(İleri- Bilim) Eylül ayı içerisinde Google firmasının ABD’nin Santa Barbara kentindeki Kaliforniya Üniversitesi kampüsünde kuantum bilgisayarları üzerine çalışmalar yapmak üzere yeni bir araştırma merkezinin finansmanını üstlenmesi üzerine gözler tekrar bu teknolojinin üzerine çevrildi. Google’ın Kuantum Yapay Zeka Takımı ve üniversitenin Fizik bölümünün ortaklaşa çalışacağı araştırma merkezinin duyuruları üzerine İleri Bilim ekibi olarak, bu teknolojinin ülkemizdeki en yetkin isimlerinden Sabancı Üniversitesi öğretim görevlisi Prof. Dr. Zafer Gedik ile bir röportaj yaptık. Kuantum bilgisayarlarının ne olduğunun ve bu teknolojinin neleri gerçekletirmek için kullanılabileceğinin daha iyi anlaşılması amacıyla hazırladığımız sorulara verdiği cevaplar için sevgili Prof. Dr. Zafer Gedik’e teşekkür ederiz.

Kısaca kuantum bilgisayarlarından bahsedebilir misiniz?
Kuantum bilgisayarları veya bir bilgisayarın kuantum bilgisayarı olması için kafamızda yarattığımız şey şu; normalde her şey kuantum fiziği yasalarına göre çalışıyor; kullandığımız yarı iletken devreler, transistörler, tüm ışık devreleri, entegre devreler hepsi kuantum mekaniği yasalarına göre çalışıyor. Burada kastettiğimiz hesaplamada kullanılan, bit adını verdiğimiz birimlerin kuantum sistemleri olması ve bunlara kuantum işlemleri uygulayabilmemiz. Bu demektir ki sistemin belirli bir anda 0-1’ler yerine 0-1 den daha genel hallerde olabilmesi, örneğin ne 0 ne de 1 olan durumlar diyelim ve bunları da kendi aralarında dönüştürebilmemiz, bu bize hesapta büyük bir güç sağlayabiliyor. Klasik olarak, örneğin birkaç defada ya da çok defada yapabildiğimiz bir işlemi kuantum mekaniksel olarak bir defada yapabiliyoruz. İki işleminde yapısı aynıysa birisi öbürüne göre çok daha hızlı olmuş oluyor. Bu anlamda kuantum bilgisayarı için sadece kuantum fiziği yasalarının geçerli olması değil, bitlerin kuantum biti olması önemli.

Bu teknoloji uygulanıyor mu? Uygulanabilir mi? Uygulanmıyorsa en yakın ne zaman uygulanabilir? Hayatımızın içinde nasıl yer alır?
O kısmı biraz daha zor ama elimizde şu an bunun basitçe örnekleri var yani anlamlı çok zor hesaplar yapmıyorlar ama çok küçük sistemler var, örneğin anlamlı bir bilgisayar belki bin veya daha fazla kuantum biti, qubit dediğimiz parçayı içermesi gerekirken biz şimdi daha bir kaçtayız belki ondayız, en fazla o civarlarda oynuyoruz; ama kuantum mekaniği yasalarının doğru olduğunu bildiğimiz için de aynen orda olduğu gibi uygulamada da bunlar çalışıyorlar. Basit problemleri, algoritmaları çözüyorlar, elimizde kullanılan yaygın olacak şekilde büyük anlamda hesaplamalar yapan bilgisayarlar yok. En azından bildiğimiz kadarıyla yok, -çünkü öyle bir bilgisayar yapan birisi acaba bunu ben yaptım diye ortaya çıkar mı yoksa kullanır daha sonra mı duyurur o ayrı bir soru-, fakat ortada dolaşan tabi bu aralarda çok gündeme gelen başka örnekler var mesela bu D-Wave firmasının bilgisayarı var; ama o bu anlamda bir kuantum bilgisayarı değil yine kuantum mekaniğinden yardım alıyor, klasik sistemlerden farklı çalışıyor ama Adiabatic hesaplama dediğimiz biraz daha değişik tarzda hesaplar yapan, klasiğin ötesinde işlemler; şu an yapamıyor olsa bile yani kimisi yaptığını iddia ediyor aslında kapalı bir kutu, çünkü ticari kuruluş olduğu için ilerde yapabilecek bir yaklaşım ama onu bunu dışında tutuyorum çünkü o bu anlamda bir kuantum bilgisayarı değil. Kuantum mekaniksel özellikleri kullanıyor ama klasik bir kuantum bilgisayarı değil.

Qubit ve bitlerden bahsettiniz; böyle bir chip in geleneksel yönteme göre farkı, hesaplama hızı nedir?
Bunlar bir problemi çözme teknikleri açısından bir farklılık gösterecekler mesela biz bir problemi, elimizde matematiksel bir problem var örneğin, bir liste var bu listedeki belirli bir ismi bulmak istiyoruz yada yine bir liste var buradaki en küçük sayıyı bulmak istiyoruz bunlar tipik problemler, günlük hayatta karşılaştığımız bilimsel uygulamalarda karşılaştığımız problemler bunu yapmak için klasik yöntem örneğin; isim bulma problemine dönersek eğer, isimlere teker teker bakıp aaa işte aradığım isim budur demekteyiz, tabi bu isim şansımıza en son isimse listenin sonuna kadar gitmek zorundayız, yani n tane isim varsa n tane işlem yapmamız lazım, ama kuantum mekaniksel bir sistemde, örneğin kuantum bilgisayarında veya kuantum algoritmasında çalıştırabildiğimiz bir işlemcide bu listede bazı işlemler uygulayarak çok hızlı bir şekilde istemediğimiz, aradığımız ismin olmadığını bildiğimiz kısmı hızlıca eleyebiliyoruz. -ÇÇ: problemin cinsine göre değişebiliyor yani- Aynı şey değil ama bir örnek vermek için örneğin iki çubuğun uzunluğunu karşılaştıracağız; biz normalde ne yaparız birinci çubuğun boyunu ölçeriz, ikinci çubuğun boyunu ölçeriz sonra bu iki sayıyı karşılaştırırız. kuantum mekaniğinde bunu bir yerde iki çubuğu yan yana koyup şöyle yandan bakıyoruz ve sağdaki uzun diyoruz böyle bir şey yapıyoruz daha kısa daha hızlı bir şekilde problemi çözebiliyoruz. Klasik bir sistemde böyle iki çubuğu yan yana koyup yandan bakma şansımız yok, olay tam böyle değil, matematiği çok farklı ama biraz buna benziyor.

Süper pozisyondan kaynaklı bir belirsizlik olduğundan bahsediliyor, tutarlılık konusu tam olarak nedir? Aşılabilir mi?
Şimdi kast edileni tam anlamadım bu soruda ama eğer bahsi geçen bir kuantum bilgisayarının rastlantısal çalışması, doğru cevabı her zaman vermemesiyse onu çok büyük bir problem olarak ortaya koymamamız lazım, çünkü birincisi bir çok algoritma %100 ya da neyse işte bir olasılıkla diyelim cevabı verebiliyor, bir kısmı da deminki örnekte olduğu gibi elimizdeki kötüleri eleyerek bize zaman kazandırıyor yani biz illa bir sorunun cevabının a mı b mi 0  mı 1 mi olduğunu bulmayıp da yanlış cevabı eleyerek, doğru cevabı bulma olasılığını arttırarak arka arkaya uygulayarak ta aynı sonuca ulaşabiliriz. Bu açıdan bu bir dezavantaj değil yine problemi çözme yolunda bir avantaj bir üstünlük diye düşünmemiz gerekiyor ama söylediğim gibi bir çok algoritmada örneğin çarpanlarına ayırma algoritması dediğimiz benzer bir çok algoritmada bu problem doğrudan (deney belirsizlikleri dışında tabiki o her zaman var) bir başarıyla çalışıyor. Ayrıca klasik bir sistemde de her zaman sonuca güvenemiyoruz örneğin işte NASA'nın hayati önem taşıyan hesaplamalarda birden çok bilgisayar kullandığını ondan sonra bir tutarsızlık olursa dört bilgisayardan örneğin üçü veya ikisi ne vermişse onu kullandıklarını biliyoruz.

Adiabatic kuantum hesaplama ile normal kuantum hesaplama arasındaki fark nedir?
Aslında demin bahsettiğim D-Wave firması bunu kullanıyor, Adiabatik kelimesi aslında Türkçe karşılık olarak, bazen usul diyorum hani usul usul deriz ya yavaş yavaş. Orada yapılan şey, örneğin diyelim ki; şu yumurta kapları vardır karton her birinde birer delik vardır hepsi aynı boyda şimdi daha değişik bir kap düşünelim, bu çukurlardan bir tanesi hepsinden daha çukur olsun, her biri farklı boyda olsun biz en çukur olanı en dipte olanı bulmaya çalışıyoruz pratik hayatta bir çok problem buna benzer; uygulamada hem bilimsel hem finans sektöründe, asgari güvenlik konularında bu tür problemlerle uğraşıyoruz, şimdi bu en küçük yeri, minimum asgari olduğu yeri bulamaya çalışıyoruz: elimizde bir tane bilye var bilyeyi attık o kuyulardan bir tanesine düştü, acaba en aşağıdaki mi? Bunu tüm kuyulara denemeden anlayamayız, klasikte yine her kuyuya teker teker bakmamız aaa bu ondan daha derinmiş diye kontrol etmemiz lazım, Kuantumda örneğin adiabatic kuantum hesaplama yönteminde de biraz bu yapılıyor bir yere bilyeyi koyduktan sonra bilyeyi elimizle alıp yukarıya kaldırmaya gerek kalmadan kuantum mekaniksel  tünelleme olayı sayesinde etrafa, diğer kuyulara da gitmesine imkan sağlıyoruz o bir anlamda oraları da hissediyor,  bir olasılıkla oralara da gidip geliyor ve sonuçta birkaç işlem uygulayarak hızlı bir şekilde en derin kuyu hangisiyse oraya ulaşabiliyoruz yöntem bu ama bu belirli tarz problemleri çözmek için kullanılan bir yöntem, firma zaten her ne kadar tamamen kapalı bir kutu da olsa web sayfasında bu konuda zaten bir açıklama yapmış, yani kendileri bizim konuştuğumuz anlamda klasik kuantum algoritmalarını değil adiabatic kuantum hesaplama dediğimiz yöntemi kullanıyor. Genel kuantum algoritmaları örneğin Shore, Grover gibi isimler var, bunların adıyla anılıyor daha farklı şeyler yapıyorlar, onlar kuantum bitlerini kullanıyorlar oraya önceden hazırlanan bir algoritma yerleştirildikten sonra örneğin bir sayının çarpanlarını bulma problemi bir listede bir isim bulma problemini çözüyoruz burada adiabatic hesaplamada yine işin içine de bir kuantumluk var, yine klasik sistemden farklı bir yapı var fakat genel bir fonksiyonun en düşük olduğu yeri, yine asgari olduğu yeri bulmaya çalışıyoruz.

Finansal sistemlerdeki normal bilgisayarların kırmayı başaramadıkları çözümleyemedikleri şifreleme sistemleri var bu sistemin aşılma ihtimali korkusu gündeme getirildi bu konuda neler söylenebilir?
Bunun aslında bir terimi de var ‘’post kuantum’’ hesaplama deniyor.  Kuantum bilgisayarlarının varlığından sonra kriptografide ne yapacağız, şimdi kriptografi diyince ikiye ayırmamız lazım, kuantum kritografisi denilen bir şey var o kuantum anahtar dağıtımı aslında, bir yerden bir yere bir şifrenin kuantum mekaniğinin kullanılarak gönderilmesi; kast ettiğimiz o değil, kast ettiğimiz gerçek bildiğimiz kriptografinin kullanıldığı mevcut şifreleme sistemlerimize kuantum algoritmaları ile gerçekleştirilecek saldırılar; işte çarpanlara ayırma bunlardan bir tanesi ama tek yol değil şifreleme için, eğer bir kuntum bilgisayarı yeterince büyük bir bilgisayar olursa çarpanlara ayırmayı temel alan bütün şifreleme sistemlerinin artık zaafı olacak, çünkü çözülebilecek. Başka şeyler de olabilir fakat kuantum bilgisayarı başka bilgisayarların çözemediği problemi yine çözemiyor sadece onların çözebildiği problemleri kısa zamanda yada daha anlamlı zamanlarda çözebiliyor. Klasik kriptografi açısından bakarsak eğer biz yine normal yöntemlerle bir bilgisayarla çözümü mümkün olmayan bazı teknikler kullanırsak bunlar güvenliği yine sürdürecekler, güvenli olmayı ama sadece bunun çözülmesi çok zaman alır bir bilgisayarla bunu çok uzun sürede çözebilirler diyip buna güvenirsek işte kuantum bilgisayarının varlığı bu güvenceyi ortadan kaldırmış olacak.

Ekleyeceğiniz özellikle önemsediğiniz noktalar nedir?
Biz aslında teknik gibi gözüken ama bu alanda, bir uçta yani en karışık problemleri çözmek, bir bilgisayar yapıp böyle şifreleri kırmak değil de diğer uçta en basit uçta bazı basit problemlerle uğraşıyoruz bu aralar - soru şu acaba kuantum bilgisayarı (tabi ki kuantum mekaniğinden dolayı ama) Neden güçlü? Bir problemi neden çözüyorlar? Örneğin ilk başta bunu David Deutsch kendi yazdığı algoritmada paralelliğe bağlamıştı yani bir işlem var, başka bir işlem daha var kuantum bilgisayarı bunun ikisini birden yapıyor işte bu kuantum paralelliği dediğimiz olaydır, hatta bunu paralel evrenler yorumlamasını kuantum mekaniğine bağlayıp bundan daha iyi katta olabilir mi? Bir evrende bir insan öbür evrende başka bir insan oluyor diye yorumlamaya kadar götürdüler. Paralellik veya süperpozisyon prensibinin ötesinde daha sonra dolaşıklık dediğimiz ingilizcede entanglement dediğimiz olayın bunun arkasında yattığı düşünülüyordu, fakat bu yıl bir takım kuramsal çalışmalar; bağlamsallık dediğimiz, kuantum mekaniğinde contextuality adını verdiğimiz bağlamsallığın asıl itici güç olduğu yolunda fikirler var, ve bu arada içerisinde bizimde bulunduğumuz bir kuantum algoritması aslında önerildi; bu algoritma bir anlamda şunu hedefliyor acaba olabilecek en basit kuantum algoritması hangisidir, en basit sistem nasıl çalışır işte bu qubit ve qtrit dediğimiz ama bir tane kültürden oluşan bir sistem bunla ilgili bir algoritma geçtiğimiz Mart ayında bir konferansta önerdik bir süre sonra yaklaşık bir kaç ay sonra iki farklı grup birisi Brezilya’da diğeri Hindistan’da bunu nükleer manyetik rezonansta deneyini yaptı yakında da yayınlayacaklar; algoritma da çalışıyor. Bir problemi yaklaşık iki hesapla yapacağımız problemi bir hesapta çözebiliyoruz bunun önemi böyle basit problemlerin ve algoritmaların uygulanmasının önemi eğer biz algoritmanın arkasındaki gücü neden başarılı olduklarını anlarsak karmaşık problemlerde de bunu kullanabiliriz, işin doğasını anlamak açısından önemli.