Kuantum Bilgisayarları İnsanlığın İşine Tam Olarak Hangi Alanlarda, Nasıl Yarayacak?
19. yüzyıl'da dünya ekonomisi makinelerin de yardımıyla insan emeğinin efektif şekilde kullanılması ile büyüme yolunu seçmişti
bu fabrikaların kurulacağı anlamına geliyordu. fakat bu tercih insanlığın iki kez cihan harbi etmesine sebep olacaktı. insan emeği hammadde kaynakları olmadan çok da fazla bir işe yaramıyordu. savaşlar daha çok bu yüzden çıkmıştı. ikinci dünya savaşından sonra hegemonik güç haline gelen amerika birleşik devletleri olmuştu ve nisbeten de dünya’ya bir dirlik getirmişti. fakat ikinci dünya savaşı'nın tek muzaffer tarafı abd değildi, sovyetler de bu savaşı kazanmıştı o da hegemonya hayalleri kuruyordu doğal olarak. bu yüzden abd ve rusya arasında bir yeni savaş başlamıştı fakat bu savaş daha farklı bir savaştı, bu savaş bilim ve teknolojinin savaşıydı. artık bilim ve teknolojinin çağı başlamıştı. ay’a gidildi. ay’a gitmeden önce insanlık, ikinci dünya savaşı sonuna doğru keşfettiği bilgisayarı artık programlayabilir hale gelmişti çünkü. şimdi ise yeni bir dönüşümün eşiğindeyiz. bilgisayarlar değişmek üzere. konvansiyonel bilgisayarların binlerce yıl çalışarak sonuca varabilecekleri problemleri saniyeler içersinde çözebilecek olan yeni bilgisayarlardan bahsediyoruz artık. kuantum bilgisayarlar. günümüzünde en çok ihtiyaç duyduğumuz optimizasyon ve şifreleme işlemleri konvansiyonel bilgisayarlar için çözmesi zor problemler olarak karşımıza çıkıyor fakat kuantum bilgisayarlar için bu problemler sadece birkaç saniyelik bir iş.
bu genel dergi makalesi tarzındaki giriş paragrafını da yazdığımıza göre artık asıl söylemek istediklerimi söyleyebilirim
bu kuantum bilgisayarlar çok uzun süredir aslında insanlığın tabağında olan bir yemek. fakat özellikle geçtiğimiz yıl ciddi kıpırdanışlar başladı bu konu üzerinde. yine ne yazık ki bizim kendi medyamızda bu konular hakkında pek haber yapılmıyor. ben gazeteci değilim, benim bu konuları araştırma motivasyonum bambaşka fakat bunları paylaşmayı seviyorum.
kuantum bilgisayarlarına daha doğrusu kuantum hesaplama -quantum computing/computation- işlerine büyük finans kuruluşlarından ciddi yatırım gelmeye başladı. 2019 yılında google’ın yaptığı bir kuantum üstünlük deneyinde -quantum superiority- ortaya çıkan sonuçlar nature dergisinde basıldı (makale harika bu arada). kaynakları yazının sonunda vereceğim.
google bu deney sonucunda konvansiyonel bilgisayarların 10 bin yılda çözeceği bir problemi quantum bilgisayar kullanarak 200 saniyede çözmeyi başardı. bu da tabii ki direkt olarak bazı çevrelerin dikkatini çekti. düşünebiliyor musunuz? makinaların emeklerini bugün para haline getirmiş olan insanlık bitcoin’in bir tanesini 30-40 bin amerikan dolarından değiş tokuş ediyor ve bu coin konvansiyonel bilgisayarlar tarafından üretiliyor. bunu kuantum bilgisayarı belki değerini düşürecek bir nitelikte bir güçte geliyor fakat konvansiyonel bilgisayarın 10 bin yıllık çalışmasının sonucunu 200 saniyede almak demek çok daha fazla doğru -fidelity- ve hızlı -speed-up- üretim demek. kısacası bunu şöyle düşünmek gerekiyor bir işçi bir günde ürettiği değeri bir şekilde 1 saniyede ürettiğini düşünün. eğer klasik ekonomik kurallarında üretilen değer emek ve sermayeyinin birleşiminden kaynaklanıyorsa ve bu üretilen değer üzerindeki payları bunun %40-%60’i gibiyse, aşağı yukarı 20 bin kat daha hızlı üretim yapabilecek olan işçiler artık 20*0.4 8, dünya ekonomisini 8 bin kat büyütme gücüne erişmiş olacaklardı. işte quantum bilgisayarların değiştireceği dünya böyle bir dünya olacak ve bu dünyanın içerisinde yer alamamış insanlar ile yer alabilmiş insanlar arasındaki fark çok daha fazla açılacak.
birkaç da fotoğraf vermek iyi olacak burada, bu fotoğrafların referansı da aşağıda olacak. bu google'ın sycamore adlı makinesinin fotoğrafları.
kuantum bilgisayar
kuantum işlemci
burada dikkat ederseniz quantum bilgisayarlar hakkında teknik bilgi vermiyorum çok fazla. çünkü bu bilgilere araştırma ile herkes kavuşabilir. burada benim yapmak istediğim şey ise bu teknoloji içerisindeki kritik alanların bizim hayatlarımızda neler değiştireceği kısmı oluyor. bunu bir komplo teorisyeni gibi “yeni insanlık kuruluyor, dijital çağ başladı, yeni efendilerimiz geliyor” gibi değil, bu işten nasıl faydalanabiliriz sıradan insanlar olarak bunların peşinden gitme odaklı bir sunuş yapmak istiyorum.
bu kuantum bilgisayarların temel olarak konvansiyonel bilgisayarlardan iki farklı çalışma prensibi var
daha doğrusu, konvansiyonel bilgisayarlarda olmayan kuantum bilgisayarlarda olan iki tane fiziksel fenomen var. bunların ilki superposition denen bir şey ötekisi de entanglement (dolanıklık) denen bir şey. bu iki fenomen sistemin quantum state denen kuantum düzeyinde ya da durumunda, halinde çalışmasını sağlıyor. dışarıdan herhangi bir bozucu geldiğinde ki bu kuantum işlemciler gerçekten çok nazlılar hemen classic state denen bizim alışık olduğumuz duruma geçiyor. e peki nedir bu kuantum işlemcileri rahatsız eden şey? birincisi ve belki de en önemlilerinden biri bu işlemciler derin uzaydan daha soğuk ortamlarda çalışmak istiyorlar ve ortamın sıcaklığının değişmesi hemen onları kuantum halden klasik hale sokuyor. derin uzay bu arada 2.7 derece kelvin civarında. denilenlere göre kuantum çipler yani işlemcileri oluşturan komponentler bu sıcaklığın 250 kat daha soğuk olduğu yerleri seviyorlarmış. bu işte kabaca, 2.5 desek, 0.011 derece kelvin sıcaklıkta olmaktan hoşlandıklarını söyleyebiliriz.
bir ikinci husus da bu konuda gözlem konusu. biliyorsunuz bu sistemler temelde schrödinger’in kedisi ile anlatmaya çalıştığı gözlemci olduğu zaman farklı davranıyorlar. yalnız bu durum soyunan arkadaşınıza “hadi tamam bakmıyorum” demeniz gibi değil, orada o tür bir işlemin olduğuna dair ölçülebilir bir bilgi sızmasında dahi sistem “beni tanıdılar, siz kaçın” diyor. kısacası sistemlerden bir foton bile kaçmamalı. yoksa orada kuantum halinde bir işler döndüğü hakkında bilgi sızmış oluyor dış dünya’ya ve bunu sevmiyor bu işlemciler. bu probleme de decoherence deniyor ve makina birden lümsüz bir kablo yığınına dönüşüyor. bu sadece sıcaklık değil, manyetik flux gibi ya da radyo dalgaları filan gibi yani dış dünyada ne varsa gürültü kaynağı her şey bu makinenin keyfini kaçırmaya meyyal. işte bu konularda mesela ciddi araştırma–geliştirme işler olduğunu söylemek pek mümkün. kabaca süperpozisyon soğuk ortam entanglement da gözlemcisizlik istiyor. bu kadar kesin ve basit değil ama kabaca böyle düşünmek beyindeki yükü azaltacaktır.
“finans kuruluşları yatırım yapıyor dedin ama kim bunlar bir şöyle de görelim.” diyecekler için
goldman sachs var en büyük yatırımcılardan, daha sonra bana göre dünya’nın en iyi finans kuruluşu olan fed’den daha çok saygı duyduğum jp morgan var. citi group yine bu listede. bir de wells fargo ibm q programına dahil olmuş. kim bu wells fargo diye baktım bir de ne göreyim, wells fargo berkshire hathaway’in bir şirketiymiş. peki berkshire hathaway kimin? en büyük ortağı warren buffet. sadece abd tarafında değil avrupa’da bbva da bu işin içinde. kısacası finansçılar bu işin peşindeler. bu olayların kısa zaman içerisinde finans piyasalarını ve borsaları oldukça etkileyeceğe benziyor. bu etkileşim kötü şekilde olmayacak belli ki. peki bu finansçıların ne işi var kuantum bilgisayarla? neden böyle bir teknoloji insanlığın faydasına kullanılmıyor da hemen borsa morsa işlerinde kullanılıyor? burası tüyleri diken diken eden bir nokta dikkatinizi istirham edeceğim: bundan 100 yıl önce tercih ettiğimiz, 30 sene önce de kesin şekilde karar verdiğimiz şu an içinde olduğumuz ekonomik sistem buna kapitalist sistem diyin ya da neoliberal dönem vs hiç fark etmez, ekonomik krizler üreten bir sistem. bunu da çoğu kişi süper bir çıkarımmış gibi ilgi karşılığında satmakta.
peki neden ekonomik kriz üretiyor bu sistem?
tek bir cevabı var: portfolio optimizasyonu hatasız yapılamadığı için. yani yatırım yapılacak para kusursuz zamanlama ile, kusursuz miktarda, kusursuz işlemler gerçekleştirilmiyor. sistem içerisinde daima reziduel bir iz bırakıyor bu hatalar.
Reziduel: Sonuçlardaki hata kalıntısı.
mesela jp morgan altın alacak. 1 milyar dolar yerine 1.1 milyar dolar alıyor, bunu da yarım saat erken yapıyor. bu yüzden sistemde bir çalkalanma oluyor. bunu da şöyle hayal etmeniz mümkün. akrobatik dalış var ya şu sıçratmadan suya girenin kazandığı; hani öncesinde takla makla atıyorlar akrobatlar, işte böyle olmalı işlemler. şu an kötü değil yapılan işlemler fakat eldeki makineler ile ancak bu kadar. kuantum makineler bu işleri artık çok daha hassas yapabilecek. daha doğrusu daha karmaşık problemleri üretebiliyor ama çözemiyoruz artık bunları çözebilecek bu bilgisayarlar. işte bu yüzden ilk kullanım alanı da finansta oluyor. artık dünya’da ekonomik kriz yaşamak istemiyor insanlık.
kuantum bilgisayarlar bu işleri yapmakta çok mahirler
dahası, bu tür problemleri çözmekte muktedirler. yani optimizasyon problemlerini. optimizasyon problemleri nedir dersek çok kabaca şu şekilde bir cevap vermek mümkün: işin içinde çok değişken olduğu ve optimizasyon fonksiyonu denen bu da aslında içine iyice girdikçe utility function yanı fayda fonksiyonuna gelen bir fonksiyonu maksimize etmeye çalışan çabadır. gerçek bir örnek verelim; diyelim ki sizin bir bakkalınız var ve bakkalda bin tane ürün satıyorsunuz. fakat o ürünlerden bir tanesi en yüksek kar oranına sahip. e peki neden binlerce ürün satıyorsunuz? sadece o en yüksek karlı ürünü satın? işte öyle olmuyor. optimizasyon böyle bir şeydir. daha düşük kar getiren ürünü satmak sizin aslında kârınızı maksimize eder. karma bir ürün havuzu oluşması daha iyidir. bunu bakkallar böyle hissikablelvuku ile yaparken bilgisayarlar gerçekten hesaplayarak yapar. düşünsenize binlerce ürün var, onların ne zaman tedarik ne kadar tedarik edileceği var. işin içinde binlerce değişken binlerce kez değişince ortaya milyonlarca problem çıkıyor ve biliyoruz ki bugün konvansiyonel bilgisayarların en hızlılarının işlemcileri saniyede 5 milyar filan işlem yapıyor. bunları da birbirine paralel bağlayınca ip gibi öyle toplanmıyorlar ama olsun yine de bir artış oluyor işlem hızında, allocation filan yapıla yapıla bu sanki seri bağlı gibi oluyor, biraz da işte manipülasyon filan deken 1000 işlemcili 10 bin izlekli bir süperbilgisayar saniyede 10 trilyon işlem yapabilir hale geliyor. yani saniyede 1 tb harddisk dolduracak daha üretiyor ya da bu işlemi kaldırabiliyor. fakat 100 trilyon tb olunca işte 3 milyon yıldan fazla sürüyor. inanmayan 100 trilyon saniye kaç yıl yapıyor hesaplasın. işte o yüzden kuantumlu işler böyle çok küçükler dünyası 10 üzeri eksi 30 gibi mesela, öte taraftan da astronomik rakam deriz, yaani onlar da işte böyle 10 üzeri 30 filan gibi sayılar. örnek verelim: dünya ile a341zkq74w adlı gezegen arasındaki mesafe 10^356 milimetre olsun. bu da işte 10^350 km yapıyor. çok küçükler ve çok büyükler dünyası böyledir işte. çok farklı bir dünya. mesela bizim insanlık olarak bildiğimiz en küçük ya da en kısa şey bir planck uzunluğu 1.616x10^-35 metre. hepimizin ortaokuldan bildiği avogadro sayısı vardır, 6.023 x 10^23. bir de 10^-26'li bir şey vardı hatırlamıyorum... neyse bu gibi problemleri çözmek için çok uygun işte kuantum bilgisayarlar. ee bir tek optimizasyon mu? yani hayır ama hayatımızın çok büyük bir kısmı optimizasyondur bu arada.
bir diğer unsur da kriptografi alanında, yani encryption filan işleri
buradaki sorun ne? buradaki sorun da şu böyle 500 basamaklı bir sayının asal çarpanlarına ayıramıyor yine konvansiyonel bilgisayarlar. kuantum bilgisayarlar bu konuda çok iyi. yani muhtemelen bu blockchain işlerini filan hallaç pamuğu gibi atabilir bu kuantum işlemciler.
bir başka şey de random number generatör. bilgisayarlar random number üretemiyorlar aslında. yani böyle bir yetenekleri yok. kafadan bir sayı atmak yani. çünkü klasik bilgisayar hep bir programlama ile bir iş halleder. ona söylemeden bir şey yapamaz. o yüzden “hadi bir sayı söyle” deyince de bir şey yapamıyor. ha peki bu bankacılık işlemlerinde filan üretilen tek kullanımlı şifreler random number generation değil mi? evet öyle fakat bunlar da bir tür data setine dayalı şekilde çalışıyorlar. mesela, dünya’nın en iyi random number generatorları dünyadaki son 100 yılın deprem istatistiklerini alıyor, bunu da amerika’daki tarım dışı istihdam verileriyle çarpıp bölüyor böyle saçma sapan bir veri seti elde ederek algoritmalarını train ettiriyorlar ve ortaya bu çalışma sonucunda random number üretebilen bir algoritma çıkıyor.
buradan biraz da artificial intelligence hakkında konuşmak şart oluyor
biliyoruz ki günümüzdeki ai algoritmaları yine konvansiyonel bilgisayarlar ile çalıştırılıyorlar. yani algoritmalar klasik hesaplama (classic computation) metotları ile train ediliyorlar. manava gittiniz ve 1 kilo domates aldınız. sonra reyona bakmaya devam ediyorsunuz. manavın da size şöyle dediğini düşünün “2 kilo daha domates almak ister misin?” bu soruyu duyduğunuzda yüzünüz ekşiyecektir. “mal mı bu?” filan diye düşüneceksinizdir ya da "çeri domates de vereyim mi" filan gibi bir şey dediğini düşünün. "tamam lan aldık işte domates" dersiniz, bunu telaffuz etmeseniz bile en azından içinizden dersiniz yani. bir de şöyle bir senaryo düşünün. amazon’dan diyelim kendinize bir bot aldınız caterpillar marka. sonra amazon size neredeyse tamamen aynı olan “timberland bot” reklamı gönderiyor. buna şaşırıyor musunuz? hayır. çünkü yapay zeka henüz gerizekalı. fakat bu kuantum bilgisayarlar eline geçtiği zaman leb demeden leblebiyi anlayıp, bot alan insana belki köfte siparişi yapmak ister misin diye soracak. “oha ne alaka lan” derken, kendinizi alışverişinizi bitirmiş muzaffer bir müşteri olarak şimdi yemek yiyebilirim artık diye düşünürken bulduğunuzda kanınız donabilir. fakat bana henüz aldığım kitabın “bunu alanlar bunu da aldı” diye aynı kitabın hardcover olanını ya da bir önceki baskısını öneriyorsa bunun yapay zeka algoritmasının probleminden daha çok, o algoritmayı çalıştıran bilgisayarın hantallığından olduğunu da unutmamak lazım. kuantum bilgisayarlar burada da bize yeni oyunlar yapacaklar gibi görünüyor sanki.
kuantum bilgisayarla zengin nasıl oluruz sen bize onu anlat diyenler varsa kanalıma abone olup katıl butonuna tıklayıp bana her ay para ödemelerini istiyorum ve beni twitter'dan takip etmelerini öneriyorum ahahaha.
dalga geçmeyi bir kenara bırakıp, bir uyarıda bulunmak istiyorum
türkiye’deki bilgisayar mühendislerinin ya da yazılımcıların %90’ı hayatında hiç süperbilgisayarda bir job run etmeden mezun olan öğrenciler. dolayısıyla da profesyonel iş hayatlarında bu tür işler değil daha çok amelelik kodları yazarak mesleklerini ifa ediyorlar. bunu küçümsemek için söylemiyorum, yanlış anlaşılmak pahasına çok açık konuşuyorum sadece insanların tepkilerini çekme riskini alarak. türkiye bu konularda gelişmemiş bir ülke olduğundan mühendislerimiz çağı yakaladığını düşünüyor olabilir çoğu yazılımcı arkadaşımız fakat yola 5 saat geç çıkmış bir otobüsün ön koltuğunda oturmak sizi kesinlikle gideceğiniz yere vaktinde götürmeyecek. o yüzden türkiye’de hangi kurumsal şirkette çalışıyorsanız çalışın, hangi maaşları alırsanız alın, türkiye’deki bilişim, telekomünikasyon, bankacılık, fintech, ne işe artık hangi işle uğraşıyorsanız bunların hepsi abd’nin gerçekten en az 10 yıl gerisinde. bu dönemde 10 yıl olmak demek aslında 1500’lü yıllarda 100 yıl geride olmak gibi bir şey.
başka bir konu da felsefi derinlik meselesi
örneğin, telekomünikasyon ne demek onu özümsememiş insanlar bu işlerin kodunu yazamazlar arkadaşlar. ne yazık ki yazamazlar çünkü sorun ne onu bilmiyoruz. buradaki sorun tele uzak demek, komünikasyon da iletişim demek, temelde uzaktan iletişim sağlamaktır yani bunu anladığımız zaman kafamızda bir alan açılacak. bu her iş için böyle burada özellikle telekomünikasyon alanında çalışanlara laf çarpmıyorum kesinlikle öyle bir amacım yok. o yüzden bankacılık için de aynı örneği vermek mümkün. portfolio optimisation denen şeyin temelinde optimizasyon var. bu da optimus latince kökünden gelmiş en iyi anlamına gelen -ize ile de -leştirme anlamıyla en iyileştirme gibi bir anlam ile çıkıyor karşımıza. basit görünebilir ama biz türkler bu basit şeyleri atladığımız için konu içerisinde derinlere indiğimizde bağlamdan kopuyoruz çünkü ne yaptığımızı bilmiyoruz. bu da sürdürülebilir ilerlemeyi getirmiyor işte. o yüzden ben özellikle bilişim telekom, fintech vs gibi alanlarda çalışan arkadaşlara şunları öneriyorum naçizane. kuantum algoritmaları üzerinde kendinizi geliştirin. bunlar nedir nasıl çalışıyor öğrenin. özellikle geçen gün de bahsetmiştim, combinatorics, combinatorial operasyonlar tarafında kendinizi geliştirin. kuantum bilgisayarların çıktıları deterministic değil tamamen probabilistic, o yüzden çok iyi discrete mathematics bilmek gerekiyor. önceden de dediğim gibi bizdeki çoğu öğrenci hayatında süperbilgisayar dahi görmeden bu işi yapıyor. emin olun müşteri listesi içinde sorgu yapmak ya da finansal enstrümanlardan oluşan bir tabloda pivot tablosu yaratmak gibi basit işler günümüzün problemleri değil bundan 20 sene öncesinin problemleriydi fakat bu işleri yaparak para kazandığınızı görün. kapital sahibi alır bir kuantum bilgisayar koskoca bir departmanda 20 yazılım mühendisinin yaptığı işi bir designer bir de coder ile bitirir işini, siz de işlevsiz kalırsınız. eski bir arkadaşım odtü teknokent'te yazılım şirketinin ortağıydı. bunlar doğalgaz abonelik programı yazmışlar, müşterileri kontrol ediyorlar. şu adreste bu oturuyor, vanasından şu kadar gaz geçti filan. belediyeler için çalışıyorladı. bütün iş bu. bir tane liste var. o kolonu al ötekiyle kıyasla, çarp böl, sorgu yap, müşteri ekle müşteri çıkar. “ya kolay mı sanıyorsun sen bu işleri” hayır değil belki ama sıradan yani. 200 kiloyu kaldırmak da zor ama kaldırınca da pek bir işe yaramıyor. burada kimsenin yaptığı işi küçümsemiyorum, amacım geleceğin nerede olduğundan haber vermek ve farkındalık uyandırmak. bana burada birkaç kişinin hayatına dokunmuş olabilmek yeter. zaten fazlası da mümkün değil eşyanın tabiatı gereği.
limana yeni bir gemi geliyor ve bu gemi yeni yerlere götürecek bazı insanları. o yüzden yavaş yavaş bulunduğumuz yerden “gitsek mi acaba ya” diye düşünmenin vaktidir. bu iş için hazırlıklar yapmak için çok güzel zamanlar. korkmayın, eğer warren buffet bu işe para yatıyorsa bu işten zararlı çıkmasının imkanı yok.
referanslar:
https://en.wikipedia.org/wiki/quantum_computing
https://en.wikipedia.org/…–turing_thesis#variations
https://www.mckinsey.com/…change-financial-services
https://ai.googleblog.com/…-using-programmable.html
https://www.nature.com/articles/s41586-019-1666-5
Günümüz Bilgisayarlarını Çöpe Atmayı Planlayan Kuantum Bilgisayarı Nedir?
