Kuantum Bilgisayarları

“Eğer Kuantum Mekaniği seni derinden sarsmadıysa, sen henüz onu anlamadın demektir.”

Niels Bohr

Bilgisayarların hafızası bitlerden oluşmaktadır. Bir mikro-kondansatörün dolu veya boş olma durumu verilerin hafızada tutulmasını sağlamaktadır. Bir kondansatörün boş olması 0 (sıfır) durumunu, dolu olması 1 durumunu temsil eder. Önceleri bir bit başına bir kondansatör ve transistör görev yaparken, şimdilerde tek blokta 15 kademeli yapıda kondansatörler üretilmiştir. Kondansatörün yarı iletken tabakaları 45-60 atom kalınlığına kadar indirgenmiştir. Bu aynı birimde 16 kat daha fazla bit kapasitesine sahip olabildiği anlamına gelmektedir. Diğer taraftan chip-set ve bellek ile çalışan cihazların daha da küçülerek mikron boyutlarına kadar ulaşabileceğini göstermektedir. Fakat devre elemanlarının elektrik akımına karşı dirençleri ve sızıntı akımı, hafıza sistemlerinin sonunu getirmiştir; bu durum en büyük çip üreticisi “Silikon Vadisi’nin” sonu demektir.

Kompakt diskler metalden daire şeklinde manyetik atom gruplarının meydana getirdiği domainlerden (bölgelerden) oluşur. 120 nanometre kalınlığındaki disk, kobalt, tantal ve magnezyum gibi ferromanyetik metal karışımından yapılmış olup gümüş metali ile kaplıdır. Söz konusu atomlar bir magnetik kafa ile kolaylıkla yönlendirilir, diski oluşturan atomların yönü aşağıya bakıyorsa 0 yukarı bakıyorsa 1 durumunu temsil eder. Bilginin okunması bir magnetik kafa, işlemci ve RAM yardımı ile mümkün olur. İhtiyaç duyulan veri hafızaya kaydedilip burada tutulur. Hafızanın bu özelliği “Hüve’l-Evvelü ve’l-Âhiru ve’z-Zâhiru ve’l-Bâtın” âyetine uygun olarak her iş ve amelimizin kaydolarak bir dosyada saklanacağını, “Ve ize’s-suhufu nuşirat”¹ âyetinin bildirdiği gibi de sayfa sayfa açılarak tekrar okunacağını teknolojinin açtığı yaklaşımla akla yakınlaştırıyoruz. Ve hatta bu şekilde yarattığı hiçbir varlığı başıboş bırakmayan Zât-ı vâcibü’l-vücûd’un, insanın fiil ve eylemlerini karşılıksız bırakmayarak hesap sormak için Hafîz ismiyle kaydettireceğine şahit oluruz.²

Kuantum Mekaniğinden Kuantum Bilgisayara

Fizik profesörü Michio Kaku, mekanik bilgisayarların yerini dijital bilgisayarların aldığını, dijital bilgisayarların yerini ise kuantum bilgisayarların alacağını söylemektedir. Kaku, kuantum fiziğinin kurucularından Richard Feynman’ın kâinatın işleyişinin kuantum mekaniği olduğunu söylemesinden hareketle yeni teknolojik devrimi, kuantum bilgisayarların gerçekleştireceğini vurgulamaktadır.³

Bilim insanları atom altı parçacıklardan atom ve elektronlar gibi klasik bir şekilde faydalanmayı değil, bilakis bu zerrelerin göstermiş oldukları kuantum mekanik davranışlardan istifade ederek kuantum bilgisayarı inşa etmektedirler. Bir zamanlar, maddenin en küçük parçası olarak bölünmeyen bir atomdan bahsederken, şimdiye kadar atomaltı 300 parçacık keşfi yapılmış ve bunlara her geçen gün yenileri eklenmektedir.⁴

Tabiatta bitki ve hayvan hücre sistemleri ile fotosentez sistemleri kuantum prensibiyle çalıştığı gibi burnumuzun koku alma prensibi kuantum mekaniği dâhilinde bir hâdise olarak cereyan eder. Peki nedir kuantum ve prensipleri? Kuant (Quant) parçacık, kesintili olan yapı anlamındadır. Kuantlı yapıların incelenmesine ve hareket tarzının matematik denklemlerle ifade edilmesine, kuantum mekaniği denmiştir. Kuantum mekaniğinin kendine has matematiği ve anlayışı vardır. Bu kuantum durumlarını sıradan düz mantıkla anlamak mümkün olmadığı gibi Öklit geometrisi ile boyutlarını anlamak da mümkün değildir. Her şeyden önce kuantum mekaniği, ihtimaliyat ve istatistiklere yer verir. Kuantum âleminde inkâra yer yoktur. Kuantum dünyası bütün ihtimalleri içine aldığından, en kötü ihtimal ile zayıf mümkün vardır. Kuantum anlayışı bütün bilinen yönleriyle idrak edilirse, dar ufuklu madde dünyası aşılarak mümkün olamayacağı düşünülen pek çok şey mümkün olur ve başta Miraç olmak üzere Peygamber Efendimiz’in (sallallâhu aleyhi ve sellem)bütün mucizeleri kabul edilir.⁵

Bilim insanları kuantum parçacık hareketlerini bu bilgisayar yardımıyla atomaltı parçacıkların sofistike davranışlarını ölçüp anlaşılır verilere dönüştürerek insanlığın problemlerine çözüm arayışı içindedir. Meselâ, kanser hücreleri eşsiz DNA varyantları (çeşitliliği) ile varlığını sürdürür. Bu noktada zararlı hücrenin durumunu en yüksek ihtimalleri hesaba katarak simüle edebilen kuantum bilgisayar karmaşık tedavilerin alternatif yolları arasında en verimli olanı bulabilecek demektir. Bilim insanlarının hayalini süsleyen süper iletkenliğin çözümü kuantum mekaniği ile olacaktır. Süper iletkenlik elektrikli cihazların elektrik akımına direnç göstermemesi demektir. Bu durum cihazlarda enerji kaybı olmayacağından, bir şarj ile telefonunuzun 1 ay idare edeceği anlamına gelir. Bunun dışında nanoteknoloji alanında kuantum bilgisayarın gerçekleştireceği simülasyonla on yılları bulan nano-robot, nano-malzeme üretimi kısa sürede gerçekleşecektir. Tarımda ilaçlamaya ve gübreye ihtiyaç bırakmayan, aynı zamanda kötü bir özelliği de olmayan melez tohumlar oluşturularak verim katlanacaktır. Nitekim bu konuda da Efendimiz’in (sallallâhu aleyhi ve sellem) geleceğe dair hadislerinde “süte bereket verileceği, bir koyunun veya devenin sütünden yüzlerce insanın içebileceği kadar bolluk olacağı, bir buğday tanesinden bir ekmek yapılabileceği, bir nar meyvesinin, kabuğunda insanların gölgelenebileceği kadar büyük üretilebileceğine” dair beşaretler verilmiştir.^6,7

Hastalık sebebi olan virüs ve bakterilerin gen çeşitliliği kuantum simülasyonları ile çok kısa sürede çözümlenip, sebep olabileceği hastalıklar önlenebilir, bakterilerden daha çok istifade yolu açılıp biyo-enerji, tabiî ilaç, gıda vs. alanında önemli adımlar atılabilir. En iyi katalizör simülasyonu geliştirilip karbon salınımı azaltılabilir. Serumlar, en zararsız aşılar, en hassas kalp ve beyin ameliyatları kolayca gerçekleştirilebilir. Çözülemez kripto veriler üretilerek savunma, bankacılık, haberleşme endüstrisinde kullanılabilir.^8,9

İnternet ağlarındaki bilgi, internet protokolleriyle önce parçalanarak paketlere bölünür ve ağda paketler halinde dolaşır. 1976 yılından beri bu paketler internet ortamında TLS, HTTPS, RSA, SSL gibi güvenlik protokolleri ile korunmaktadır. Bu protokoller sayıların asal çarpanlarına ayırma prensibi ile korunur ve ağ işlemleri belirli sayıda sabit değişken ihtiva eden ve sabit ve sonlu sayıdan oluşan (polinomlar) sayılar ile kontrol edilir.  Bu paketlerin bozulma ve üçüncü şahıslar tarafından ele geçirilmesi çok zor değildir. Kuantum ağlarında ise kriptolama, kuantum kuralları ile olur. Bu kural da şu şekildedir; eğer bir kuantum paketini açarsanız onu bozar ve ne olduğunu anlayamazsınız. Bu durum kuantum mekaniğinde Heisenberg-Schrödinger prensibi olarak da bilinir. Dolayısıyla internet ağlarında kuantum kriptolama çok üst seviyede güvenlik sağlar. Her bir parçacık, elektronlarda olduğu gibi kuantumlu (spinli = fırıl) yapıya sahiptir; teknik olarak parçacıkların sahip olduğu kuantum-dalga hareketinin özelliklerinden istifade edilir. Normal bilgisayar için bir anda yalnızca bir durum söz konusudur, yani 0’dır veya 1’dir. Fakat kuantum bilgisayar 1 ve 0 arasında bir şeyin hiç olmaması ile tam olarak olması arasındaki bütün ihtimalleri içine alır. Bu duruma gerçek (reel) uzaydaki durumlar karşılık geldiği gibi sanal (irrasyonel) uzayın durumları ve alt uzayların durumları da bu parçacığın hareketi dâhilindedir. Süperpozisyon, bir durumu evet veya hayır değil, yüzde üzerinden bir durumu 40%, ikinci durumu da 60% ihtimal olarak aynı anda verme durumudur. Kuantum bilgisayarlarda bu sonuçlar Kubitler (Qubit, Kuantumbit) ile elde edilir. Dolaşıklık ise en az iki Qubitin muhtemel olması durumu demektir. Bu durumda aynı pozisyonla ilgili Qubitin biri 20-80% muhtemel durumunda iken, diğer Qubit 10-90% ihtimalinde ve diğer bitler sırası ile farklı ihtimaller pozisyonunda olacaktır. Ne kadar Qubit varsa ölçülen sistemin karmaşıklık kapasitesi bu dolaşıklık çözümü ile açıklığa kavuşacaktır. Bu veri bir merkezî işlemcide değerlendirilip kesine en yakın sonuç elde edilecektir. Şimdilerde yapay zekânın bile algoritma yapısı düşünüldüğünde kuantum bilgisayarın algoritmasının akıl almaz bir teknoloji olacağı anlaşılacaktır.

Kuantum araştırmalarında maddenin dalga özelliğinden, bu dalgaların girişim denen süperpozisyonundan yararlanılır. Girişim denen olay, aynı anda suya iki taşı birlikte attığımızda aynı anda oluşan daire şeklindeki dalgaların birbiri içine girip yeni bir desen oluşturmasıdır. Bu yeni girişim deseni 1. ve 2. taşın durumunun birlikte değerlendirildiği bir bilgiyi kapsar. Hangi taş daha büyük, hangisi önce, hangisi sonra atıldı gibi durumlar su dalgalarından tespit edilebilir. Kuantum bilgisayar da bu dalgalardan milyonlarcasına ait durumu anlık tespit edebilir. Bu da dalga davranışı şeklinde olan kâinatın işleyişi ile ilgili bilinmeyen gerçeklerle ilgili aydınlatıcı bilgiler sunar. Bu şekilde bir atomda ya da malzemede elektronların davranışları tespit edilebilir; bu şekilde neyin bir malzemeyi süper iletken yaptığı bulunabilir. Kuantum bilgisayarların en önemli özelliğini, en karmaşık simülasyonları oluşturma ve buna göre çözüm sunma olarak açıklayabiliriz. Kuantum çözümü başladığında sistem kendisi için yeni simülasyonlar ve terkipler oluşturarak insan üstü büyük bir güce ulaşacaktır.

Kuantum şifreleme, güvenli iletişim için kuantum mekaniğini kullanır. Şifrelenmiş iletilerin ihtiva ettiği bilginin gizli dinleyenler tarafından okumasını önlemek için değişik matematik teknikleri kullanan klasik şifrelemenin aksine, kuantum şifreleme, bilginin/verinin fiziğini temel alır. Gizli dinleme, fizikî bir nesnenin ölçülmesi olarak görülebilir. Bu durumda kuantum süperpozisyonu veya kuantum dolaşıklığı gibi bir kuantum fenomeni kullanılarak, bütün gizli dinleyicileri tespit edebilen bir iletişim sistemi yapılabilir. Çünkü bilginin/verinin kuantum taşıyıcısı üzerinde yapılan ölçümler onu bozar; dolayısıyla bu tür girişimler her zaman iz bırakır.

Klasik genel-anahtar şifreleme, anahtar dağıtımı için çarpanlara ayırma gibi bazı zor matematik problemlerinin hesaplanabilme zorluğuna dayanırken, kuantum şifreleme kuantum mekaniğine dayanır. Kuantum şifreleme cihazları, türüne has olarak tek başına bir ışık fotonunu alıp kuantum dolaşıklığı veya Heisenberg belirsizlik prensibinden faydalanır.

Forbes’un haberine göre Colorado ve Berkeley Üniversiteleri ekibinin Atom Computing firması, 1225 Qubitlik kuantum bilgisayar ürettiklerini açıkladı. En son geliştirilen kuantum bilgisayar en hızlı süper bilgisayarın 100 trilyon katı hızda çözümleme sağlamaktadır.^10,11 Çin’de meydana gelen kuantum gelişmeleri ABD’yi ciddi şekilde rahatsız etmiş durumdadır. Çin’in geliştirdiği kuantum kripto kırma yöntemleriyle, ABD’ye ait nükleer başlıklar başta olmak üzere diğer konvansiyonel silah sistemlerini ve uydu kriptolarını çözebileceğine dair ihtimaller artmış durumdadır. Bunun dışında kripto olarak saklanan paralar, özel veriler, devlet sırları, kişilere ait bilgiler hiç olmadığı kadar tehdit altında görülmektedir. ABD’nin ise şimdilerde Çin’deki bu gelişmelere karşı güçlü kuantum kriptolama tekniklerine çok büyük yatırımlar yaptığı haberlere yansımaktadır.¹² Kuantum dünyası hakikaten kafa karıştırıcı görünmektedir. Bu teknolojiye ulaşmak kaçınılmaz bir durum arz etmektedir. Bunun yanında bu güce hükmedecek olanların belirli ahlâkî (etik) değerlere sahip olmaması insanlığı yine bir dünya savaşı endişesine sevk edebilir.

Fethullah Gülen Hocaefendi’nin bu konudaki değerlendirmesi ışığındaki umut yıldızının bizlere göz kırpmasını müşahede edelim: “Doğrusu, eğer Batı’daki bilim, Allah’a teslim olmaz ve Allah’ı gösteren bir ayna haline getirilmezse, ilmin kaynağı olan tekvînî (var etme, yaratma) emirlerin, teşriî (kanuni, kanun koyma) emirlerle birleşik noktası yakalanamazsa, insanlığın âkıbeti çok karanlık olacaktır. Müslüman araştırmacılar, meseleyi Kur’ân’da zikredilen ‘el-ilm’ zâviyesinden ele alıp ilim dünyasında yeni ufuklar açarken, tekvînî emirleri teşriî emirlerle birleştiremeyenler, hayret ve şaşkınlık vadilerinde dolaşıp duracak, hep tıkanıklıklarla karşı karşıya kalacak, aradıklarını bulamayacak ve başı açık, yalın ayak hayâllerle değişik kurgu bilimlerine takılıp duracaklardır. Bütün bunlara rağmen, dünyayı aydınlatacak ilmin, yine orta kuşağın incisi ülkemiz ve bu mevzuda onunla aynı duygu ve düşünceyi paylaşan ülkelerde gelişip kendini ifade edeceğine inancımız tamdır.”¹³

Kaynaklar

1. Bediüzzaman Said Nursi, Asâ-yı Musa; Kur’an-ı Kerim, Tekvir, 81/10.
2. Bediüzzaman S. N., Mesnevî-i Nûriye.
3. Kaku M. “Quantum Supremacy. How the Quantum Computer revolution will change everything.” New York Times, 2023.
4. Sutton, Ray M., “Quantum chromodynamics: Describing the strong force”

https://www.britannica.com/science/subatomic-particle/Quantum-chromodynamics-Describing-the-strong-force

5. Bediüzzaman S. N., 19. Mektup, 8. İşaret.
6. Bediüzzaman S. N., 24. Mektubun Zeyli, Şahdamar Yayınları.
7. Gülen, M. F., “Geleceğin Dev Bitkileri”, Fikir Atlası, 2007.
8. Lu D., “What is a quantum computer?” https://www.newscientist.com/question/what-is-a-quantum-computer/
9. Brocks M., “Quantum computers: what are they good for?” https://www.nature.com/articles/d41586-023-01692-9
10. Smith-Goodson , “Atom Computing Announces Record-Breaking 1,225-Qubit Quantum Computer” https://www.forbes.com/sites/moorinsights/2023/10/24/atom-computing-announces-record-breaking-1225-qubit-quantum-computer/?sh=1b194f6f491a
11. “Quantum Computing Applications”, https://www.youtube.com/watch?v=X5SlpJ46xXI
12. Cuthbertson A., “China launches first quantum computer operating system to challenge US in technological ‘arms race’” https://www.independent.co.uk/tech/quantum-computing-china-us-arms-race-b1799611.html

1. Gülen, M.F., “İlim ve Bilim”, Prizma 1, 2001.