Kuantum Bilgisayarlar – 5

Ali Fevzi, 4 Ağustos 2015

Serinin bir önceki yazısında; Herhangi bir problemin çözümüne, günümüz bilim ve teknolojileri, ortaya koydukları matematiksel modele göre, adım adım yol gösteren bir algoritmaya dayalı, hesap yaparak ulaştığından bahsetmiştik. Çözüm yolu bulunan problemlerin, hesaplamaya dayalı zorluğuna göre de P ve NP olmak üzere iki sınıfa ayrıldığına yer vermiştik. P sınıfında yer alan problemlerde çok başarılı olan günümüz çözüm metotlarının ve bilgisayarlarının, NP zor sınıfındakiler için henüz verimli sonuçlar bulamaması, bu alanda aşılması gereken bir engel olarak bilim insanlarının önünde durmaktadır. Sanayi devriminden sonra, insanoğlu yaptığı yada yapmak istediği her işte, azami verimlilik, yani asgari kaynak ve enerji tüketimi ile maksimum sonuç elde etmek istediği için, herşeyi optimizasyon (en iyileme) problemi olarak ele almaya başladı. Optimizasyon (en iyileme) problemi olarak literatüre geçen ve bilgisayarların ilk icadından beri bu problemleri çözmeye çalışan matematikçiler, mühendisler ve tüm araştırmacılar, P sınıfında yer alanlar için çok etkili yöntemler geliştirdiler. Optimizasyon problemleri arasından NP zor sınıfında yer alanlar ise, geleceğin teknolojilerini ve onlar sayesinde geleceğin dünyasını inşa etmek için halen bir çözüm beklemektedir.

Bir probleme mümkün olan en iyi çözümü bulma sürecine optimizasyon diyoruz. Bilgisayarların ilk defa aktif olarak kullanıldığı 2. Dünya savaşı yıllarında kullanım amacı;

1- Kriptolu alman mesajlarını çözmek,
2- Savaş şartlarında sınırlı kaynaklardan azami verim elde edecek şekilde sayısal analiz ve çözümlemeye dayalı optimizasyon yapmaktı.

Asgari atışla hedefi vurmaya yönelik, füzelerin atış koordinatlarını, ilk bilgisayar olarak bilinen, ENIAC hesaplıyordu. Aynı şekilde, atom bombasının merkezindeki plütonyum çekirdeğin patlaması için dinamitlerin yarattığı şok dalgalarının fiziksel yapılarının tam olarak hesaplanması bilgisayar ile daha kolaydı. Zamandan kazanç sağlayan ve net çözümler bulan optimizasyon teknikleri ve bu kolaylığı sağlayan bilgisayarlar, birbirlerini destekleyerek geliştikçe, hem bilgisayarlar hem de eniyileme teknikleri, pratik hayatta mühendisliğin olduğu her yerde kullanılmaya başlandı. Herhangi bir şeyin (kapı menteşesinden uzay mekiğine) üretiminde yada inşasında gerekli esneklik, mukavemet, kalınlık, büyüklük gibi özellikleri en iyi seviyede sağlayacak tasarımdan, bir bilgisayarın, şirketin yada devletin kaynaklarını nereye, ne kadar kullanması gerektiğinin en iyi çözümlerine, optimizasyon tekniklerini kullanan bilgisayar programları ile bulabilir hale geldik.

NASA, (National Aeronautics and Space Administration) (Ulusal Havacılık ve Uzay Dairesi) Amerika Birleşik Devletleri’nin uzay programı çalışmalarından sorumlu olan kurumdur. Ay’a ilk insanı gönderen, uluslararası uzay istasyonu kuran, uzay mekikleri inşa etmek gibi başarılarının yanı sıra; Uzayda, Ay’da yaşam alanları oluşturma, Mars’a insan seferi yapma gibi projeleri bulunan, şuan için uzay çalışmalarında rakipsiz ve en eski kuruluş. Nano-teknolojiden malzeme bilimine, robotlardan algılayıcılara, ateşleme sistemlerinden uzayda sağlıklı yaşama kadar 15 farklı ana konuda, kendisine 20 yıllık hedefler koymuş dünyanın en büyük araştırma geliştirme organizasyonu. En çok önem verdikleri ve diğer pek çok araştırmayı da mümkün kılması beklenen ana araştırma alanı: “Modelleme-Simülasyon, Bilgi Teknolojileri ve Bilgi İşleme”. Yüzlerce işlemcili süper bilgisayarları olan, tecrübeye dayalı yapay zekâlı, bilişsel bilgisayarlar “cognitive computing” gibi konular üzerine çalışan bu dev kuruluş, D-wave’in, henüz herhangi bir masaüstü bilgisayarından daha iyi olduğu kanıtlanmamış kuantum bilgisayarının şuana kadarki resmi iki müşterisinden biri olarak (Google ile ortak) kendi bünyelerinde incelemeye almış. Bunun tabi ki en önemli sebebi kuantum teknolojilerinin bilgiyi işleme alanındaki vaat ettiği özelliklerdir. Gökleri keşfetme ve hüküm sürme adına alet geliştirmekte, 200 yıldan daha fazla tecrübesi olmayan insanlığın, bu alanda ilerlemek adına çözülmesi gereken NP zor optimizasyon problemleri adına, kuantum bilgi işlemenin getireceği yeniliklerdir.

NASA, Google ve USRA’nın ortak girişimi olarak kurulan QuAIL(Quantum Artificial Intellgence Lab.) Kuantum Yapay Zeka labı, D-wave’in bilgisayarı özelinde, NP-zor sınıfına giren optimizasyon problemlerine kuantum yaklaşımını araştırmak ve yeni algoritmalar ile ihtiyaçlarına yönelik çözüm bulabilmek için kurulmuş. NASA’nın verimli çözümler bekleyen pek çok NP-zor optimizasyon problemi bulunmaktadır. Bunlara örnek olarak; Güvenli bir uzay yolculuğu için kısıtlı imkanlar ve kaynaklara göre uzay görevlerini planlama ve zamanlama; gezegenlere gönderilen keşif robotlarının seyahat rotalarını hesaplama, robotların sahip olduğu enerjiye göre görev planlaması, uzaydaki yüzbinlerce galaksiden, her an gelen milyonlarca görüntüyü, analiz edip, dünya benzeri yaşanabilir yeni gezegenler bulma, insansız hava araçlarının rotalama ve kontrolünde, uzay araçlarının gezegenlere iniş ve kalkışlarının otomatik planlaması ve gerçek zamanlı kontrol etmeden başarılmasını, verebiliriz.

D-wave’in bilinen iki müşterisinden diğeri ve ilki, yine göklerle ilgili, havacılık alanında faaliyet gösteren, Amerika’nın savunma sanayisine projeler üreten Lockheed Martin şirketi olmuştur. Üretmekte olduğu insansız hava taşıtları için NASA ile benzer, uçuş kontrol sistemlerini yönetme adına, NP-zor optimizasyon problemlerine sahip firma kuantum teknolojilerini çok yakından takip etmektedir.

Savaş stratejileri, muharebe araç ve gereçleri, içinde bulundukları çağın teknolojisine göre değişir. Tarım ve hayvancılık devrinin savaş aletleri ok ve yay, sanayi devrinin top ve tüfek olduğunu göz önünde bulundurursak, 21. yy savaş teknolojilerini üreten Lockheed Martin firmasının Kuantum bilgisayarın ilk taliplisi olması bu konudaki önemine ayrıca dikkat çekmektedir. P sınıfında yer alan optimizasyon problemlere verimli çözümleri sayesinde günümüzü şekillendiren klasik bilgisayarlardan yola çıkarak, NP-zor sınıfındaki problemlere etkin çözümler sunacak kuantum bilgisayarların geleceği şekillendirmede önemli bir rol oynayacağı rahatlıkla öngörülmektedir.