Kuantum Teknolojisi ve Hack’lenemez İnternet

Uzmanlar, tüm Dünya’nın bir kuantum devriminin eşiğinde olduğuna inanıyor. Kuantum sıçramasının en ön saflarında yer alan ülke ise Çin.

Çin, son yıllarda kuantum teknolojisinde çok önemli ilklere imza atmış durumda. 2016 yılında Çin, dünyanın ilk kuantum iletişim uydusu olan QUESS’i fırlatmıştı. 2017’de, Çin’li bilim adamları “kuantum internet” üzerinde çalışmaya başladılar. 2021 yılının Ocak ayında dünyanın ilk mobil kuantum uydu istasyonunu geliştirdiğini duyuran Çin, böylece kuantum mekaniği yasaları üzerinde çalışan ve gizli dinlemeleri engelleyen güvenli bir uydu iletişim sistemi elde etmiş oldu.

Günümüzde Çin Sanayi ve Ticaret Bankası (ICBC) ve Çin Halk Bankası, uzak şehirler arasında uydu tabanlı kuantum anahtar dağıtımı (QKD) kullanmaktadır.

Kuantum Teknolojisi
Çin’de Hefei’deki, Ulusal Kuantum Laboratuarı (The National Laboratory for Quantum Information Science)

Çin’in Hefei kentinde bugüne kadar şehir çapında kurulan kuantum iletişim ağının en büyük kanıtı hayata geçmiş durumda. Neredeyse üç yıldır çalışan bu kuantum iletişim ağı, Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi’nde (USTC) oluşturulmuş. Ağ, her biri birbirinden ayrılmış üç alt ağda kümelenmiş hükümet binalarında, bankalarda ve üniversitelerde bulunan bilgisayarları bağlamak için ticari fiber optik donanımı kullanıyor.

Geçtiğimiz yıl, ABD hükümeti, kuantum interneti kurma planlarını açıklamıştı. Ancak yeteri kadar kuantum fizikçisi ve eğitimli profesyonel olmadığı, ABD’nin bu konuda Çin ile rekabet edemeyeceği yönünde bazı eleştirelere de hedef olmuştu.

Aralarında İngiltere ve Singapur’un da bulunduğu bazı ülkelerin hükümetleri de kuantum araştırmalarına yatırım yaparak kuantum cihazlarının ve çözümlerinin geliştirilmesini destekleme yolunda kararlar almaktadır.

Peki hükümetlerin kalkınma planlarına dahil etmeye başladığı, savunma sistemlerinden finansa, siyasetten ticarete pek çok alanda tahmin bile edemeyeceğimiz gelişmelere neden olacağı söylenen kuantum teknolojisi nedir? Hadi yakından bakalım!

Kuantum Teknolojisi Nedir?

Kuantum teknolojisi, parçacıkların atomik ve atom altı seviyelerde davranışlarını inceleyen bir fizik dalı olan kuantum mekaniğinin ilkelerini kullanan fizik ve mühendislik alanıdır. Kuantum mekaniği, fiziğin tüm dallarında mikroskobik olayları açıklamada başarıyla kullanılmış temel bir teoridir.

Kübitler (Qubit) kuantum hesaplamadaki temel bilgi birimidir. Kübitlerin rolü, klasik bir bilgisayardaki bitlerin rolü gibidir, ancak davranışları farklıdır. Bitler ikilidir, yalnızca 0 veya 1 değerlerini alır, oysa kübitler tüm olası durumların üst üste binmesini sağlayabilir.

Kriptografi ve optimizasyon sorunları için kuantum bilgisayarlar büyük potansiyele sahiptir. Kuantum bilgisayarlar, bilgi teknolojisini kuantum mekaniği ile entegre ederek, geleneksel bilgisayarların bilgi işlem gücünün binlerce kat fazlasını sağlar. Bunu kuantum mekaniğinin üç ilkesinden yararlanarak yaparlar:

  1. Superposition (Süperpozisyon), kuantum mekaniğinin kalbinde yer alan fenomenin adıdır. Kuantum parçacıklarının gözlemlenene kadar ve ölçülene kadar değişen tüm olası durumların kombinasyonlarında var olmasıyla ilgilidir.

  2. Entanglement (dolanıklık), büyük bir mesafeyle ayrılmış parçacıkların birbirine bağlı olabileceği ve diğerinin durumunu “algılayabileceği” anlamına gelir. Kuantum hesaplama bağlamında, kübitler birbirine karıştığında, sistemdeki diğer kübitler hakkında sonuçlar geliştirmek için bir kübitten alınan ölçümleri kullanmak mümkündür. Bu süreç, kuantum bilgisayarların büyük miktarda bilgiyi hesaplamasını ve karmaşık sorunları hızla çözmesini sağlar.

  3. Interference (kuantum girişimi-müdahalesi), süperpozisyonun bir yan ürünüdür, bir kübitin ölçümünü istenen bir duruma veya durumlar kümesine yönlendirmemize izin verir. Kübitin içsel davranışını ifade eder ve bir şekilde çökme olasılığını etkiler. Kuantum bilgisayarlar, dış müdahaleyi azaltmak ve en doğru dahili sonuçları üretmek için tasarlanmıştır.

İçinde bulunduğumuz yıl itibariyle, dünya çapında 100 civarında kuantum bilgisayar şirketi bulunmaktadır. Kuantum bilgisayarlar, kuantum mekaniğinde bulunan belirli atomik veya atom altı parçacık davranışlarını alır ve bunları bir hesaplama bağlamında uygular. Bu sistemler, diğer bilgi işlem biçimleri gibi girdi alır ve çıktılar üretir, ancak bu, bilgisayar biliminin “klasik olmayan” bir alanıdır.

Kuantum teknolojisinin dört ana türü vardır:

  • Kuantum hesaplama, bilgiyi geleneksel bilgisayarların yaptığından daha hızlı veya daha güçlü olabilecek yeni yollarla işlemek için kuantum fenomenlerini kullanır. Kuantum hesaplama, dünyanın en güçlü süper bilgisayarlarının çözemediği son derece karmaşık hesaplamaları çözmektedir. Bir kuantum bilgisayar, dünyanın en hızlı süper bilgisayarı olan Fugaku’dan 158 milyon kat daha hızlıdır.

  • Kuantum iletişimi, iletişimi güvenli hale getirmenin yollarını araştırır. Kuantum bilgisayarlar, sensörler ve her türlü cihaz arasında kuantum sinyallerinin değişimini sağlayan kuantum interneti başlatma özelliği sunar. Kuantum fiziğinin temel kurallarını kullanan kübitlerin klasik bitlerden önemli ölçüde farklı davranması, kuantum iletişiminin temelidir. Klasik bir bit, verileri kodladığı için iki durumdan yalnızca birine sahip olabilir. Bir bit ya 0 ya da 1 olmalıdır, tıpkı bir ışık anahtarının ya açık ya da kapalı olması gerektiği gibi. Oysa, kübitler üst üste bindirilir; aynı anda kanepenizin her iki tarafında da oturuyormuşsunuz gibi!

  • Kuantum algılama, sensörlerin doğruluğunu ve hassasiyetini artırmak için çalışır.

  • Kuantum simülasyonu, karmaşık sistemlerin modellenmesini sağlayarak deneme yanılma deneylerine harcanan kaynak miktarını azaltır.

Kuantum İnternet Nedir?

Kuantum İnternet Nedir? QKD, QSDC, Kuantum Işınlanma
Bilginin kuantum internet üzerinden nasıl aktarılacağını yöneten kuantum fiziği yasaları, tuhaf, sezgisel ve doğaüstüdür.

Kuantum internet, kuantum cihazlarının kuantum fiziğinin ilkelerini kullanan bir ortamda veri alışverişi yapmasına izin veren ağa denir.

Kuantum internet, fiziksel olarak izole edilmiş birçok kuantum cihazı ağı üzerinden kübitlerin iletilmesini içerir. Kuantum bilgisayar veya kuantum işlemci gibi kuantum cihazlarda üretilen kübitleri kullanarak kuantum alanındaki verileri kodlamak mümkündür.

Verilerin ultra güvenli iletimini vadeden kuantum iletişimi için bilim adamları QKD, QSDC ve kuantum ışınlanma (quantum teleportation) gibi modeller geliştirmişlerdir.

QKD (Quantum Key Distribution)

İlk olarak 1980’lerde önerilen ve 2000’lerin başında ticari olarak kullanıma sunulan QKD (kuantum anahtar dağıtımı), bilgileri şifrelemek için kuantum mekaniğini kullanan ve iletişim kuran tarafların kriptografik protokoller için gizli anahtarları özel olarak paylaşmalarını sağlayan bir yöntemdir.

QKD; kuantum sistemlerinin temel bir özelliğinden yararlanır: “Bir kuantum sistemine yalnızca “bakmak” eylemi değiştirir“. Bu, güvenli bir iletişim hattını engellemeye yönelik herhangi bir girişimin fark edilmeden kalamayacağı anlamına gelir.

QKD teknolojisi hala emekleme aşamasındadır. Şu anda, QKD üretmenin “standart” yöntemi, kübitleri fiber optik kablolar aracılığıyla alıcıya tek yönlü iletmektir; ancak bu, protokolün etkinliğini ciddi şekilde sınırlar. Bir fiber optik kabloda kübitler hızla kaybolabileceğinden veya dağılabileceğinden, kuantum sinyalleri son derece hataya açıktır ve uzun mesafeler kat etmekte zorlanır. Gerçekte, mevcut testler menzil olarak birkaç yüz kilometre ile sınırlıdır.

QSDC (Quantum Secure Direct Communication)

QSDC (doğrudan güvenli kuantum iletişim), gizli bilgileri doğrudan iletebilen bir quantum iletişim protokolüdür. Mesajı, gizli anahtar ve şifreli metin gerektirmeden doğrudan bir kuantum kanalı aracılığıyla iletir. İletim sırasında gizli dinlemeyi önlemekle kalmaz, ayrıca anahtarın saklanması ve yönetilmesiyle ilgili güvenlik kusurunu da ortadan kaldırır. Bu nedenle, diğer kuantum protokollerinden farklıdır. QSDC basit iletişim adımlarına sahiptir ve potansiyel güvenlik boşluklarını azaltır.

Quantum Teleportation (Kuantum Işınlanma)

Kuantum ışınlaması fotonlar, atomlar, elektronlar ve süper iletken devreler gibi kuantum bilgilerini iki taraf arasında değiş tokuş etme sürecidir. Kuantum ışınlanma, klasik bir kanal üzerinden “kuantum” bilgi alışverişi yapar. Kuantum kriptografisi ise bir kuantum kanalı üzerinden “klasik” bilgi alışverişi yapar.

Bilim kurgudan aşina olduğumuz ışınlanma genellikle kişiyi tarayan bir makineyi ve diğer uçta kişiyi yeniden birleştiren başka bir makineyi içerir. Benzer şekilde, kuantum ışınlama, orijinal kübiti “tarayarak”, başka bir yerde yeniden yapılandırır. Orijinal kübit, fiziksel olarak yok edilmemiştir, ancak artık aynı durumda değildir.

Hack’lenemez Kuantum İnternet

Hack'lenemez Kuantum İnternet
Kuantum fiziği yasalarına dayalı olan kuantum iletişimleri ultra yüksek güvenliğe sahiptir.

Kuantum fiziğine dayalı internetin gelecekte güvenli iletişimi sağlayacak temel bileşen olacağı öngörülmektedir. Bu nedenle kuantum ağları kurmak birçok hükümetin hedefidir.

Geçtiğimiz yıllarda fiber optik kablolar üzerinden foton çiftlerini, içlerinde taşınan bilgileri tamamen korunacak şekilde aktarmanın yolları bulunmuştur. Atomik parçacıkların bir kuantum özelliği olan dolaşıklık; yöntemin merkezinde yer almaktadır. Ancak dolaşık parçacıkların üretilmesi zordur ve uzun mesafelerde iletilmesi daha da zordur. Ağı genişletmek ve büyük mesafeler arasında kesintisiz bir bağlantı sunmak için kuantum tekrarlayıcılara ihtiyaç duyulur.

Kuantum araştırmacılarının hedefi, ağları önce ulusal bir düzeye, daha sonra küresel bir düzeye çıkarmaktır.

Optik fiber boyunca veri ileten bir fotonun kuantum durumu, dinlendikten sonra çökeceğinden, bilgiyi dinlemek, kesmek veya kırmak imkansızdır.

Bu sistem; elektrik şebekeleri, savunma kurumları ve bankalar için güvenli bilgi transferinin geleceğidir. Kuantum iletişiminin özü, kuantum anahtar dağıtımına dayanır (QKD). Bilgileri şifrelemek ve şifresini çözmek için sıfırlar ve birler dizisi oluşturmak amacıyla parçacıkların kuantum durumlarını kullanır. Gönderici ve alıcı arasındaki iletişimi dinlemeye yönelik herhangi bir girişim, bu diziyi veya şifreli anahtarı değiştirecek ve bu hemen fark edilecektir.

Kuantum Teknolojisindeki İlerlemelerin Etkileri

Kuantum bilgisayarlar geliştirilmeleri için hala üzerinde çalışılmakta olan cihazlardır, kübit sayısı açısından küçük ve hataya açık olmak gibi bazı sorunlar söz konusudur. Kuantum bilgisayarların ticari olarak ölçeklenebilir hale gelmesi zaman alacak olsa bile, kuantum teknolojisinin modern yaşamın birçok alanını şimdiden etkilemeye başladığını söyleyebiliriz.

Kuantum teknolojisindeki ilerlemelerin iş, tıp, finansal hizmetler, imalat ve diğer birçok sektörde geniş kapsamlı etkilerinden bazılarını şu şekilde sıralayabiliriz:

  • Kuantum ağında; görüntülü arama, sesli arama, faks, metin iletimi ve dosya iletimi gibi çeşitli hizmetler gerçekleştirilmiştir, yakın gelecekte ticari kullanımın eklenmesi beklenmektedir.

  • Kuantum bilgisayarlar klasik bilgisayarlardan daha hızlı bir şekilde karmaşık hesaplamalar yapar. Belirli sayıda olası sonucu olan bir hesaplama için, kuantum bilgisayarlar sonuçların her birini aynı anda simüle edebilir, klasik bilgisayarlar bunları birer birer çalıştırabilir. Bunun nedeni, klasik bilgisayarların ikili olarak temsil edilen ve herhangi bir zamanda yalnızca bir veya sıfır olabilen bit’lere dayanmasıdır. Kuantum bilgisayarlar ise  superposition ilkesi sayesinde aynı anda hem bir hem de sıfır olabilen kübit’leri kullanır. Kuantum bilgisayarları klasik bilgisayarlardan çok daha hızlı yapan da budur. İşletmeler açısından bu özellik; karmaşık sorunları çözmek veya kritik kararlar almak için gereken süreyi azaltabilir ve daha büyük veri kümelerine dayalı daha derin içgörülerin önünü açabilir.

  • Veri şifreleme, iletişimi daha güvenli hale getirmenin bir yolu olsa da açık anahtarlı şifreleme protokolleri yeni teknikler veya daha güçlü bilgisayarlar tarafından bozulabilecek matematiksel algoritmalara dayandığından, siber güvenlik risklerine açık olabilir. İşte kuantum teknolojilerinin devreye girdiği yer tam da burasıdır. Güvenlik, kübit araştırmacılarının odaklandığı büyüleyici konulardan biridir. Geleneksel iletişim söz konusu olduğunda, çoğu veri, gönderici ve alıcıya paylaşılan bir anahtar atanarak ve ardından mesajı bu anahtarla şifreleyerek korunur. Alıcı, daha sonra, sonunda kendi anahtarını kullanarak verilerin şifresini çözebilir.

    Günümüzde geleneksel iletişim güvenliği, bilgisayar korsanlarının zor, ancak imkansız olmayan bir şekilde ihlal ettiği bir anahtar oluşturma sürecine dayanmaktadır. İşte bu yüzden bilim adamları bu iletişim kanalını “kuantum”a dönüştürmek için çabalamaktadır.
  • Dünyanın önde gelen siber güvenlik uzmanları kuantum devriminin mevcut tüm yapay zeka ve siber savunma teknolojilerini büyük ölçüde değiştireceğine inanıyor. Bilindiği üzere Amerika Birleşik Devletleri kısa süre önce Çin’i siber korsanlıkla suçlamıştı. Kuantum hesaplama ile, çok uzak olmayan bir gelecekte kuantum bilgisayarların bu tür saldırılarda büyük rol oynayacağı, modern kriptografinin düşüşe geçeceği ve hem ekonomiyi hem de ulus devletler arasındaki güç dengesini bozacağı öngörülüyor.
  • Bankalar ve finans kurumları kuantum teknolojilerini kullanarak büyük kazançlar elde edebilirler. Örneğin, bilgi işlem gücündeki artış, finansal hizmetlerin kredi risklerine ilişkin daha kesin tahminler yapmasına ve daha keskin risk öngörüleri aracılığıyla kurumsal finans faaliyetleri arasında daha akıllı sermaye tahsisine olanak sağlayabilir. Kuantum iletişimleri, finansal kurumların verilerinin güvenliğini sağlamaya da elbette ki yardımcı olabilir. Halihazırda bazı ülkelerde büyük bankaların güvenlik ve optimizasyon sorunları için kuantum çözümleri araştırdığı bilinmektedir.
  • Tedarik zincirleri kuantum bilgisayarların muazzam miktarda bilgiyi işlemesinden faydalanmaktadır. Bunun, şirketlerin tedarik zincirlerini daha verimli ve kesintilere karşı dayanıklı hale getirmesi muhtemeldir.

  • Kuantum iletişiminin yanı sıra, kuantum hassas ölçüm ve kuantum hesaplama da endüstriyel uygulamalarda büyük ilerlemeler kaydetmiştir. Kuantum hassas ölçüm cihazları, manyetik ve süper iletken malzemeleri incelemek için uygulanan nano ölçekli yüksek uzaysal çözünürlük ve tek dönüşlü ultra yüksek algılama hassasiyeti sağlayabilir.
  • Kuantum bilgisayarlar, kuruluşların ulaşım operasyonlarını optimize etmelerine ve fabrikalar, lojistik merkezler ve dağıtım tesisleri için en iyi yerleri belirlemelerine yardımcı olabilir. Bunlar aynı zamanda depo yönetimini ve dağıtımını iyileştirebilir, nakliye yüklerini ve depo düzenlemelerini optimize edebilir. Gelen lojistik veya hammaddelerin üretim tesislerine teslimi, kuantum teknolojilerinin muazzam hesaplama ve analitik gücünden yararlanılarak daha verimli bir hale getirilebilir.

Özet

Şu anki web uygulamalarıyla ulaşılması zor olan özellikler sağlaması beklenen kuantum internet; kuantum cihazlarının bilgi alışverişinde bulunmasına izin vermek için kuantum fiziği ilkelerini kullanır. İnanılmaz bir bilimsel maceraya yol açacağı öngörülen kuantum internet; engellenemez veya hack’lenemez.

Bunun da ötesinde kuantum teknolojisi; jeopolitiğin, küresel ticaretin, finansın, siyasetin ve ulusal savunmanın geleceğini değiştirme potansiyeline sahiptir. Çok uzak olmayan bir gelecekte, gelişmiş algoritmik çözümler çalıştıran bir kuantum sistemi; üstün teknolojilere, çok gelişmiş insansız hava araçlarına, denizaltılara, füzelere ve savunma teknolojilerine sahip olmamızı sağlayabilir.

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Bunlar da İlginizi Çekebilir
Devamı
Bootstrap Nedir?
Bootstrap; HTML, CSS ve JavaScript ile yazılmış kullanışlı kod parçaları içeren bir tasarım aracıdır.