2020 her anlamda birçok insanın hatırlamak bile istemeyeceği bir yıl olmaya devam ediyor. Fakat enseyi çok karartmamak adına bilim açısından da bir o kadar önemli bir yıl olmaya da devam ediyor. Mars’a yapılan görevler, venüs’te yaşam izlerinin keşfi derken biraz nefes alabiliyoruz. Fakat tam da pandemi başlamadan önce aslında başka çok önemli bir gelişme daha yaşanmıştı. 2020’nin Şubat ayında Amerika Enerji Bakanlığının Argonne Laboratuvarında ve Şikago Üniversitesinde çalışan bilim insanları çok önemli bir başarıyı dünyaya duyurmuşlardı.
Bilim insanları Şikago’da kuantum tüneli adını verdikleri tesiste bu zamana kadar elde edilen en uzun mesafede, 83.7 kilometrelik bir mesafede kuantum dolanıklığını elde etmeyi başardıklarını duyurdular.
Yani şimdi bundan bize ne de diyebiliriz fakat bebarbilim izleyicileri kuantum serisinden tanıdık bu mevzuya. Gördüğümüz, deneyimlediğimiz dünyadan çok farklı kuralların geçerliliğini sürdürdüğü bu evrende maddenin ve enerjinin davranışından bol bol bahsetmiştik. O nedenle bunun başarılması ve özellikle kontrol edilebilmesi çok inanılmaz olasılıkları mümkün kılabilir, çok acayip kapılar açabilir.
Bugün işte bu olasılıklardan en heyecan vericilerinden birini konuşacağız. Bildiğimiz anlamı ile teknolojinin, tüm insanlığın yeni bir seviyeye geçmesini sağlayacak bir kapıdan bahsedeceğiz.
Kuantum İnternetinden…
Başta bahsettiğim başarı işte bu kapının ilk anahtarı olabilir. Önümüzdeki 10 yılda şu anda kullandığımız internetin tamamen yeni ve inanılmaz hızlı ve güçlü bir versiyonunu dünyaya sunabilecek bir anahtar. Bugün kullandığımız internet altyapısının altında yatan bitlerin, yani sıfır ile birlerin yerini alacak “qubitlerin” hüküm süreceği bir alan. Kuantum Bilgisayarları videosunda da detaylıca konuştuğumuz üzere bu qubitler kuantum mekaniğinin çılgın olasılıklarını kullanarak tek bir değer ile çalışmıyorlar. Bir de olabiliyorlar, sıfır da, hem bir hem sıfır da olabiliyorlar. Bu sayede birlikte çalışan qubitler neredeyse sonsuz olasılıkları bünyesinde barındırabiliyorlar.
Bu sayede de bizim bildiğimiz haliyle belirli bir “bant genişliğine” sahip olan internet, kuantum interneti olduğunda çok daha fazla bir genişlikte çalışabilecek ve süper güçlü kuantum bilgisayarlarının ve benzeri kuantum cihazlarının birbirine bağlanarak şu anda elimizdeki imkanlarla aklımıza bile getiremeyeceğimiz işlemleri yapabilecek imkanlara sahip olabileceğiz.
Bahsettiğimiz kuantum dolanıklığı projesini gerçekleştiren Argonne’da görev almış olan Şikago Üniversitesi Moleküler Mühendislik Bölümünde spintronik ve kuantum bilişimim profesörü olan David Awschalom bunu şu şekilde açıklıyor.
“Kuantum interneti, bilgisayarların, ağların ve sensörlerin, iletişim, algılama ve hesaplama işlemlerinin tek bir olgu şeklinde çalıştığı tamamen yeni bir sistemde bilgi alışverişi yaptığı bir kuantum ekosistemi platformu olacaktır.”
Ama akıllarda bir soru. Bu bizim ne işimize yarayacak? Daha da önemlisi bunu nasıl yapacak?
Yani kuantum interneti nedir?
Şunu bir aradan çıkaralım. Kuantum interneti bizim bildiğimiz haliyle “standart internetin” yerine geçmeyecek. Bunu mevcut internetin bir tamamlayıcısı veya bir dalı olarak düşünebilirsiniz. Tatil fotoğraflarımızı ya da başkalarının bize gönderdiği doğum günü mesajlarını storylerimizden tüm dünya ile paylaşmaya normal interneti kullanarak devam edeceğiz. Kuantum dolanıklığına ya da süperpozisyona ihtiyacımız yok sonuçta bunları paylaşmak için.
En önemli fonksiyonlarından birisi şu anda internetin en büyük problemlerinden birine çözüm getirecek olmasıdır. Güvenlik. Kuantum interneti özellikle siber suçlar ve hacking sorunlarına karşı sahip olabileceğimiz en yüksek güvenliği sunabilecek potansiyele sahip. Örneğin bugün biri İstanbul’dan Berlin’e bir mesaj gönderdiğinde bu mesaj bir nevi bir hat üzerinden giderken gönderilen sinyaller farklı parazitler nedeniyle bozulmakta. Mesajın iletildiği kişinin cihazı bu sinyali aldığında önce sorunları çözüyor, sinyali güçlendiriyor ve sonunda mesaj okunabiliyor. Biz bu süreci elbette algılayamıyoruz, anlayamayacağımız kısa sürelerde bunlar gerçekleşiyor. Fakat bu kadar kısa sür ebile hacker’ların araya girerek mesajı çözmesine, değiştirmesine ve kopyalamasına yetiyor.
Fakat bu bir kuantum mesajı olsaydı bu sorun olmayacaktı. Kuantum ağları siber saldırılara karşı koruma sağlayan fotonlar ile gönderilir. Mesajların çözümlenmesi için matematiksel hesaplamalar yerine kuantum fiziğine özel yasalardan yararlanırız. Bu kuantum bilgilerin de kopyalanması, değiştirilmesi, bozulması mümkün değil. Kaldı ki biliyorsunuz bu mesajı değiştirmeden bakmanız da mümkün değil. Baktığınızda bozuyorsunuz. Mesaja müdahale etmeye çalıştığınızda mesaj kendisini imha ediyor diyebiliriz. Yani herhangi bir işlemin, bu bankacılık işlemleri olabilir ya da devlet veya şirket sırlarının çok çok daha güvenli bir şekilde şifrelenmesini sağlayacak bir altyapıdan bahsediyoruz.
Yine bu noktada başta bahsettiğim kuantum dolanıklığı deneyinin önemine değinmek gerekirse başkasının erişimine kapalı şekilde bilgi alışverişi yapmak isteyen için en kullanışlı ve güvenli sistem budur. Birbirine dolanık olan iki parçacığı kullanarak haberleşmek. Zira birbirine dolanık iki parçacık aslında tek bir olgudur aslında, ne kadar uzak olurlarsa olsunlar. Bunu da David Bohm şu şekilde özetlemişti “Aslında tüm evren bölünemez, tek bir olgu olarak ele alınmalıdır.”
Ama isterseniz daha anlaşılır bir çerçeveye oturtalım. Daha önce konuştuğumuz kuantum ışınlanması olgusu. Louisiana Üniversitesinden bir araştırmacı Sumeet Khatri ve arkadaşları bu konuda bir çalışma da yayımlamıştır. Uzay tabanlı kuantum internetini teorileştirmişlerdir. Yani yörüngeye gönderilecek kuantum uyduları ile dünyaya sürekli dolanık fotonlar göndererek bir kuantum interneti ağının oluşturulabileceğine inanıyorlar.
Kuantum ışınlanması ise burada devreye giriyor. Işınlanma derken bilim kurguda karşımıza çıkan örneklerden bahsetmiyoruz. Çok uzak gelecekte olasılık dahilinde olduğuna inanan bilim insanları olsa da henüz kendinizi dünyanın öbür ucuna ışınlamayı şimdilik unutun. Burada, kuantum interneti kapsamında bahsettiğimiz kuantum ışınlanması şu şekilde çalışıyor. Örneğin bilgi alışverişi ya da bir işlem yapmak isteyen iki kişi birbirine dolanık olan birer kuantum parçacığına sahiptir. Bilgi göndermek isteyen kişi bu parçacıkların birbirine dolanık olma özelliğini kullanarak istediği bilgiyi karşısındaki kişiye gönderebilir.
Şimdi bu dolanık parçacıkları tüm dünyaya belirli noktalara yaydığımızı düşünün. İşte size kuantum interneti. Ama buradaki sıkıntı tüm dünyaya bu parçacıkların nasıl dağıtılacağını ve yerleşimin nasıl olacağını çözmekte yatıyor.
Yine de bu sorun çözüldüğünde, geniş çaplı bir kuantum internet ağı oluşturulduğunda inanılmaz bir hıza ulaşılacak ve mesela tüm dünyadaki saatler bugünkü atomik saatlerden bile çok daha hassas bir şekilde anlık olarak senkronize edilebilecek. Bu sayede GPS navigasyonu bugünkünden çok daha hassas bir şekilde her yerden santimetreler ile ölçülebilecek hassasiyette çalışabilecek. Ya da bilim insanları dünyanın kütleçekim alanını o kadar detaylı bir şekilde haritalayabilecekler ki ufacık kütleçekim dalgaları bile algılanabilecek. Ya da dünyanın dört bir tarafından teleskoplar arasında fotonlar ışınlanarak dünya büyüklüğünde dev bir teleskop elde edebileceğiz. Bu sayede de yıldızların çevresindeki tüm gezegenlerin çok hassas bir şekilde gözlemleme şansımız olacak.
Ya da asıl önemlisi dünya çapında birbirine bağlı kuantum bilgisayarlardan oluşan bir ağ ortaya çıktığında işte bu noktada şu anda yanına bile yaklaşamayacağımız simülasyonları gerçekleştirmek mümkün olacak. Bu şekilde moleküller ve proteinlerin davranışları daha iyi anlaşılarak yıllar süren ilaç denemeleri saatlere indirilebilecek.
Bunun yanında bilim insanlarını ve dolayısıyla bizim gibi bilim severleri en heyecanlandıran olasılıklardan biri de şu. Şu anda evrenin işleyişi ile ilgili, hadi dürüst olalım, hiçbir fikrimiz yok. Yani kuantum mekaniğinin nasıl çalıştığına dair bir resim var karşımızda fakat nasıl olduğunu ve bunun asıl uygulamalarını çözebilmiş değiliz. Yani karşımızdaki resim oldukça buğulu.
Ancak kuantum bilgisayarlarından oluşan bu internette tüm bu bilgisayarlar birlikte çalışarak, evet, evrenin bir simülasyonunu çıkarmaya, büyük patlamanın ilk saniyesinden itibaren bugüne kadar tüm parçacıkların davranışlarının şemasını çıkararak bugünü ve geleceği tahmin ve hatta kontrol etmeye olanak sağlayabilir.
Fakat tüm bunların gerçekleşmesi için öncelikle işin teknik kısmını bir çözmemiz gerekiyor. İleride ayrı videolarda bahsedeceğimiz kuantum bilgisayarlarında ısı problemi, parçacıkların kontrolü ve denetimi gibi sorunlarla başa çıkmamız gerekiyor önce.
Yani şu anda klasik depolama ve şifreleme teknolojileri ile bir mesajı şifreleyip sakladığınızda bu bilgi çok uzun süre o şekilde kalıyor. Fakat kuantum mekaniğinin gariplikleri nedeniyle bir parçacığa bilgi şifrelediğinizde bu parçacık neredeyse hemen bozunmaya başlayabiliyor.
Ya da yine gözlemci sorunundan da hatırlayacağınız üzere parçacıklar dış dünya ile hiç iyi anlaşamıyor ve hemen çöküyorlar. Utangaçlar. Kuracağınız kuantum ağının dış dünyanın etkenlerinden izole edilmesi bu aşamada şart. Fakat bununla ilgili de çalışmalar yürütülüyor. Tamamen arındırılmış vakum tüpleri kullanılabilir fakat yine de kuantum alanları hiçbir yeri boş bırakmıyor malum.
Yani özetle henüz aklımıza bile gelmeyecek olasılıklara gebe olsa bile kuantum internetini kullanabilmek için büyük ihtimalle henüz icat edilmemiş bazı donanımlara ihtiyacımız var. Yakın zamanda uzaya bir tür kuantum uydusu gönderen Çinli bilim insanlarına göre bu aşamaya 2030 yılında gelebiliriz.
Fakat bunun için işin teorik kısmının ötesinde, kusursuz bir mühendisliğe ihtiyacımız olacak. Bunu başaracak olan isimler, kurumlar ve en nihayetinde ülkeler ise en basit haliyle geleceğin sahibi olacaklardır. Gönül ister ki biz de bu anlamlı savaşa dahil olalım ve geleceği şekillendiren bir aktör olalım. Bunun olmaması için de bir neden göremiyorum. Her anlamda değişime ihtiyaç duyan, yeniliğe açık, azimli ve asıl önemli olana, mantığa ve bilime yüzünü dönmüş yeni neslin buna muktedir olduğuna inancım tam. Önümüzdeki 10 yılda, 20 yılda kuantum teknolojisi çağında kürsülerde, Nobel ödüllerinde, dünyayı şekillendiren insanlar listesinde bu çocukların ismini görmek istiyorum ve bunun da olacağını hissediyorum.
Ve her zaman olduğu gibi.
Tekrar görüşene dek.
İyi ki varsınız.
Sevgiler!
Kaynaklar:
https://www.wired.com/story/quantum-internet-is-13-years-away-wait-whats-quantum-internet/
https://www.nature.com/articles/d41586-018-07129-y