Bugünkü şifreleme sistemlerini güvenli hale getirmek, İnternet üzerindeki sunucuları ve diğer bilgi depolama merkezlerini hızla tarayabilmek, çok geniş bir çözüm alanına sahip NP-zor kategorisindeki optimizasyon sorunlarını çözmek ve büyük ölçekli veri işleme üzerinde bilgi analizi yapabilmek ve yapay zeka uygulamaları için yüksek çözünürlüklü görüntü işleyebilmek için yakın gelecekte kuantum fizik temelli bir bilgisayar kullanmanın kaçınılmaz olduğunu söyleyebiliriz.
Günümüz dünyasının bilgisayar tabanlı sorunlarının çözümlerinde, problem karmaşıksa, çok sayıda bilgisayarın eşzamanlı çalışmasının gerekliliği, algoritmaların işlem sürelerinin uzun olması, yüksek performans sunabilen donanım özelliklerine sahip bilgisayarlar gibi farklı gereksinimler ortaya çıkabiliyor. Bu nedenle bu çalışmada, yakın gelecekte yaygın olarak kullanılacak olan kuantum yaklaşımları ve kuantum bilgisayarların incelenerek böyle bir yeniliğin hangi alanlarda kullanılabileceği değerlendirilmektedir. Bu kapasiteye sahip kuantum bilgisayarların kötü niyetli veya iyi niyetli kullanımı, sunduğu yüksek performansın avantajları ve dezavantajları güvenlik açısından incelenerek, bu yeni teknolojinin mevcut güvenlik sistemlerine etkisi bu makalede ele alınmaktadır.
Yirminci yüzyıl fizikte en popüler gündemlerden biri olan kuantum mekaniği, hala tam olarak anlaşılamayan ancak klasik fizik veya hatta mantığa zıt yaklaşımlarla insanları şaşırtmaya devam eden bir konudur. Kuantum yaklaşımları, bilgisayar ve iletişim teknolojileri, iletişim ağları, nanoteknoloji, gen teknolojisi gibi birçok farklı disiplinde kullanılmaktadır ve bu disiplinlerin etkileşimde bulunduğu uygulamalarda yer almaktadır. Bu çalışmada, kuantum yaklaşımları, kuantum bilgisayarlarının çalışma prensipleri, mimari yapısı ve kullanım alanları vurgulanarak, kuantum teknolojisinin kullanıcılar açısından etkileri değerlendirilmiştir. Ayrıca, kuantum bilgisayarlarında geliştirilen yeni yöntemler ve teknikler vurgulanmıştır. Bu yeniliklerin avantajları ve dezavantajları incelenmiştir. İncelemeye alınan çalışmaların genel sonuçları aşağıda sıralanmıştır:
• Bugün bilgisayarların gelişimi, teknolojiyi geliştirmenin yanı sıra insan çabasını azaltmaya ve cihazın performansını iyileştirmeye odaklanmıştır.
• Bilgisayarların performansını artırmak için, modern fizik ve madde bilimi arasındaki ilişkiler değerlendirilmektedir. Kuantum mekaniği yaklaşımları, geleneksel bilgisayarlarda kullanılan transistör boyutunu nanoteknolojik yaklaşımlarla azaltmanın bir alternatifi olarak önerilmektedir.
• Kuantum hesaplama, üstelik dolanıklık teorisi ve üstünlük gibi yöntemlerle, geleneksel bilgisayarlara kıyasla birçok avantaja sahip yeni bir çalışma alanıdır. Ayrıca, iletişimde (kriptoloji kısaca) mükemmel şifreleme ve çözme yeteneği olduğundan geniş bir uygulama yelpazesi olacaktır, ayrıca algoritmik taramayı (Grover algoritması) ve çok terimli zaman faktörleştirmeyi (Shor algoritması) mükemmel bir şekilde gerçekleştirebilir.
Kuantum bilgisayarlar, uygulama alanları açısından değerlendirildiğinde:
- Kuantum yaklaşımları, büyük veri analitiği, güvenli sistem geliştirme, güvenlik sistemleri için saldırı modelleri, bulut bilişim, derin öğrenme ve veri analizi gibi alanlarda uygulama ortamları bulmuştur.
- Kuantum yaklaşımları, büyük veri analizi ve derin öğrenme açısından değerlendirildiğinde, kuantum bilgisayarlarında çalışabilen bazı veri madenciliği ve yapay zeka yaklaşım modellerinin hız ve performans açısından yüksek hızlı uygulamalar sağlamak üzere geliştirildiği görülmektedir. Bu şekilde; daha hızlı sonuçlar üretebilen, düşük maliyetli ve düşük işlem karmaşıklığına sahip alternatif yöntemler, mevcut veri analizi ve derin öğrenme tekniklerine karşı ortaya çıkmıştır.
- Kuantum yaklaşımları, güvenlik mekanizmaları ve bulut bilişimi geliştirme açısından değerlendirildiğinde, mevcut şifreleme yöntemleri ve kuantum yaklaşımları bir arada kullanılarak yüksek güvenilirlik seviyelerine sahip platformlar geliştirilmektedir.
- Kriptografik algoritmalar kullanılarak geliştirilen güvenlik sistemlerinin sağlamlığı geleneksel bilgisayarlarla test edilir. Ancak yüksek işlem gücü ve çok hızlı olma yeteneği gibi kuantum bilgisayarlarının özel avantajları, bu sistemlerin eski versiyonları kadar güvenilir olmadığını kanıtlar niteliktedir.
Kuantum bilgisayarlar hakkında Peter Shor şöyle diyor: "Eğer inşa ettiğiniz bilgisayarlar kuantum temelli ise hemen hemen tüm fraksiyonlardaki casusların hedefi olacaktır. Kullandığımız kripto kuantum tabanlı olana ve onları yıldırana kadar şifrelerimizin hepsi başarısız olacak, e-postalarımız okunacaktır." Günümüzde, kuantum bilgisayarları olan ülkeler ve kuantum yaklaşımlarla çalışan mekanizmalar, bu durumu kendi avantajları için kullanarak güç kavramını elde edebilmektedirler. Günümüzde özellikle ABD, Kanada, Avustralya ve Avrupa'nın gelişmiş ülkelerinde üniversiteler, devlete bağlı araştırma kurumları ve laboratuvarlarda kuantum bilgi işlem üzerine birçok çalışma yürütülmektedir. Bu teknolojinin sağladığı avantajlar ve dezavantajlar özetlenirse:
- Kuantum teknolojileri, bugünün atom bombası olarak tanımlanabilir. Kuantum yaklaşımları kullanılarak, telekomünikasyon şirketlerine, enerji dağıtım merkezlerine, ulaşım sistemlerine, posta yönetimi merkezlerine, su dağıtım sistemlerine, bankacılık ve finans merkezlerine, kamusal hizmetlere ve sosyal hizmetlere müdahale edilebilir. Bir atom bombası bir ülkenin büyük bir kısmını yok etme gücüne sahiptir. Atom bombası gibi, kuantum bilgisayarlar gibi teknolojik yenilikler de ülkeler üzerinde aynı şekilde yıkıcı etkiye sahiptir.
- Kuantum teknolojileri, ülkelerin birbirlerine dayandığı güç dengelerinde önemli değişiklikler yapabilir.
- Kuantum şifrelemesinin çalışma mantığının üstünlük özelliği nedeniyle iletilen verilerin iz bırakmadan dinlenmesi mümkün değildir. Bu yaklaşım, bilgi güvenliği için çığır açan bir özelliğe sahiptir.
- Veri analizi ve veri açıklaması temelinde geliştirilen kuantum yaklaşımları ile deprem tahmini, hava felaketi tahmini, çeşitli terör ve siber saldırılara yönelik tahminler yapılabilecektir.
Yapay zekaya dayalı arama motorlarının hız sorunu, büyük veri analizinin zorluğu, mevcut güvenlik mekanizmalarındaki sızmalar veya yeni dirençli güvenlik mekanizmalarının oluşturulması, derin öğrenme algoritmalarının hesaplamalı sorunları gibi önemli konular, kuantum bilgisayarlarla bir arada değerlendirildiğinde, bu teknolojiye Türkiye tarafından yatırım yapılarak finanse edilmesi gerektiği açıkça görülür. Çünkü kuantum teknolojileri, şimdiye kadar kurulan tüm güç dengelerini, tüm teknolojik üstünlükleri ve gelişme seviyelerini aşma fırsatı ile çok farklı görüşlere ve çığır açan yeniliklere olanak tanımaktadır.
Anahtar Kelimeler: Kuantum bilgisayar, güvenlik, şifreleme, tehdit.
Makalenin orijinal adı: A Study on the Use of Quantum Computers, Risk Assessment and Security Problems
Yazarlar: Bilgehan Arslan*, Mehtap Ulker*, Sedat Akleylek** and Seref Sagiroglu*
* Computer Engineering, Gazi University, Ankara, Turkey
** Computer Engineering, Ondokuz Mays University, Samsun, Turkey
İndirme adresi: A Study on the Use of Quantum Computers, Risk Assessment and Security Problems