Kuantum Abartı ve Kuantum Bilgisayarların Sınırları
Kuantum bilgisayarlar ne zaman kullanıma girecek? Kuantum bilgisayarlar laptoplar ve süper bilgisayarlardan güçlü olacak mı? Öne sürüldüğü gibi internetteki bütün şifreleri kıracak mı? Peki kuantum internet ne zaman geliyor? Kuantum interneti gözetlemek gerçekten imkansız mı? Bu yazıda özetle kuantum bilgisayarlar, kuantum internet, kuantum şifreleme, kuantum ölçüm ve kuantum simülasyon konularını göreceğiz. Kuantum abartı sorununun ötesine geçip teknolojinin sınırlarına bakacağız. Kuantum bilgisayarlar medyada anlatıldığı kadar güçlü değildir. Peki nedir ve nasıl çalışır?
1. Kuantum abartı ve kuantum bilgisayarlar
ABD ve İngiltere kuantum bilgisayarları 5 yıllık kalkınma planına aldığını duyurdu ama Çin’in 4 yıl gerisinden geliyorlar. Medyada ise kuantum bilgisayarlar süper güçlü olacak ve internette kullanılan bütün şifreli parolaları kırıp herkesin hesabını ele geçirecek söylentileri yayılıyor. İnsanlar kuantum internetin gözetlenmesinin imkansız olduğunu sanıyor. İnternetteki bilgi kirliliği yüzünden bilimi kökten değiştirecek olan asıl teknoloji, yani kuantum simülasyon teknolojisi ise gözden kaçıyor:
Kuantum bilgisayarlar bazı problemleri standart bilgisayarlardan daha hızlı çözer; çünkü tümüyle paralel çalışır. Kuantum bilgisayar 1 milyon polinomdan oluşan bir matematik problemindeki bütün parantezli ifadeleri aynı anda çözer. Böylece problemi daha hızlı çözmüş olur ama geleneksel bilgisayarlardan daha hızlı değildir. Peki bunu nasıl yapar?
Kuantum bilgisayarlar kübitler, yani kuantum veri bitleriyle çalışır. Kuantum fiziğindeki dolanıklık özelliğinden yararlanarak sadece 1 ve 0 değerlerini almakla kalmaz. 1 ve 0 arasındaki değerleri de alır. Kuantum abartıyla ilgili ikinci uyarıyı yapalım: Kuantum bilgisayarlar aynı anda 1 ve 0 değerlerini almaz. Bu kapıyı aynı anda hem açmak hem kapamak gibi çelişkilidir. Bunun yerine ara değerler alır. Bu da örneğin bir polinomdaki tüm parantezli ifadeleri aynı anda çözmektir. Peki kuantum bilgisayarların sınırları nedir?
İlgili yazı: Gerçek Adem: ilk insan ne zaman yaşadı?
Kuantum bilgisayar ne kadar güçlü?
Kuantum bilgisayarlar yalnızca bazı problemleri geleneksel bilgisayarlardan hızlı çözer. Nitekim şifrebilim ve sibergüvenlik uzmanları internetteki parolaları korumak için kuantum bilgisayarların çözmesinin zor olduğu matematik problemleri geliştiriyor. Bu konuya kuantum internette geri geleceğim ama bir yanlış anlamayı daha giderelim: Kuantum bilgisayarlar henüz kullanıma girmedi.
Elimizdeki bilgisayarlar üniversite laboratuarlarındaki deneysel prototiplerden ibaret ve bunların ticarileşmesine uzun yıllar var. Kuantum bilgisayarların ne kadar güçlü olması gerektiği ise çözmek istediğiniz probleme göre değişir. Örneğin bugün internette kullanılan asal sayı tabanlı en eksik veya basit şifrelemeleri kırmak için kuantum bilgisayarlara 1 milyon kübit gerekiyor.
Günümüzdeki en hızlı kuantum bilgisayar ise 50 kübit işlem gücündedir. 1 milyon kübite ne zaman ulaşacağımızı bilmiyoruz. Ayrıca belirsizlik ilkesi nedeniyle kuantum dolanıklık ve onunla çalışan kübitler gürültüye karşı çok duyarlıdır. 50 kübitlik bir bilgisayarın birkaç saniye boyunca 50 kübitle çalışmasını sağlamak bile büyük başarıdır. Sıradan bir laptop gibi günlerce hata vermeden çalışan kuantum bilgisayar yoktur. Dolayısıyla 1 milyon kübit gücünde olup efektif olarak da 1 milyon kübitle çalışan hem de bunu laptoplar gibi istikrarlı yapan bir kuantum bilgisayar geliştirmeye en az 20 yıl var.
Gerçekler alçakgönüllüdür
30 yıldan önce ucuz kuantum laptoplar geliştirmek ise bir hayaldir. Teknolojinin gittikçe hızlanmasına rağmen bazı eşikleri aşmak zordur. Oda boyundaki ilk kullanışlı elektronik bilgisayar ENIAC 1946’da geliştirildi ama laptopların yaygınlaşması için 2005 sonrasını beklemek gerekti. 60 yılı 30 yıla indirebiliriz ama o kadar. Şimdi diyeceksiniz ki ama hocam, bilgisayarların hızla hızlanmasını sağlayan Moore yasası işimize yarar. Hayır; çünkü kuantum bilgisayarlar için zaten bu yasanın sınırında çalışıyoruz. Kuantum bilgisayarlar yavaş yavaş gelişecek. Gelelim kuantum internetin sınırlarına:
İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili
2. Kuantum abartı ve kuantum internet
1950’den beri Güneş’e enerji sağlayan nükleer füzyonun nasıl çalıştığını biliyoruz ama ticari nükleer füzyon santrali açmamıza en az 25 yıl var. Her şeyin sırası gelecek. Oysa kuantum interneti de çok abartıyoruz. Kuantum internet kuantum dolanıklıkla çalışan internet demektir. Kuantum internette kuantum bilgisayarlardaki kübitleri birbiriyle dolanıklığa sokarak internet bağlantısı sağlarsınız. Her ne kadar Çin uzaydan kuantum internet teknolojisi geliştirmiş olsa da bu çok zordur.
Kuantum Darwinizmde gördüğümüz üzere kuantum parçacıkları aynı anda birden fazla parçacıkla tam dolanık olamaz. Bu yüzden internetteki gibi milyonlarca bilgisayarı veri kaybına uğramadan birbirine bağlamanız imkansızdır. Bugün arasında yüzlerce km olan iki fotonu dolanıklığa sokuyoruz ama iki kuantum bilgisayarı bu şekilde bağlamak olanaksızdır. 1 milyon kübit gücünde iki bilgisayarı 7/24 kuantum internetle bağlamayı ise şimdilik hayal bile demeyiz. Gürültü sebebiyle hatalar artar.
Doğrudur: Kuantum interneti gözetlerseniz bilgisayarların dolanıklığını bozarsınız. Öte yandan bu kuantum interneti gözetlemenin imkansız olduğunu göstermez. Sadece gözetlendiğiniz anda farkına varacağınızı gösterir. Kimin gözetlediğini de bilemezsiniz. Sadece gözetlendiğiniz zaman kuantum internet kopar. Tabii bunu fark edince tekrar güvenli bağlantı kurmak istersiniz ama yapabilecekleriniz bununla sınırlıdır.
İyi bir yazılımla nereden gözetlendiğinizi bilebilirsiniz ancak kim gözetledi sorusunu yanıtlamak ayrı istihbarat çalışması ister. Peki kuantum internetle ışıktan hızlı iletişim mümkün mü? Hayır. Kuantum fiziğini nasıl yorumlarsanız yorumlayın Einstein’ın uzaktan etki dediği kuantum dolanıklık ışıktan hızlı iletişime izin vermez. Öyleyse kuantum internet geleneksel internetten daha güvenli olacak mı? Kesinlikle evet. Gelelim kuantum bilgisayarlar internetteki bütün şifreleri kıracak mı konusuna:
İlgili yazı: İnternetinizi Uçuracak En İyi 10 Modem
3. Kuantum abartı ve kuantum şifreleme
Bugünkü internet şifreleme standartlarını tüm dünyayı gözetleyen NSA geliştiriyor. NSA güvenilmez ve saldırgan bir kurumdur ve beyaz gömleğinize beyaz dese bile inanmamanız gerekir. Sonuçta NSA ABD çıkarlarını koruyan bir haberalma örgütüdür. Öyle ki asal sayı tabanlı güçlü şifrelemenin bile eksik kullanılmasından sorumludur. Bu bağlamda internette sıradan kullanıcının kullandığı şifreler NSA kolay kırsın diye eksik ve sınırlıdır. Kuantum bilgisayarlar bunları çok kolay kıracaktır.
Oysa NSA ve diğer örgütler kuantum bilgisayarların kırmasının zor olduğu şifreleme sistemleri geliştiriyor. Dahası kuantum bilgisayarları kuantum internete bağlamakta kullandığımız sibergüvenlik protokolleri geleneksel yazılımlardır. İstihbarat örgütleri bilgi kirliliğine yol açıyor ama şunu bilin: Sibergüvenlik sistemleri kuantum internetin ilk yıllarında geleneksel yazılımlar olacaktır.
Peki gelecekte süper güçlü kuantum bilgisayar geliştirirsek ne olur? 1) N=NP problemini çözersek ve hakikaten de N eşittir NP ise kuantum bilgisayarlar güya zor olan birçok şifreyi kıracaktır. Özellikle de Riemann Hipotezi kanıtlanırsa asal sayılara dayalı tüm şifrelemeleri kıracaktır.2) En güçlü şifreleri ancak kuantum bilgisayarlar geliştirecektir. 3) Kuantum şifreleri sadece kuantum bilgisayarlar kıracaktır.
4) Kuantum bilgisayarı hacklemek imkansızdır; çünkü içini açıp bakınca kübitler, yani bilgisayar bozulur! Veri kurtarılamaz şekilde silinir veya bozulur. Tabii N=NP değilse ve Riemann Hipotezini kanıtlayamazsak kuantum bilgisayarların asla kıramayacağı şifrelemeler olacaktır. Özetle kuantum bilgisayarlar zayıf şifreleri kıracaktır ve bunlar hacklenemez. Oysa 1) Kuantum internet gözetlenebilir ve 2) Sibergüvenlik protokolleri geleneksel yazılımlardır. Güvende olmayacağız. Ayrıca yanlış terim kullanıyoruz. Kuantum sonrası şifreleme yerine kuantuma dirençli şifreleme demek doğrudur. Gelelim kuantum ölçüm problemine:
İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt
4. Kuantum abartı ve kuantum simülasyon
Kuantum internette veri güvenliğini korumak için tek yapmamız gereken geleneksel bilgisayarlarda kullanılan sibergüvenlik yazılımlarını güncellemektir. Bunun için kuantum bilgisayar kullanmaya şimdilik gerek yoktur. Tabii N=NP ise ve Riemann Hipotezini kanıtlarsanız, üstüne kuantum blokzincir ve kuantum süper zeka da geliştirirsiniz tadın yenmez. 😊 Bunun için 2080’leri beklemeniz gerekecektir. Kuantum ölçüm problemi bu açıdan önemlidir:
Kuantum bilgisayar geliştiriyoruz ama daha kuantum fiziğinin ne olduğunu bilmiyoruz. Schrödinger dalga fonksiyonundaki olasılık dalgası nedir? Parçacıklar parçacık mı, yoksa dalga mı? Dahası Planck uzunluğundan kısa mesafelerde evren varlığını sürdürüyor mu? Belirsizlik ilkesini aşmak mümkün mü? Nesnel gerçeklik var mı? Dolanıklık nedir? Açıkçası bu soruları yanıtlamadan en güçlü kuantum bilgisayarları geçemeyiz. Nitekim buna kuantum ölçüm problemi deriz: Neyi ölçüyoruz?
Bu teknik bir soru ama merak etmeyin. Bildiğimiz kadarıyla cevabını ayrıca yazdım. Bu yazıda ise kuantum ölçüm problemini kuantum simülasyona bağlayacağım. Bir galaksinin oluşumu ve organik moleküllerin yeni genler oluşturmak üzere nasıl birleştiği önemli sorulardır. Protonları oluşturan kuarkların protonların içinde ne yaptığı bir o kadar önemlidir. Bütün bunları kuantum simülasyonla anlayabiliriz ve sadece kuantum bilgisayarlar kuantum simülasyon yapabilir.
Peki kuantum simülasyon nedir? 1) Madde, uzay, evren, atomlar ve parçacıkların en ayrıntılı simülasyonu kuantum simülasyondur. 2) Sadece kuantum bilgisayarlar kuantum simülasyon yapabilir. 3) Kuantum simülasyon bilimi kökten değiştirecektir. Hayır, yeni ve devrimsel buluşlar yapmaktan söz etmiyorum. Kuantum simülasyon bilim yapma yöntemini değiştirecektir ki 1589’dan beri Galileo’nun geliştirdiği bilimsel yöntemi kullanıyoruz. Bu yöntem nedir ve kuantum simülasyon neyi değiştirecek?
İlgili yazı: Zamanda Yolculuk Etmenin 9 Sıra Dışı Yolu
Kuantum bilim nedir ve nasıl çalışır?
Bilim deney ve gözlemlere dayanır. Biz de bir teoriyi ispat etmektense yanlışlamayı deneriz. Teori her şeye rağmen doğru çıkarsa doğru olduğunu düşünürüz. Buna karşın teorileri matematik denklemleriyle geliştiririz. Oysa matematik evrensel dil mi, yoksa herhangi bir dil mi yazımda belirttiğim gibi en azından fizikte matematik kullanımının sınırına geldik:
Kuantum kütleçekim kuramı geliştirmek, evrenin büyük patlamayla nasıl oluştuğunu anlamak ve büyük patlamadan önce ne olduğunu bilmek için matematik yeterli değil. Neden derseniz matematik doğanın bir parçası olan insan zihninin doğayı anlamak için sezgisel olarak geliştirdiği formel mantık kurallarının aritmetiğe dökülmüş halidir. Oysa insan zihni evreni anlamak için evrim geçirmemiştir. Bu yüzden en derin fizik sorularını sorabilir, hatta çözümleri sezebilir ama formüle edemeyebiliriz.
İşte tüm evreni tek denklemle açıklayan her şeyin teorisini bir türlü geliştiremiyoruz. Matematikten türetilen sicim teorisi ve halka kuantum kütleçekim kuramı bize yardım etmiyor. Evrenden öncesini gösteren matematik denklemlerini bulamıyoruz. Bulsak da hangisinin bizim evrenimizi gösterdiğini deney yapamadığımız için asla bilemeyiz. Evreni anlamak için laboratuarda yeni bir büyük patlama yaratamayız değil mi? 😉 Interstellar filminde söyledikleri gibi bize öbür tarafın denklemleri de lazım ama ya bunlar yoksa? Ya bulamazsak veya bulsak da anlayamazsak ki öyle gözüküyor.
O zaman evreni matematiğin ötesine geçerek anlamamız gerekiyor. Bunu masallara inanmadan, boş inançlara kapılmadan ve sözde bilim tuzağına düşmeden yapmanın bir yolu var mı? Evet, kuantum simülasyon… Kuantum simülasyon yazılım kodları ve matematik denklemlerine gerek olmadan atomaltı kuantum sistemlerin doğrudan simülasyonunu yapar. Kısacası evrenle ilgili akla hayale gelmeyen çözümler üretebilir.
Zaten neden deney yaparız?
Evrende aklımıza gelmeyen şeyleri öğrenelim diye! Öyle ki kuantum simülasyonlar kısa sürede büyük bilimsel ilerleme kaydetmemizi sağlayabilir. Kuantum abartı olacaksa hedef bu olmalıdır. Siz de evren bir simülasyon mu diye sorabilir ve hemen evrenin bilgi işlem kapasitesini hesaplayabilirsiniz. Matematik ve fizik arasındaki ilişkiyi her şeyin teorisini geliştirmekte yeni bir yaklaşım olan amplituhedron teorisinde görebilirsiniz. Hızınızı alamayarak vücudunuzun yarısının neden başka galaksiden geldiğine Starbasekozan videosunda bakabilirsiniz. Bu akşam 22.35’te Youtube canlı yayında bilim ve teknoloji sorularınızı yanıtlayacağım. Bilimle ve sağlıcakla kalın. 😊
Vücudunuzun yarısı başka galaksiden geliyor
1Quantum Computation
2Attacking the Quantum Internet
3Intuitive Understanding of Quantum Computation and Post-Quantum Cryptography
4Quantum simulations employing connected moments expansions
