Kuantum üstünlüğü

Geçen yüzyılda Ekim ayı çok önemli dönüm noktalarına tanıklık etti. Bizim tarihimiz için bunlardan en önemlisi hiç kuşkusuz 29 Ekim 1923’te Cumhuriyet’in ilan edilmesidir. 1933’te Cumhuriyetimizin kurucusu Mustafa Kemal Atatürk’ün 10. Yıl Nutku’nda ilan ettiği gibi bu “en büyük bayramımız” kutlu olsun. Öte yandan dünya teknoloji tarihi açısından da önemli olaylardan bazıları Ekim ayında gerçekleşti. Yönetim biçimleri arasında Cumhuriyet nasıl bir devrim yaptıysa, teknolojide de bilgisayarlar öyle bir devrim yaptı. İşte Cumhuriyet’in değil ama bilgisayar biliminin kurucusu Alan Turing’in makineler ve yapay zeka konusunda yazdığı meşhur makalesi 1 Ekim 1950’de yayımlandı. Hani şu “Turing Testi”nin de yer aldığı makale. Hani “makineler düşünebilir mi?” sorusuyla başlayan…  Bundan 7 yıl sonra 4 Ekim 1957’de Sovyetler Birliği Sputnik 1 uydusunu Dünya yörüngesine fırlattı. Kendisi bir plaj topu büyülüğündeydi ama insan yapımı bir nesne ilk kez uzaya çıkmıştı. İşte geçen yüzyılda Ekim ayında meydana gelen bu üç devrimsel olay üç ayrı dönemi işaret ediyor: ilkinde bizim için ulusun egemenlik başlarken, diğer ikisinde tüm dünya için önce bilgisayar sonra da uzay çağı başladı.

Bunları neden anlatıyorum? Henüz geniş bir perspektifle bakabilmek için çok erken ama geçen hafta yaşanan bir olay ileride bu yüzyılın en önemli dönemeçlerinden biri olarak kabul edilebilir. Gelecek yüzyılda yaşayacak torunumun torununa sesleniyorum: 23 Ekim 2019 tarihini bir kenara not al. Sınavda çıkabilir 🙂

23 Ekim 2019’da ne oldu? Yine bilimsel bir makale. Google’da çalışan bilim insanları, saygın bilim dergisi Nature’da bir makale yayımlayarak sıradışı bir başarı elde ettiklerini duyurdular: “kuantum üstünlüğü”nü gerçekleştirdiklerini… Bu bizim bildiğimiz anlamdaki hiçbir bilgisayarın çözemeyeceği bir problemi, kuantum bilgisayarı kullanarak çözdükleri anlamına geliyor. Yaptıkları şey şu anda dünyanın en hızlı süper bilgisayarının 10000 yıl uğraşacağı bir problemi 200 saniyede çözmek. Şimdi bu şekliyle konuya bakınca normal hızda giderken birden ışık hızına atlamışız gibi görünüyor ama hemen o kadar gaza basmayalım. Çünkü ortalık biraz karışık. Kuantum bilgisayarları deyince ilk akla gelen IBM hemen buna itiraz etti ve “bizim süper bilgisayarlarla 10.000 yıl değil 2.5 gün sürüyor bu işlem” dedi. Yani ortalıkta çoğu kişinin anlayamadığı bir başarı iddiası ve yine çoğu kişinin anlayamayacağı bir itiraz var. Ben size mümkün olabileceği kadar sade ve açık bir şekilde özetlemeye çalışacağım ama önce tartışmasız olan bir konuyu anlayalım. Bundan üç yıl önce yaptığım bir videoda da bahsettiğim gibi kuantum bilgisayarlarının olağanüstü bir hesaplama gücü var.

Böylesi bir hesaplama gücüne nasıl ulaşılabiliyor? Çok temel bir yaklaşım farklılığıyla. Bizim kullandığımız bilgisayarlar fiziksel dünyanın bir parçası olarak elektrik temelli bir hesaplama mantığıyla çalışır. Karanlık bir odaya girdiniz ve ışığın açma/kapama düğmesine bastınız. Ne olur? Elektrik akımı ampule ulaşır ve onu aydınlatır. Tavandaki o ampülü bilgiyi depolayan en küçük birim olarak kabul edecek olursak, bu bilgi nedir? Onun açık ya da kapalı olması. Aydınlık ya da karanlık. Daha da sadeleştirelim 1 ya da 0. İşte kullandığımız hesap makinelerinden cep telefonlarına kadar tüm bilgisayarlar bilgiyi bu şekilde depolayıp işliyorlar. Ampül yerine “Bit” kavramı kullanılıyor. Bunlardan 8 tanesi yan yana gelince “1 Byte” oluyor. Alfabedeki tüm harfler 8 tane 1 ya da 0’ın kombinasyonuna dönüştürülüyor. 

Şimdi ampulü açıp kapadığınız, yani elektrik akımını yönlendirdiğiniz düzeneği biraz daha karmaşıklaştırarak şu hale getirdiğinizi düşünün. Bombe adlı bu elektro-mekanik aletin ilk tasarımları Alan Turing tarafından 2. Dünya Savaşı’nda yapıldı. Almanlar gizli mesajlar oluşturabilmek ve çözebilmek için Enigma adlı bir makine yapmıştı ve Turing de bu makinenin şifresini kırmak için bu sistemi geliştirdi ve nihayetinde o şifreyi kırdı. Böylece karmaşık problemlerin elektrik akımını açma/kapama yöntemiyle çözülebileceği kanıtlanmış oldu ve bilgisayar bilimi doğdu. Ha bir de 2. Dünya Savaşı sona erdi. Yani yazılan makaleleri, zamanında anlaşılamayan teknolojileri hafife almamak lazım. Bunların bazıları tüm dünyayı değiştirebilme potansiyeline sahip. Bugün tüm bilgisayar yazılımları temelde aynı mantıkla çalışıyor. Açma/kapama düğmeleri ve kablolar göremeyeceğimiz kadar küçüldü ama yine de bitlerde depolanan 1 ve 0 değerlerini kullanarak, Bytelar, Kilobytelar, Megabytelarca bilgi depolayıp bunları işleyerek problemlerimizi çözüyoruz. 

Şimdi gelelim kuantum bilgisayarlarına. Bunlarda paradigmamız tümüyle değişiyor. Çünkü kuantum bilgisayarlarının temelinde elektriğin akışı ya da onun açılıp kapanması gibi klasik fizik dünyasına ait değerler bulunmuyor. Kuantum mekaniğinin ilgilendiği atom ve atomaltı çok küçük parçacıkların davranışlarına dayanıyor. Bu davranışları anlayabilmek oldukça zor. Çünkü o boyutlarda maddeler bazen parçacık gibi bazen de dalga gibi davranabiliyor. Uzayda bulundukları bir noktadan değil bulunma olasılığından söz edilebiliyor. Normal bilgisayarların en küçük bilgi birimi olan bitler ya bir 1 ya da 0 olabiliyorken, kuantum bilgisayarların en küçük bilgi birimi olan kübitler aynı zamanda 1 ve 0 olabiliyor. Bu da onların hesaplama gücünü katlayarak arttırıyor. 

Kuantum dünyasını her gün deneyimlediğimiz fiziksel dünyanın mantığıyla kavrayabilmek çok zor. Geçen hafta yayımlanan ve devrimsel olacağı düşünülen makalede “kuantum üstünlüğü”ne erişildiği ilan edildi. Bu deyimi ilk kez duymuyoruz. John Preskill adlı bir fizik profesörü 2012’de yazdığı bir makalede kullanmıştı. O makalede çok güzel bir benzetme var. 100 sayfalık bir kitap örneği veriyor. Eğer bu kitap klasik dünyamızda olduğu gibi yazılırsa onun 10 sayfasını okuyunca kitabın %10’unu okuyup öğrenmiş oluruz. Ama kuantum dünyasındaki 100 sayfalık bir kitabın 10 sayfasını okuyunca kitap hakkında neredeyse hiçbir şey öğrenemiyorsunuz. Çünkü bu tür bir kitapta bilgi bağımsız bir şekilde sayfalara yazılmıyor. Bilgi, sayfalar arasındaki ilişkilerin, bağlantıların içine gömülü durumda.

Dolayısıyla çok yüksek bir hesaplama gücünden söz etsek de bunu kontrol edebilmek çok zor. Bir başka deyişle normal bilgisayarlarla 10000 yılda çözülebilecek her problemimizi kuantum bilgisayarı kullanarak çözemiyoruz. Şimdilik sadece belli problemler çözülebiliyor. Dolayısıyla bunların gerçekten işe yaraması için daha önümüzde vakit var. 

O zaman 23 Ekim’de yayımlanan makaleyi neden kalkıp da geçen yüzyılın üç farklı Ekim ayında yaşanmış çok önemli olaylarla birlikte saymak istedim. Çünkü o üç olay da üç büyük savaşla ilgiliydi. Cumhuriyetimiz 1. Dünya Savaşı ve sonrasında Kurtuluş Savaşı’nda verilen mücadeleler sonucunda ilan edildi. Bilgisayar bilimi 2. Dünya Savaşı’ndaki olaylarla, Uzay çağı da soğuk savaş dönemindeki gelişmelerle başladı. Yani hep bir mücadele ve savaşın sonunda ulaşılan bir barıştan söz ediyoruz. 

Geçen haftaki haber bilim dünyasında bir çeşit savaş başlattı. Makale savaşı. Evet medeni toplumlar artık topla, tüfekle savaşmıyor. Bilgiyle mücadele veriyor. O bilgilerin en organize hali olan bilimsel makalelerle yarışıyor. İşte buna tanık olduk geçen hafta. Bir tarafta Google ekibinin “kuantum üstünlüğü” ilanı ya da bir başka deyişle zafer ilanı, diğer taraftaysa eski şampiyon IBM ekibinin bunun gerçek bir zafer olmadığını ispatlama çabası. Her ikisi de şu anda dünyanın süper gücü olan ABD şirketleri arasında yaşanan bir savaş. Dedim ya savaş kelimesi artık geçen yüzyılda kalan demode bir kavram. Ülkeler ve şirketler artık savaşmıyor, yarışıyor. Zaten o yüzden ne tesadüf ki aynı meydana, bilim arenasına, aynı Ekim ayında Çin’den de bir makale katıldı. Üstelik Çinlilerin Kuantumun babası dedikleri bir bilim insanı ve ekibi tarafından. Neden bu mücadele? Nedir bu telaş? Niye herkes “kuantum üstünlüğü”nün peşinde. Söyleyeyim. Bu yüzyılda yeni bir şey başarabilmek için artık uzaya uydu göndermek bile yetmiyor. “Kuantum üstünlüğü” gibi daha önce hiç ulaşılamamış yeni hedeflerin peşinden koşmak gerekiyor. Yeni bir çağı başlatabilme yarışı bu. O yüzden Google’ın ekibi kendilerini eleştirenlere Sputnik örneğini veriyor. “Sputnik de fazla bir şey yapmadı. Tek yaptığı, dünyanın çevresinde dönmekti. Oysa Uzay Çağı’nın başlangıcıydı.”

Geçen yüzyıl adeta Tolstoy’un romanındaki gibi bir “Savaş ve Barış” yüzyılıydı. Atalarımız o büyük savaşları verip bizi Cumhuriyet barışına ulaştırdılar. Şimdi sıra bizlerde. Bu yüzyılda onu muhafaza ve müdafaa etmenin yolu bir an önce bilimdeki o büyük yarışa katılmak. Çünkü görünen o ki içinde bulunduğumuz yüzyıl bir “Yarış ve Barış” çağı olacak.