Kuantum araştırmalarıyla iklim bilimini incelemek hâlâ niş bir konu olsa da uzmanlar; bilim insanlarını, teknolojinin sürdürülebilir uygulamalarını incelemeye davet ediyor.
Kuantum hesaplama, daha hızlı ve kaliteli ilaç tasarımından Gezgin Satıcı probleminin küresel tedarik zincirinde çözümüne kadar, var olan teknolojilerle çözmenin imkansız olduğu günümüz problemlerini bir gün dakikalar ile çözebileceği ihtimali ile insanları umutlandırmakta. Uzmanların gittikçe yoğunlaştığı konu ise kuantum bilgisayarların günümüzdeki en büyük sorunlardan birini olan iklim değişikliğine çözüm bulup bulamayacağı.
Aşina olduğumuz klasik bilgisayarlardan farklı olarak kuantum bilgisayarlar tasarımları gereği güçlerini, kuantum fiziğinin ilginç yasalarından alıyorlar. Mühendisler kullanım alanlarının genişlemesi için çeşitli çalışmalar yapsa da kuantum bilgisayarlar, şu anda sınırlı alanlarda kullanılıyor. Ancak istenilen tüm özelliklere sahip, tamamen gelişmiş bir kuantum bilgisayar üretildiğinde, bu bilgisayarın, dünyadaki en güçlü süper bilgisayarlar için bile çözümü sonsuz zaman ve kaynak gerektiren problemleri çok hızlı çözebilecek bir hesaplama kabiliyetine sahip olması bekleniyor.
Kuantum araştırmaları ve iklim biliminin kesişimi ile ilgilenen uzmanlardan oluşan Q4Climate organizasyonuna göre, kuantum bilgisayarların iklim değişikliğiyle savaşmaya nasıl yardımcı olabileceği konusunda fazlaca çalışma bulunmuyor.
Ancak bu durum yavaş yavaş değişiyor. Örneğin, öncü kuantum yazılım şirketlerinden biri olan Zapata Computing, kuantum bilgisayarların Birleşmiş Milletler’in temiz su, arıtma ve erişilebilir temiz enerji gibi çok çeşitli sürdürülebilir gelişim hedeflerine ulaşmasında önemli bir rol oynayabileceğini belirtti.
Bunun yanında Q4Climate organizasyonu da kuantum bilgisayarların büyük farklar yaratabileceği alanları içeren bir rapor yayınladı.
Burada dikkat edilmesi gereken bir nokta ise kuantum hesaplamanın yeni gelişmeye başlayan, bir teknoloji oluşu. Bu sebeple, gelecekteki kabiliyetlerinin değerlendirilmesi için yeni bir perspektife ihtiyaç var.
Q4Climate organizasyonunun danışma kurulu üyesi Alexandre Blais, ZDNet’e verdiği röportajında şunları ifade ediyor:
“Q4Climate kuantum bilgisayarların iklim değişikliği problemini çözeceğini söylemiyor. Söylediğimiz şey, bilim insanları olarak iklim değişikliği konusuna dikkat etmemiz ve yardım edip edemeyeceğimizi değerlendirmemiz. Bugünkü durumda bizler yalnızca ilginç araştırma alanlarını işaret ediyor ve uzmanların bu alanda çalışmalar yapacağını umuyoruz.”
Bu noktada değerlendirilmesi gereken bir başka araç da moleküllerden oluşmuş bir sistemin davranışını tahmin etmeye çalışan kuantum simülasyon. Kuantum simülasyonun önemi ise, moleküllerden oluşmuş bir sistemdeki etkileşimleri etkileyebilecek çok çeşitli faktörler olması sebebiyle klasik bilgisayarlar için çözmesi zor bir problemi ele alması.
Bazı şirketler kuantum hesaplamanın, yeni ilaçlar ve gelecek kuşak materyallerin simülasyonunu nasıl iyileştirebileceğini araştırıyor. Ancak kuantum simülasyon, daha verimli batarya üretimi, güneş panelleri veya rüzgar türbini için daha iyi materyallerin üretimi, karbon yakalama teknolojileri için daha emici katalizörlerin üretimi gibi konularda yardımcı olabilir.
Tarımda kuantum simülasyonun kullanımı ise dünyada kullanılan toplam enerjinin %2’sini oluşturan gübre üretimi için gerekli olan güç ihtiyacını önemli ölçüde azaltabilir.
Blais bu konuda şunları ekliyor:
“Kuantum bilgisayarlarında kuantum kimya çalışmak hâlâ kolay değil. Ancak bu konu derinlemesine çalışıldı ve yeterli bir kuantum bilgisayara sahip olduğumuzda çalışmalarımızı çok hızlı yapabileceğimizi umuyoruz. Kuantum bilgisayarlarının gübre üretiminde yeni yöntemler bulmasını bekliyoruz. Enerji tüketimini yalnızca yüzde bir azaltabildiğimizi hayal edin. Bu küresel ölçekte çok büyük bir kazanca karşılık gelir.”
Kuantum bilgisayarların, Q4Climate organizasyonu tarafından ilgi alanlarından biri olarak belirlenmiş zorlu optimizasyon problemlerinde de başarı göstermesi bekleniyor. Örneğin, şebeke (grid) optimizasyon problemleri güç ve enerji tasarrufu sağlayabilirken, trafik akışlarının daha iyi yönetilmesi karbon emisyonlarını azaltabilir.
Kuantum teknolojisi, karbon yoğunluğu düşük materyallerin tasarımının optimizasyonunda da kullanılabilir. Örneğin Boston Consulting Group (BCG)’ye göre karbon emisyonu daha az olan hafif, güçlü ve kaliteli yalıtkan materyaller binaların, ulaşım araçlarının ve metal ve çimento üretiminde karbon emisyonunu azaltabilir.
Tüm bu bahsedilen sebeplerden ötürü kuantum bilgisayarlar, iklim değişikliğine çözüm üretiminde anahtar araç olabilir. Bu uygulamalar olmadan da kuantum bilgisayarların çevre için umut verici kullanımları mevcut.
İklim konulu hesaplamalarda kullanılsa da kullanılmasa da kuantum teknolojisinin, hesaplama hızında büyük başarılara imza atması bekleniyor. Bu aynı zamanda en kompleks programları bile çalıştırmak için daha az kaynak kullanılması anlamına geliyor.
Klasik bilgisayarların çalışması şiddetli enerji kullanımını gerektiriyor ve programlar geliştikçe daha fazla kaynak kullanması bekleniyor. IBM’de bulut bilişimin kaynak kullanımının azaltılması konusunda araştırmalar yapan Tamar Eilam ZDNet’e şöyle diyor:
“Söz konusu yapay zeka olduğunda, sistemi eğitmek beş arabanın bir ömürlük karbon ayak izi kadar karbon kullanımını gerektirebiliyor. Bu gerçekten çok fazla.”
Araştırmalar gösteriyor ki en başarılı derin öğrenme modelleri, çok fazla veri kullandıklarından ötürü en fazla hesaplama yükü taşıyanlar. Bir algoritmanın yaşam döngüsü, yaklaşık 284,000 kilogram karbondioksit üretimine denk. Bu ortalama bir Amerikan arabasının, üretimi de dahil olmak üzere ömürlük emisyonunun yaklaşık beş katı kadar.
Kısaca ifade etmek gerekirse, bu işlemleri daha hızlı yapabilen kuantum bilgisayarlar bahsedilen sayıları azaltabilir. Eilam bu konuda şöyle diyor:
“Hesaplamayı yapmak çok daha kısa süreceğinden, enerji bakımından çok daha verimli olacaktır. Eğer bir hesaplama kuantum bilgisayarla daha hızlı yapılabiliyorsa, bu kazanç, harcanan enerjiye aktarılır.”
Elbette harcanan enerji başka faktörlere de bağlı. Örneğin Google ve IBM gibi şirketler tarafından geliştirilen ve süperiletken kuantum bilgisayarlar olarak bilinen bilgisayarlar çok katı soğutma kriterlerine sahip ve uzay boşluğundan bile soğuk tutulmaları gerekli. Ancak yapılan ilk araştırmalara göre, kuantum bilgisayarların toplam enerji tüketimi, klasik cihazlardan daha az olacak. Örneğin, D-Wave 2000Q bilgisayarının, dünyadaki en güçlü klasik cihazlarından biri olan IBM’in Summit süper bilgisayarına kıyasla 4 kat daha az güç kullandığı saptandı.
Benzer şekilde, Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı’ndan bilim insanları kuantum bilgisayarların enerji kullanımını bir milyon kilovat saatten fazla azaltma potansiyeline sahip olduğunu hesapladılar. Kuantum bilgisayarların boyutu büyüdükçe çevresel ayak izlerinin belirlenmesi için su kullanımı ve çipler için yenilenebilir materyal kullanımı gibi çok çeşitli parametrelerin rol oynayacağı öngörülüyor. Ancak, kuantum hesaplamayla sonradan ilgilenmeye başlayan bir bilim insanı olarak Eilam, kuantum bilgisayarların dijital sistemlerin çevreye olan zararlı etkilerini azaltabileceği konusunda çok umutlu.
“Ben kuantum hesaplamada bir uzman değilim ama sürdürülebilirlik alanındayım. Kuantum hesaplama gerçekten incelediğimiz bir çözüm. Tüm yatırımlarımızı tek bir teknolojiye yapmaktansa risk alıp çeşitli ve farklı alanları araştırmalıyız.”
Bu durumda en önemli risk zaman çizelgesinden kaynaklanmaktadır: kuantum hesaplamanın vaatlerini yerine getirmeye başlaması, eğer getirebilirse, on yıl sürebilir. İklim sorununun önemi göz önüne alındığında bu süre çok uzun görünüyor.
Kuantum bilim insanları da bu durumdan haberdarlar ve yalnızca çok azı kuantum hesaplamanın iklim değişikliği için nihai sonuç olduğunu düşünüyor. Kuantum teknolojisi daha çok uzun süreli çevresel sorunlara yardımcı olabilecek muhtemel bir araç olarak görülüyor. Blais, bu konuya şöyle ekliyor:
“İklim değişikliği ne yazık ki uzun vadeli bir problem. Eğer şu anda bir şeyler yapmaya başlarsak, bu sorun önümüzdeki 10, 20 hatta 40 yılda da aktif bir sorun olacak.”
Bu sebeple, ilk odaklanılan konu yaygın kullanılabilen ve işe yarar algoritmaları çalıştırabilen kuantum bilgisayar yapımını hızlandırmak. Bunu başarabilmek için çok efor sarf ediliyor. Devletler ve şirketler pek çok yatırım yapıyor.
Bir sonraki ve muhtemelen daha zor olan aşama ise, kuantum araştırma gruplarını, kuantum bilgisayarları iklim odaklı araştırmalar yapmak için de kullanmaya teşvik etmek. Kuantum bilgisayarların iklim krizi için çözüm üretebilecek potansiyeli var ve araştırmaların sonuçları oyunun tüm kurallarını değiştirir nitelikte olabilir. Ancak ne derler bilirsiniz; söylemesi yapmasından kolaydır.
Çevirmen: Elif Yalı
Redaktör: Yasir Ölmez