Kuantum internetinden bahsetmeden önce normal internetin işleyişinden bahsetmekte fayda var. Gündelik kullandığımız internette bilgilerimiz bitler aracılığı ile karşı tarafa iletilir. Ve bu bitleri iletmek için ihtiyacımız olan ağ sisteminin ismi de internettir.

Klasik bilgisayarlar nasıl çalışır?

Klasik bilgisayarlarda bilgi alışverişi şöyle gerçekleşir: Örneğin bir bilgisayardan başka bir bilgisayara “a” harfini mesaj olarak göndermek istediğimizde öncelikle bu harf bitlere çevrilir, yani 1 ve 0’dan oluşan değerler ile kodlanır. Buna kodlama (encoding) denir. Bu kodlama ağ üzerinden karşı bilgisayara ulaşır; ardından karşı tarafın bilgisayarı bu bitlerin kodlanmış halini çözer; ekrana “a” harfini yansıtır. Buna kod çözümü (decoding) denir. Gönderilen her bilgi 1 ve 0’larla kodlanarak gönderilir. Bu 1 ve 0 elektriksel yüklerdir. “1” elektriksel yükün varlığını “0” ise bu yükün yokluğunu temsil eder. Kısaca normal günümüz internetinin çalışma şekli böyledir.

Kuantum internetinde ise bilgiler bitlerle değil, kübitler ile iletilir. Kübitler de 1 ve 0 değerlerini alabilir fakat normal bitlerden farklı olarak kübitler hem 0 hem 1 değerini de alabilirler (burada klasik mantığı yıkan bir olgu bulunmaktadır, artık “a” aynı zamanda “a olmayan” olabilir. Başka bir ifadeyle aynı anda hem 0 hem de 1 olabilirler. Buna kuantum üst üstegelim (kuantum süperpozisyonu) denir. Bir bit gibi, bir kübit iki olası değerler normalde bir 0 “veya” 1 bit olabilir. Aradaki fark bir bit 0 ya da 1 “olmalı”, bir kübit “olabilir”dir. Olabilir ifadesi burada kuantum mekaniği’nin önemli bir ilkesi olan kesinsizliği ifade eder. Normal bir bit ya 1 ya da 0 değerini alırken kübitler, “1-1”, “1-0”, “0-1”, “0-0” gibi birden fazla değere sahip olurlar.Kübitler sadece “1” değerini de alabilir, aynı anda “0-0” değerini de. Kısaca kübitlerin alabileceği değerleri hesaplama olasılığı neredeyse imkansızdır. İşte Kuantum internetindeki bilgiler normal internetten farklı olarak bu şekilde aktarılır.

Normal internetin bir bant genişliği, buna bağlı olarak bir hızı vardır. Yani günümüzde kullandığımız internette bilgi alışverişi belli bir zaman içinde gerçekleşir. Gönderilen bir mesaj aynı anda karşı tarafın eline geçmez. Mesaj bir ağ üzerinden dolaşarak belli bir süre sonra karşı tarafa iletilir. Bu durum aynı zamanda iletilen sinyalin ve mesajın entropiye maruz kalmasına neden olur.

Günümüzde megabit olarak bir hız biriminden bahsediyoruz. Kuantum internetinde ise böyle bir birimden bahsetmemize gerek yoktur çünkü yolladığımız veri anında, zaman ve mekân sarf etmeden karşı tarafa ulaşır. Bu durum Kuantum Mekaniği’nin dolanıklık ilkesi ile açıklanır.

Kuantum dolanıklık nasıl işler?

Dolanıklık kısaca şudur: Aynı kaynaktan çıkan iki parçacık (foton, elektronik, kuark vs.) birbirine dolanıktır. Birbirlerinden ne kadar uzaklıkta olursa olsun dolanık parçacıklardan birine bir etkide bulunduğumuzda aynı etki aynı anda diğer parçacıkta da görülür. Bir örnek daha verelim: Dolanık elektronlardan biri İstanbul’da bir diğerinin ise Londra’da olduğunu farz edelim. Biz İstanbul’daki elektrona rengini değiştirip yeşil olmasını söylediğimizde (renk değişimi burada bir metafor olarak kullanılmıştır elektronların net bir rengi yoktur) aynı anda Londra’daki elektron da yeşile dönecektir. Bu iki dolanık elektron arasında “gecikme” yoktur. Kuantum interneti de bu ilkeden faydalanarak sonsuz hızda bilgi alışverişi gerçekleştirebilmektedir.

Kuantum internetin cazibesi nedir?

Kuantum interneti önümüzdeki yıllarda şu an kullandığımız internetin tamamen yeni, inanılmaz hızlı ve güvenilir bir versiyonunu dünyaya sunabilecek bir çalışmadır. Kuantum bilişim profesörü olan David Awschalom bu durumu şöyle açıklıyor:

“Kuantum internet, bilgisayarların, ağların ve sensörlerin, iletişim, algılama ve hesapmalama işlemlerinin tek bir olgu şeklinde çalıştığı tamamen yeni bir sistemde bilgi alışverişi yaptığı bir kuantum ekosistemi platformu olacaktır.”

Öncelikle kuantum internet, tamamen bizim günümüzde kullandığımız internetin yerine geçmeyecek. Bunu mevcut internetin bir tamamlayıcısı veya bir dalı olarak düşünebiliriz. Sosyal medya kullanımına veya gündelik internet kullanımına normal interneti kullanarak devam edeceğiz. Kuantum internet şu anda mevcut internetin en büyük sorunlarından birine çözüm getirebilir:

Kuantum veri güvenliği nasıl sağlanır?

Günümüzde İstanbul’dan Londra’ya bir mesaj gönderdiğimizde bu mesaj bir hat üzerinden giderken gönderilen sinyaller farklı parazitler nedeniyle bozulmaktadır.  Mesajın ulaştığı cihaz bu sinyali aldığında önce bu parazitleri ve sorunları çözüyor. Sinyali kuvvetlendirerek mesajı bizim önümüze sunuyor. Bizler genellikle bu süreci gözlemleyemeyiz çünkü çok kısa sürede gerçekleşir. Fakat bu kadar kısa bir süre bile hackerların araya girerek mesajı çözmesine, değiştirmesine ve kopyalamasına yetiyor. Bu mesaj kuantum internetle gönderilmiş olsaydı böyle bir durum söz konusu olmayacaktı.

Kuantum mesajları kübitlerden oluşan fotonlar ile gönderilir ve bu fotonlar kuantum mekaniksel yasalara göre davranır. Bu sebepten dolayı bu mesajı manipüle etmek imkansızdır çünkü bu mesaja bakmaya çalıştığınızda kuantum mekaniğinin gözlemci sorunu ortaya çıkmaktadır. Kuantum Mekaniği’nde parçacıklar gözlemlendiğinde farklı gözlemlenmediğinde farklı davranabilir. O halde bu mesajı gözlemlemeye çalıştığınızda mesaj asıl anlamını kaybedecek, aslında bir nevi kendini yok edecektir.

Kuantum internetle gönderilen bir mesajın güvenilirliğini ve manipüle edilemezliğini ortaya koyan bir başka durum ise kübitlerin sonsuz olasılığa sahip olması nedeniyle kopyalanamamasıdır. Aynı zamanda yukarıda bahsettiğimiz gibi dolanık hale getirilmiş kübetlerin dolanıklığını üçüncü bir varlık asla ve asla paylaşamaz. Kısaca kuantum internet sayesinde internet, güvenilir ve çok daha hızlı bir ortam haline gelecektir.

Kuantum hızının ve güvenliği ile neler yapabiliriz?

Örneğin kullandığımız saatleri atomik saatlerden bile daha doğru bir şekilde senkronize edebilirdik. Bu sayede GPS navigasyonlar santimetrelik hassasiyetle dahi çalışabilirdi. Dünyanın dört bir yanındaki teleskopların kuantum internetle birbirine bağlandığını düşünün. Bu sayede bütün teleskoplar eş zamanlı olarak gözlem yapabilir, neredeyse Dünya büyüklüğünde dev bir teleskop elde edebilir, uzayı daha detaylı ve verimli bir şekilde gözlemleyebilirdik. Yine kuantum internetle birbirine bağlanmış kuantum bilgisayarları sayesinde şu an oluşturması müthiş zaman alacak simülasyonları çok kısa bir sürede oluşturabiliriz. Bu sayede moleküllerin ve proteinlerin davranışlarını çok daha iyi anlayarak yıllar süren ilaç denemelerini birkaç saate indirgeyebiliriz. Covid-19 aşısının bir yıl içinde değil de birkaç saat içinde hazırlanabilmesinin imkanını sağlayabilirdi bu teknoloji.

Daha geniş anlamda baktığımızda bu teknolojiyi kullanarak yaşadığımız hayatı ve kozmosu çok daha iyi bir şekilde tanıyabiliriz. Evrenin ilk saniyelerinden itibaren parçacıkların oluşumunun simülasyonlarını gerçekleştirerek günümüzde bilinmez olan birçok durumu ve olguyu bilinir kılabiliriz. Bu teknoloji ve bu gelişme potansiyel olarak büyük bir devrimi içinde barındırmaktadır. Bilinmezlikleri bilinir kılan süper bir bilişim devrimi.

Mustafa ÇEĞİNDİR