Bugün 10Haber hariç Türkiye’de hiçbir yayın organı konuyla ilgilenmemiş, ama dünyanın bütün saygın gazete ve web sitelerinde ön sıralarda aynı haber var: Google’ın dün açıkladığı kuantum bilgisayar.

‘Google’ın dün açıkladığı’ diyorum ama, lafın gelişi: Aslında dün dünyanın en saygın bilim dergilerinden biri olan Nature’de çıkan bir bilimsel makaleden söz ediyoruz. Uzmanı olmayanların pek anlayabileceği bir makale değil.

Makalede onlarca kişinin imzası var. İmzaların ezici çoğunluğu Google’ın California Mountain View’deki ‘Quantum AI’ adlı araştırma biriminden. Bazı üniversitelerden fizikçi, kimyacı, malzeme bilimci gibi bilim insanları da var imzalar arasında ama esas kalabalık Google’dan.

Burada şunu bir kez daha görüyoruz: Bilim sadece üniversitede yapılan bir şey değil. Zaten baktığınızda, bugüne kadarki Nobel ödüllerinin pek çoğunun üniversitelerde değil şirketlerin ArGe departmanlarında çalışan araştırmacılara verildiğini görüyorsunuz. Daha bu yıl Google’ın DeepMind adlı yapay zeka şirketinden iki isim Nobel aldı.

Peki neyi başardı bu araştırmacılar, bilimsel makale ne hakkında?

Kızmayın bana ama biraz geri dönüp anlatmak zorundayım.

Klasik bilgisayar 1 ve 0’ları bize söyleyen transistörlere dayalı. Transistörün devresi açıksa, yani akım geçiyorsa 1, kapalıysa 0. Böyle milyarlarca transistör bir araya geliyor ve günümüzün en gelişmiş mikro işlemcilerini oluşturuyor (Nvidia’nın son açıkladığı Blackwell adlı işlemcide 208 milyar transistör var).

Bütün bu transistörler nihayetinde bir ‘mantık devresi’ oluşturuyor. Öyle ya, 1 veya 0’ları birbirine mantık bilimi aracılığıyla bağlayabiliyoruz. Bu transistörleri henüz daha transistörün kendisi icat edilmemişken birbirine mantık devresi olarak bağlamanın matematiğini ilk olarak 1940’larda dev İngiliz matematikçi Alan Turing yaptı. Ardından bir başka büyük isim, Macar kökenli Amerikalı John von Neumann onun bıraktığı yerden aldı ve bugünkü modern bilgisayarın mantık mimarisini ortaya koydu.

Bugün hala kullandığımız ve gelecekte de kullanmaya devam edeceğimiz bu von Neumann mimarisinin kaçınılmaz kıldığı bir şey var: Bilgisayarımızdan her defasında tek bir 1 ve 0 sonucu alabiliyoruz.

Ama buna rağmen çok hızlı bilgisayarlarımız var; çünkü mühendisler bu hız sorununu yan yana bir sürü işlemci çalıştırarak çözdü.

Bu özeti aklınızda tutun, kuantum bilgisayarı anlatayım.

Transistör bir elektronun bir kapıdan (elektrik anahtarı) geçmesi veya geçmemesi üzerine kurulu. Ama 1980’lerin başında Nobelli fizikçi Richard Feynmann Amerikalı fen dersi öğretmenlerine hitaben yaptığı çok meşhur konuşmasının bir yerinde bir fikir ortaya attı.

Fikir, kuantum evreninin en büyük tuhaflığı olan ‘kuantum süperpozisyonu’na ve ‘kuantum dolanıklığı’ adı verilen fenomene dayalıydı. Klasik bilgisayardaki tek bir elektron yerine birbirine ‘dolanık’ iki elektron olsa ve bunların süperpozisyonlarına bakan bir bilgisayar yapsak…

İki elektronun dolanıklığı ve süperpozisyonu bize sadece 1 veya 0 değil, onun yerine olası bütün permutasyonları verir: 1-1, 1-0, 0-0, 0-1.

Klasik bilgisayarda 1 veya 0 sonuç üreten şeye ‘bit’ diyoruz; kuantum bilgisayarda ise bu dört sonucu birden üreten şeye ‘kübit’ adı verildi.

Görüyorsunuz, tek bir kübit bir bitin dört katı zaten. Ama iki kübit olduğunda fark birden 16 kata yükseliyor. Üç kübit olduğunda 256 kat… Böyle gidiyor.

Fakat bir büyük sorun var: Klasik bilgisayarda her bir bit için silikondan yapılma minik bir transistör yeterliyken kuantum bilgisayarında her bir kübit için son derece pahalı ve karmaşık sistemler kurmak gerekiyor.

Çünkü tek tek elektronlarla uğraşıyorsunuz, silikon atomlarıyla değil ve o elektronları kontrol edilebilir seviyede tutmak için onları mutlak sıfır olan eksi 273 dereceye çok yakın ısılara kadar soğutmanız gerekiyor.

Bir ortamın ısısını azaltmak demek o ortamdaki enerjiyi azaltmak demek. Mutlak sıfır noktası ise soğumanın varacağı alt sınırı ifade ediyor; ortamı o sıcaklığa düşürdüğünüzde çok başka bir evrene geçiyorsunuz. Elektronların hızı yavaşlıyor (enerjisi düşüyor), her şey daha kontrol edilebilir oluyor.

Yalnız tabii milyarlarca transistörü minicik bir alana sığdırmayı başarıyor ve çalıştırıyoruz da, birden fazla kübiti yan yana çalıştırmak öyle kolay değil.

Kübit sayısı arttıkça sistem karmaşıklaşıyor, sistem karmaşıklaştıkça sistemin ürettiği hata miktarı artıyor.

Esasen hata klasik bilgisayarın transistörlerinin de yaptığı bir şey. Minicik alanda milyarlarca transistör (cebinizdeki ‘akıllı’ telefonun içinde 4,5 milyardan fazla transistör var örneğin) ortaya çıkan kaçınılmaz elektromanyetik alan yüzünden hata yapıyor. Ama müsterih olun, bilgisayar bilimciler bu hataları ayıklayan ve düzelten matematiksel algoritmaları on yıllar önce geliştirdi.

Peki aynı şey kuantum bilgisayarın kübitleri için de var mı? Araştırmacılar 1990’lardan beri bu kuantum hata düzeltme algoritması üstünde çalışıyor. Algoritma sürekli gelişti. Ama yine de belli bir sınırın üzerine çıkamamıştı. Bu da çok sayıda kübite sahip dev kuantum bilgisayarları yapmanın önündeki en büyük engeldi.

İşte dün Nature’da yayınlanan makale bu engelin büyük ölçüde ortadan kalktığını söylüyor.

Google’ın yaptığı muazzam ilerlemeyi temsil eden 101 kübitlik bir kuantum bilgisayar ‘çip’i var, adı ‘Willow.’ Araştırmacılar bu ‘çip’ üstünde denemeler yapmış ve hata miktarını o kadar azaltmışlar ki, artık ‘güvenilir bir 101 kübit’leri olduğuna kanaat getirmişler.

Bu kuantum bilgisayar alanında devasa bir sıçrama anlamına geliyor. Dikkat edin, araştırmayı yapan esas olarak bir şirket olduğu için sonuçlarını yayınlamayabilir, kimseye bu kuantum hata düzeltme algoritmasını göstermeyebilirdi. Ama öyle olmadı; işte dünkü makaleyle artık dünyanın dört bir yanındaki bilgisayar bilimciler ve matematikçiler Google’ın bu işi nasıl yaptığını öğrendi.

Evet henüz hiç kimsede Google’ın ‘Willow’u yok belki, ama bu bir donanım sonuçta. Google yaptıysa eninde sonunda başkaları da başarır. Ancak hata düzeltme algoritması öyle değil. Ama şimdi o algoritma sadece Google’ın değil bütün insanlığın malı.

Olağanüstü bir gelişme.

***

Not: Bu konuyu benden çok daha iyi anlatan İngilizce bir yazı burada, meraklısına öneririm. Yazının içinde de çok faydalı linkler var.