklü görüntüleme tekniklerinin geliştirilmesine katkı sağlıyor.

Günümüzde büyük ölçekte olmasa da bankacılık sektöründe hassas müşteri bilgilerinin korunması için kuantum iletişim teknolojileri başarıyla uygulanıyor. Kuantum bilgisayarlar ile optimizasyon ise endüstriyel ölçeklerde olmasa da karmaşık tedarik zinciri ağlarının daha verimli yönetilmesinde ve finans sektöründe, risk analizi ve portföy optimizasyonu gibi alanlarda kullanılıyor.

Kuantum mekaniği, klasik optimizasyon tekniklerini yenebilecek mi?

Kuantum bilişimin henüz endüstriyel ölçekte yaygın kullanıma ulaşmamış olsa da, endüstriyel optimizasyon, ilaç keşfi, malzeme bilimi ve sürdürülebilir enerji çözümleri gibi alanlarda potansiyelini göstermeye başladığını söyleyen Koç Üniversitesi Fizik Bölümü Profesörü Dr. Özgür Esat Müstecaplıoğlu, sözlerine şöyle devam ediyor; “Şirketlerin ve araştırmacıların tedarik zinciri optimizasyonu, finansal modelleme ve makine öğrenimi için kuantum algoritmalarını araştırırken, kuantum mekaniğiyle desteklenen simülasyonların da daha verimli bataryalar ve yeşil hidrojen üretimi için daha etkili katalizörlerin tasarımını hızlandırabiliyor. Ancak, mevcut Gürültülü Orta Ölçekli Kuantum (NISQ) döneminde, kuantum işlemcileri hatalara açık ve ölçek olarak sınırlı; bu nedenle çoğu uygulama hibrit klasik-kuantum yaklaşımlarını gerektiriyor. Bu hibrit modeller belirli durumlarda avantaj sağlayabiliyor, ancak klasik optimizasyon teknikleri hâlâ oldukça rekabetçi ve birçok durumda kuantum algoritmalarını geride bırakabiliyor” diyor.

Yapay zekanın zorlandığı konuları kuantum bilgisayarlar çözebilecek

Buna rağmen, bulut tabanlı kuantum bilişim, işletmelerin ve araştırmacıların gerçek kuantum donanımıyla denemeler yapmasına olanak tanıyor. Yakın gelecekte, daha güçlü bulut tabanlı sistemler ve kuantum hata düzeltme teknolojilerindeki ilerlemelerin yeni yeteneklerin kilidini açabileceğini de söyleyen Müstecaplıoğlu, Avrupa’da yakın zamanda açılan kuantum veri merkezlerinin, büyük veri uygulamalarında kuantum bilişimi entegre etme yönünde önemli bir adım olarak görüldüğünü de söylüyor ve ekliyor:

Yapay zekânın gelişimiyle birlikte, kuantum bilgisayarları klasik AI'nin (Yapay zekanın) zorlandığı karmaşık problemlerin çözümünde kritik bir bileşen hâline gelebilir.

Müstecaplıoğlu’na göre, kuantum bilişimde ölçeklenebilir çözümler geliştirme yarışı hâlâ devam ediyor ve farklı mimariler arasında da kıyasıya bir rekabet yaşanıyor. Büyük teknoloji şirketleri tarafından tercih edilen süperiletken kubitler, ticarileşme açısından önde olsa da, soğutma gereksinimleri nedeniyle ölçekleme açısından zorluklarla karşılaşılıyor. Hapsedilmiş iyon sistemleri uzun kuantumluk süreleri ve yüksek doğruluklu işlemler sunarken, büyük kubit sayılarına ulaşmada mühendislik açısından engellerle karşılaşılaşılıyor. Fotonik kuantum bilişim ise ışık tabanlı kubitler sayesinde oda sıcaklığında çalışma ve daha kolay ölçeklenebilirlik vaat etse de, hata düzeltme ve entegrasyon konusunda aşılması gereken zorluklara sahip. Gelecekte tek bir baskın platform yerine, farklı görevler için optimize edilmiş çeşitli kuantum bilişim mimarilerinin birlikte kullanıldığı bir sistem görebileceğimize de değinen Müstecaplıoğlu bu durumu, tıpkı klasik bilişimin CPU (İşlemci), GPU(Grafik İşlemci Ünitesi) ve özel hızlandırıcılarla evrimleşmesi gibi özetliyor.

Kuantum teknolojilerine erken adapte olan şirketler karlı çıkacak

Bu gelişmelerin ışığında, birçok firma da kuantum geçişi ve kuantum optimizasyonu konusunda danışmanlık hizmetleri sunuyor. Ancak, bu hizmetlerin gerçekten somut bir kuantum avantajı sağlayıp sağlamadığı ise henüz net değil, çünkü mevcut ölçeklerde klasik yöntemler çoğu durumda rekabetçiliğini koruyor. Yine de kuantum bilişime hazırlıklı olmak, firmalar için gelecekte olası bir kuantum devrimine karşı bir sigorta stratejisi olarak düşünülebilir.

Uzun vadeli yatırımlar gerektirse de, kuantum teknolojilerine erken adapte olan şirketler gelecekte bu dönüşümden en fazla faydalananlar arasında olabilir.

Müstecaplıoğlu, kuantum bilişim ve iletişimin endüstriler için uzun vadeli yatırımlar olarak görülse de, stratejik açıdan kritik öneme sahip olduğunu vurguluyor ve hem hükümetler hem de özel sektörün bu alanlardaki akademik araştırmaları değerlendirmek ve geliştirmek için fon sağladığına değiniyor. Müstecaplıoğlu’na göre, bu gelişmeler, kuantum teknolojilerinin potansiyelini gösterse de yatırım yaparken teknolojinin olgunlaşma süreci ve mevcut uygulamaların sınırlamaları göz önünde bulundurulmalı. Kuantum teknolojileri hızla ilerlese de, bazı uygulamalar için hala önemli Ar-Ge çalışmaları ve uzun vadeli yatırımlar gerekiyor. Kuantum teknolojileri alanında insan kaynaklarına, eğitim ve araştırmaya yatırımı da tüm dünyada büyük bir hızla artıyor.