Kuantum Teknolojiler ve Uygulama Alanları

Orijinal yayın tarihi: 4 Aralık 2019 —kaynak(bilimma)

Her geçen gün adını daha sık duymaya başladığımız kuantum teknolojiler yaygınlaştıkça yaşam üzerindeki etkileri daha fazla gözlemlenecek. Alıştığımız teknolojiler yerini çok daha hızlı ve güçlü sistemlere bırakacak. Geleceğin teknolojisine hazırlanırken, kuantum teknoloji ve getirecekleri değişikliklerin bir kısmına bakalım.

Kuantum Teknoloji Nedir?
Kuantum teknolojiler; fizik ve mühendislik dallarının bir araya gelmesiyle ortaya çıktı. Temel olarak, kuantum sistemlerin sunduğu (süperposizyon, dolanıklık gibi) farklı özelliklere dayanıyor. Klasik bilgisayarlarda veri işleme ve saklama ikili sisteme dayanır. Yani bir bit sadece iki durumdan birinde (1 ya da 0) olabilir. Kuantum fizikte geçen “Süperpozisyon” ise bir parçacığın kuantum durumunun aynı anda farklı durumlarda olabilmesi anlamına gelir.Yani “kubit” olarak adlandırılan kuantum bit, aynı anda hem 1 hem de 0 durumunda olabilir. Kuantum dolanıklık ise; iki benzer parçacığın aralarında fiziksel bir etkileşim olmadan bağlantılı olmasını ifade ediyor. Kuantum teknolojiler bu kavramlar üzerine kuruluyor.

Kuantum Teknolojiler Nerede Kullanılır?

Kuantum teknolojilerin bir kısmı halihazırda kullanıma başlanmış durumdadır. Günümüzde, laserler, tranzistörler, yarı iletken cihazlar ve MRI görüntüleyiciler gibi kuantum teknolojileri kullanan cihazlar bulunuyor. Kuantum teknolojileri deyince akla ilk olarak kuantum bilgisayarlar ve hızlı hesaplama gelse de kuantum teknolojiler temel olarak dört alanda kullanılıyor:
Kuantum Sensörler: Kuantum sensörler, frekans, elektrik/manyetik alan ve sıcaklık gibi fiziksel nicelikleri oldukça hassas şekilde ölçebilirler. Ayrıca kuantum sensörler değişik uygulamaları ile uydulardan uçaklara farklı alanlarda kullanılabilir.
Kuantum Hesaplama: Kuantum bilgisayarlar, klasik bilgisayarlardan farklı olarak kubitlerle işlem yapar ve veri saklar. Bu sebeple de hesaplamaları süperbilgisayarlardan bile hızlı şekilde yaparlar. Dolayısıyla hızlı bilgisayarlara ihtiyaç duyulan havacılık, tıp alanlarında birçok problemin oldukça hızlı çözülmesini sağlayacaktır.
Kuantum (güvenli) iletişim: Kuantum bilgisayarların mevcut kriptografik sistemleri kolayca kırabileceği ve ciddi bir güvenlik açığı oluşacağı fark edilince, bu alanda da çalışmalar başlamıştır. Bu doğrultuda kuantum güvenli iletişim mekanizmaları (algoritmalar, anahtarlama sistemleri, kimlik denetleme) üzerinde çalışılmaktadır.
Kuantum Simülasyon: Kompleks kuantum sistemlerinin süperbilgisayarlar ile modellenmesi mümkün değilken, kuantum simülatörler buna olanak vermektedir.

Kuantum Hesaplama Neleri Değiştirecek?

Kuantum bilgisayar kullanımının yaygınlaşması ile çözümü (süperbilgisayarlarla bile) zaman alan yüksek performans hesaplama problemlerinin kolayca çözülmesi bekleniyor. Bu alanlardan birkaçını şöyle sıralayabiliriz:
• İnternet üzerindeki mevcut güvenlik sistemleri kuantum bilgisayarlar ile kolayca kırılacağı için kuantum kriptografi ile koruma yaygınlaşacak.
• Çok fazla verinin kısa sürede analiz edilmesi sonucu, makine öğrenme ve yapay zeka unsurları çok daha akıllı ve hızlı çalışan bir hâl alacak.
• İlaç sektöründe çok fazla parametrenin dahil edildiği uzun süre alan problemler, daha hızlı analiz edilecek ve çözümlenecek.
• Kuantum bilgisayarların yapacağı hızlı optimizasyon hesapları ile hava ve kara trafiğinde akıcılık sağlanacak.
• Hava durumu tespiti, süperbilgisayar ile bile tam olarak yapılamamaktadır ve hesaplamaların ardından tahminler üzerinden yapılmaktadır. Kuantum bilgisayarların hava durumu tespitine de netlik ve kolaylık getirecek.
• İklim değişikliği modellemesi konusunda da etkili olacağı düşünülen kuantum bilgisayarlar, doğru önlemlerin hızlı şekilde alınmasında rol alacak.
• Kuantum bilgisayarlar, bit bazlı işlem yapan geleneksel bilgisayarlar yerine, problemlerin bütününü tek seferde ele alıyor. Bu sebeple finans hizmetlerinden milli güvenlik konularına birçok alanda etkileyici adımlar atılması bekleniyor.

Hızlanan yüzyılda kendimizi kuantum çağına hazırlarken, farklı teknolojilerin yerini kuantum teknolojilere bırakacağını da göreceğiz. Birçok ülkede kuantum teknolojiler alanında çalışmalar başlamış durumda. “Bu doğrultuda neler yapılabilir?”, “Hangi alanlarda girişim imkânları oluşur?”, “Hangi alanlarda eğitim geleceğe hazırlar?” şimdiden düşünmekte ve adım atmakta fayda var.

Kaynaklar
1- https://www.nanoqtech.eu/quantum-technologies
2- https://www.businessinsider.com/quantum-technology-2017-7
3- https://www.forbes.com/sites/bernardmarr/2017/07/10/6-practical-examples-of-how-quantum-computing-will-change-our-world/#3efe36b080c1