1901 yılında, Çuha yani yunanca adıyla Antikitera adasının açıklarında, araştırmacılar birinci yüzyıldan kalma bir ticaret gemisinin kalıntılarını keşfettiler.

Gemide, Jul Sezar’a hediye olarak gönderildiği düşünülen eserler bulundu. Bu koleksiyon arasında tuhaf bir bronz parçası da vardı. İnsan yapımı olduğu açıktı, ancak keşfedildiği anda ne olduğunun tanımlanması imkansızdı. Aslında bu metal parçası, araştırmacıların onlarca yıl boyunca kafasını karıştırdı. 1970’lerde, eseri incelemek için X-ışını görüntüleme kullanıldı. Ancak 2006’da CAT taramaları yayınlandıktan sonra araştırmacılar cihazın özelliklerini keşfetmeye başladılar. Şu anda Antikitera mekanizması olarak bilinen bu cihaz, üretildiği dönemde oldukça karmaşık bir uzay simülasyonu sağlıyordu. Cihaz, güneş ve ay tutulmaları gibi olaylar hakkında tahminler yapabiliyor ve hatta Dünya’nın eliptik yörüngesi nedeniyle hızındaki değişiklikleri öngörerek kalibrasyon yapabiliyordu.

İki bin yıl önce üretilmiş olan bu mekanik cihaz, bugün dünyada bilinen ilk karmaşık yapıda analog bilgisayar olarak kabul edilmektedir.

Peki iki bin yıllık bu macerada bilgisayar teknolojisi bugün hangi aşamaya ulaştı?

Silikona Elveda

Quantum üstünlüğü, geleneksel bilgisayarların çözemediği karmaşık problemleri, kuantum bilgisayarlarının hızlı ve etkili bir şekilde çözebilme yeteneği olarak tanımlanır.

Kuantum bilgisayarlar sayesinde şu anki en hızlı süper bilgisayarımızın çözmesi 10.000 yıl sürecek karmaşık bir matematik problemi sadece 200 saniyede çözülebilir. Klasik bilgisayarlar bitler ile çalışırken, quantum bilgisayarları kübitler ile hesaplama yapar. 2019 yılında Google’ın ürettiği Sycamore quantum işlemcisi 53 kübit ile çalışıyordu.  Sadece iki yıl sonra Çin Kuantum İnovasyon Enstitüsü 100 trilyon kat daha hızlı bir işlemci geliştirdiğini duyurdu. Aynı yılın 16 Kasımında, 127 kübitle her ikisini de geride bırakan IBM Eagle ortaya çıktı. Bir yıl sonra IBM 433 kübitlik Osprey’i piyasaya sürdü. Kuantum bilgisayarların baş döndürücü hızlar ve üst üste gelen gelişmeler geçtiğimiz yıllarda Yapay Zeka alanındaki ivmeyi andırıyor ve yakın bir zamanda silikon çağı sona erecek gibi görünüyor.

İlk kez 1965 yılında ortaya atılan Moore yasası, bir mikroçip içine yerleştirilebilen transistör sayısının her 18 ayda bir iki katına çıktığını göstermektedir. Bu da bilgisayar gücünün her 18 ayda bir ikiye katlanması anlamına geliyor. Ne var ki kuantum bilgisayarlar ile bu sona erecekmiş gibi görünüyor. Peki, kuantum bilgisayarları bu kadar güçlü kılan şey nedir?

Süperpozisyon bir atomun aynı anda birden fazla durumda bulunabilme yeteneğidir. Kuantum bilgisayarları, superpozisyonu kullanarak bir qubit’in (kuantum bit) aynı anda hem 0 hem de 1 durumunda olabilmesini sağlar. Bu durum, klasik bilgisayarların aynı anda işleyemediği çoklu olasılıkları aynı anda işleyerek paralel hesaplamalar yapılmasına olanak tanır. Bu da belirli algoritmaların kuantum bilgisayarlarında çok daha hızlı çalışmasını sağlar.  İkinci faktör dolanıklık olarak bilinir. Bu, iki atomun birbiriyle etkileşim kurması, bilgi paylaşması ve çok uzak bir mesafeden ayrıldıklarında bile bu bağlantıyı sürdürmesidir.  Bir qubit üzerinde yapılan bir değişiklik hemen diğer dolanıklı qubitlerde de etki gösterebilir, bu da kriptografik güvenlik gibi alanlarda kullanılabilir.

Ne var ki, Kuantum bilgisayarların çalışabilmesi için bir sistemin tamamen kararlı olması gerekir. Atomlar kırılgandır ve en ufak bir rahatsızlık onları bozar. Bu nedenle, şu anda var olan kuantum bilgisayarlar, onları mutlak sıfır sıcaklıkta tutan sistemlerde çerçevelenmelidir. Doğa Ana, fotosentez adı verilen küçük bir süreçte normal sıcaklıklarda tutarlılığı başarıyor. Bu nedenle bilim insanları, bu süreci bilgisayarda yeniden yaratmanın bir yolunu bulma umuduyla doğada tutarlılığın nasıl sağlandığını inceliyor.

Kuantum bilgisayarlarının hangi problemlere, ne gibi çözümler üretebileceğini anlamak için bilgisayarların modern tarihine kısaca bir göz atalım.

Bilgisayarların Modern Tarihi

Antikitera cihazı döneminin çok ötesinde bir teknolojiye işaret ediyor olsa da şu anda bilmediğimiz sebeplerle bu cihazın üretiminden binlerce yıl sonraya kadar bilgisayar teknolojisi pek bir ilerleme gösteremedi. Ancak 1800lerde İngiliz matematikçi ve mühendis Charles Babbage ilk dijital bilgisayarın temellerini attı. Ünlü şair Lord Byron’ın kızı Ada Lovelace ise  “Analitik Motor” adlı bir makine sayesinde “Bernoulli” sayılarını üreterek  ilk programcılığı gerçekleştirdi.

Bir sonraki yüzyılda ise kuantum alanında önemli gelişmeler yaşanacaktı. 1900 yılında Max Planck Newton fiziğine meydan okudu ve kuantum enerjisinin boyutunu temsil eden Planck sabitini buldu. Bu sabit, kuantum mekaniğinin ve kuantum teorisinin temeli olacaktı.1926’da Erwin Schrödinger, Planck sabitini kullanarak bir dalga denklemi oluşturarak bunun üzerine inşa etti. Schrödinger elektronları parçacık olarak görmek yerine, dalga olarak var olduklarını öne sürdü. Buna göre bir elektron ölçüldüğü ana kadar aynı anda birçok yerde bulunur, bu da dalganın bir parçacığa dönüşeceği andır. Bu fikri açıklamak için Schrödinger’in kedisi analojisi kullanılır. Kedi kutunun içindeyken, gözlemlenene kadar hem ölü, hem canlı, hem de aradaki tüm durumlarda düşünülebilir. Gözlem anında ise kedinin tüm durumları tek bir duruma dönüşür.

1936’da Alan Turing, tüm modern bilgisayarların temeli olan Turing makinesini tanımladı. Onun makinesi, İkinci Dünya Savaşı sırasında Naziler tarafından kullanılan ve daha önce kırılamayan şifrelerin kırılmasına yardımcı oldu. Sonuç olarak savaş iki yıl kısaldı ve tahminen 14 milyon hayat kurtarıldı.

Richard Feynman, 1948’de yol integral formülasyonunu geliştirerek, kuantum parçacıklarının davranışlarını anlamamızda devrim yarattı. Bilim insanları, fotosentezdeki kuantum parçacıklarının en az eylem yolunu izlediğini keşfetmişlerdi, ancak bu parçacıkların bu yolu nasıl ‘bildiği’ bir muammaydı. Feynman’ın teorisi, elektronların dalgalar gibi var olması ve bu sayede tüm olası yolları aynı anda ‘deneyimleyebilmesi’ fikriyle bu gizemi çözdü. Bu, kuantum mekaniğinin anlaşılmasında büyük bir adım oldu ve modern fiziğin temellerini sağlamlaştırdı.

Hugh Everett’in çoklu dünyalar yorumu, bilim dünyasında büyük bir dönüm noktasıydı. Bilim insanları, bir dalganın ölçüm sonucunda tek bir sonuca indirgenmesi gerektiği konusunda uzun süre kafa yordular. Everett ise, gözlem sırasında dalga fonksiyonunun çökmediğini, bunun yerine evrenin farklı versiyonlarının aynı anda var olabileceğini öne sürdü. Bu teori, kuantum mekaniğinin anlaşılmasında yeni ufuklar açtı ve bilim kurgudan bilimsel araştırmalara kadar geniş bir etki alanı yarattı.

Bilim Ateşinin Artan Gücü

Bilgisayar alanında gittikçe hızlanan bu gelişmeler olurken bilim ve teknoloji bir bütün olarak insanlığa bir yandan yeni çözümler üretirken diğer taraftan yeni sorun yumakları da oluşturmaya devam ediyordu.

Fritz Haber, 1918’de Nobel Kimya Ödülü’nü, nitrojeni gübre haline getiren bir yöntem geliştirerek kazandı ve bu, dünya nüfusunu besleyecek Yeşil Devrim’i tetikledi. Ancak, kimyasal savaşın öncüsü olarak da bilinen Haber’in buluşları, ikinci dünya savaşında ve sonrasında milyonlarca ölüme yol açtı. Günümüzde, bilim insanları Haber’in yöntemine daha verimli kuantum çözümleriyle meydan okumaktadır.

İki önemli keşifle, yaşamın sırları daha netleşti. Stanley Miller’ın 1952’deki deneyi, amino asitlerin oluşumunu gösterirken, uzay simülasyonları amino asitlerin uzaydan geldiğini işaret ediyor.

Francis Crick ve James Watson’ın DNA keşfi ise yaşamın moleküler temelini ortaya koydu. Crick ve Watson 1950de, DNA’nın çift sarmal yapısını keşfettiler, bu da yaşamın enerji üretim süreçlerini anlamamızı sağladı. Temiz enerji arayışımız ve azot fiksasyonu gibi zorluklar günümüzde hala devam ediyor. Kuantum bilgisayarlar bu sorunları çözme potansiyeline sahip ve umarız yakında bir Yeşil Devrim başlatır.

Sağlık

1971’de Nixon, kanserle mücadele için Ulusal Kanser Yasası’nı imzaladı. Ne var ki kansere karşı başlatılan savaş henüz kazanılamadı:

Kanser, çeşitli faktörlerden ötürü kolayca tespit edilemeyen ve durdurulamayan bir hastalıktır; bu, kendi hücrelerimizden kaynaklanır. Yetişkinlikte, bazı hücrelerin ölümü ve diğerlerinin bölünmesi dengelenirken, kanserli hücreler kontrolsüz bir şekilde çoğalmaya başlar. COVID-19 gibi hastalıklarda da görüldüğü üzere, bazen en büyük zarar, vücudun kendi bağışıklık sisteminin aşırı tepkisinden kaynaklanır. Otoimmün hastalıklar da benzer şekilde, vücudun kendi sağlıklı dokularına saldırmasıyla karakterize edilir.

Benzer şekilde, Alzheimer ve diğer nörolojik rahatsızlıklar, yanlış katlanan prion adlı proteinlerden kaynaklanabilir. Bu proteinlerin yanlış katlanma sebebi bilinmese de, bu durum diğer proteinlere yayılarak hastalığı genişletebilir. Teknoloji, yaşam süremizi 30 yıldan 70 yıla çıkararak ve kalitesini artırarak hayatımızı iyileştirdi. Ancak bu ilerlemeler çoğunlukla deneme yanılma ile gerçekleşti. Kanser ve Alzheimer gibi karmaşık hastalıkların çözümü zor olabilir, fakat hızlı simülasyon teknolojilerine dayalı yöntemler sayesinde kuantum bilgisayarlar bu alanlarda da büyük bir umut vaat ediyor.

Yapay Zeka

Kuantum üstünlüğü, yapay zeka (Yapay Zeka) alanında devrim yaratabilecek bir dönüm noktası olarak görülüyor. Kuantum bilgisayarların, süperpozisyon ve dolaşıklık gibi kuantum mekaniği ilkelerini kullanarak, geleneksel bilgisayarların yıllar alabilecek problemleri saniyeler içinde çözebileceği düşünülüyor. Bu, özellikle makine öğrenimi, optimizasyon problemleri ve karmaşık veri analizi gibi Yapay Zeka’nın temel taşları olan alanlarda büyük bir potansiyel sunuyor. Kuantum hesaplama, yapay zekanın öğrenme ve karar verme süreçlerini hızlandırabilir, böylece daha karmaşık problemlerin üstesinden gelmekte ve insan zekasını taklit eden sistemlerin geliştirilmesinde önemli ilerlemeler sağlayabilir. Ayrıca, kuantum bilişim, güvenlik ve kriptografi alanlarında yapay zekanın yeteneklerini genişletebilir, böylece daha güvenli iletişim protokolleri ve algoritmalar yaratılmasına olanak tanıyabilir. Kuantum üstünlüğünün Yapay Zeka üzerindeki bu olası etkileri, teknolojinin geleceğini şekillendirmede kritik bir rol oynayacak ve birçok sektörde dönüştürücü değişikliklere yol açabilir.

Gezegenimiz ve Ötesi

İnsan etkinlikleri nedeniyle Dünya ısınıyor ve bu durum, kutup buzullarının erimesiyle metan gazı salınımını artırarak küresel ısınmayı hızlandırıyor. Ayrıca, kutup girdabının dengesizleşmesi gibi iklim değişikliğinin diğer etkileri, soğuk hava dalgalarını güneye doğru iterek hava durumunu daha da belirsiz hale getiriyor. İklim değişikliğinin zararlarını tamamen önlemek mümkün olmasa da, etkilerini azaltmak için çabalarımız devam etmeli. Bilgisayar modelleri, bu karmaşık süreçleri anlamamızda yardımcı olsa da, sınırları vardır ve gerçek dünya eylemleri gerektirir.

Kuantum bilgisayarlar, birden fazla olasılığı aynı anda değerlendirerek hızlı ve doğru hava tahminleri yapma potansiyeline sahip. Ayrıca, yıldızları anlamamızda da önemli bir rol oynayabilirler. Örneğin, 1859’daki büyük güneş fırtınası, telgraf hatlarını yakarak zarar vermişti. Bugün benzer bir olay, iletişim sistemlerimizi ve elektrik ağlarımızı ciddi şekilde etkileyebilir. Yıldızların ve güneş fırtınalarının gizemleri, bilim insanlarını uzun süredir meşgul eden konular. Ancak, kuantum bilgisayarların devreye girmesiyle, evrenin bu karmaşık fenomenlerini anlama ve tahmin etme yeteneğimizde bir devrim yaşanabilir.

Aralık 2022’de ilk defa bir füzyon reaksiyonu elde etmek için kullanılan enerji, ortaya çıkan enerjiden daha az olarak kayda geçti. Bu başarı, enerji üretimindeki potansiyel bir dönüm noktasını işaret ediyor ve bu, kuantum bilgisayarların yardımıyla daha da ileriye taşınabilir.

Quantum üstünlüğü, sadece güneş patlamaları gibi felaketlere karşı hazırlıklı olmamızı sağlamakla kalmayacak, aynı zamanda sürdürülebilir enerji kaynaklarına olan ihtiyacımızı karşılamada ve hatta uzayın derinliklerine yolculuk etme hayallerimizi gerçekleştirmede bize yardımcı olacak. Kuantum bilgisayarların simülasyon gücü, deneme yanılma yöntemlerinin yerini alarak, hem maliyetleri düşürebilir hem de keşif sürecimizi hızlandırabilir. Gelecekte, bu teknolojiler sayesinde, gezegenimizin refahını artırmanın yanı sıra, gerçekten gezegenlerarası bir tür olma yolunda ilerleyebiliriz.