KUANTUM TEKNOLOJİLERİNİN GELECEĞİ

KUANTUM TEKNOLOJİLERİNİN GELECEĞİ

Yeni nesil kuantum teknolojileri, kuantum fiziğinden ve atomik ve atom altı ölçekteki ilgili fenomenlerden, özellikle de kuantum dolanıklık ve süperpozisyondan faydalanmaktadır. Bu etkiler öncelikle kriptografi, hesaplama, görüntüleme iletişim, hassas navigasyon ve zamanlama, algılama ve malzeme alanlarında önemli teknolojik gelişmeleri desteklemektedir.

Yeni kuantum teknolojilerinin, NATO operasyonları üzerinde devrim niteliğinde bir etki potansiyeline sahip olduğu değerlendirilmektedir. Çoğu kuantum teknolojisi henüz geliştirme aşamasındadır ve operasyonel sistemler için teknik zorluklar vardır.

Kırılamaz kuantum anahtar şifrelemesinin daha güvenli iletişimi desteklemesi; kuantum radarının görünmezlik teknolojilerini işlevsiz kılabilmesi, hedef tanımlamayı iyileştirmesi ve gizli tespit ile gözetlemeyi sağlaması; gravimetrik, manyetik veya akustik sensörlerin kullanımı ile sualtı savaş kabiliyetlerini artırması; hassas saatlerin, GPS olmayan alanlarda hassas konumlandırma ve zamanlama sistemleri (PNT) için kullanılabilmesi öngörülmektedir. Modern askeri sistemler, klasik, istatistiksel, kuantum ve görelilik fiziklerinin kullanılmasına dayanır. İlk kuantum devrimi, özellikle transistörlerin, bilgisayar çiplerinin, lazerlerin, manyetik rezonans görüntülemenin ve modern iletişim teknolojilerinin temelini atmıştır. Bu tür fiziksel uygulamaların pratik kullanımı, son on yılda gelişmiş araçlar ve daha derin bir anlayış sayesinde daha önce hayal edilemeyen teknolojik fırsatlar sunmuştur. Bu nedenle, ikinci nesil kuantum teknolojileri ortaya çıkmaktadır. İkinci nesil kuantum etkilerinin pratik uygulaması şu anda araştırılmakta ve birçok durumda aktif olarak kullanılmaktadır. Bunun bir sonucu olarak, otonomi, ileri imalat, malzeme bilimi, enerji depolama ve gelecek nesil kuantum etkilerinin karmaşık etkileşimiyle yaratılan dördüncü sanayi çağına potansiyel olarak yol açan daha büyük bir devrimin bir parçası olduğuna dair artan bir kabul vardır. Son nesil kuantum teknolojileri (KT) inanılmaz bir hızla gelişmektedir. Savunma ve güvenlik uygulamalarının dört temel faaliyet alanı ise farklı zaman skalalarında ilerlemektedir: İletişim, Hesaplama, Konumlandırma, Navigasyon ve Zamanlama (PNT) ve Algılama. Kuantum hesaplama alanındaki gelişmeler çoğunlukla ticari amaçlar tarafından yönlendirilirken, kuantum algılama, iletişim ve PNT alanındaki gelişmeler savunma ve güvenlik amaçları tarafından motive edilmektedir. Ulusal düzeydeki yatırımlar önemli ölçüde artmaktadır, odak noktası ise hala çoğunlukla ticari uygulamalardır.

Kuantum İletişimi: Kuantum iletişim kabiliyeti (ultra güvenli kanallar için) önemli bir araştırma alanıdır, ancak çoğunlukla ticari çıkarlar ve istihbarat çıkarları gözetilerek ele alınmaktadır. Yakın vadeli kuantum teknolojileri kullanımı, bir iletişim kanalındaki gizli dinleyicinin tespit edilmesini sağlayabilir. Kuantum anahtar dağıtımı ve kuantum sonrası şifreleme seçeneklerinin daha da geliştirilmesi birlik üyelerine üstün şifreleme yetenekleri sağlayacaktır. Orta vadede yatırımlar, birlik üyelerinin güvenlik açıklarını ve fırsatları anlamasını sağlamak için gizli dinlemeye karşı yetenekler ve karıştırmaya karşı bir savunma olarak kuantum optik iletişime odaklanmalıdır. Uzun vadede, güvenli iletişimi ve diğer gelişmiş kuantum uygulamalarını desteklemek için küresel erişimli bir kuantum dolanıklık dağıtım sistemi geliştirilmelidir.

Kuantum Uzaktan Algılama: Kuantum radar benzeri kuantum uzaktan algılama teknolojileri, görünmezlik teknolojilerini geçersiz kılma, daha doğru hedef tanımlama, gizli algılama ve gözetlemeye izin verme potansiyellerine sahiptir. Kuantumla geliştirilmiş uzaktan algılama için bilinen iki yaklaşım vardır; kuantum interferometri kullanarak veya kuantum aydınlatma kullanarak. Her ikisi de dolaşık fotonlar kullanmaya ve dolaşık foton çiftinin bir yarısını tutarken diğer yarısını çevreyle etkileşime girmesi için dışarıya (bilinen bir yöne) göndermeye dayanır. Bu sensörler, küçük, gizli hedeflerin tespiti ve takibi gibi uygulamalar için çok daha doğru ve hassas ölçümler yapılmasını ve çok daha düşük güç kullanılmasını sağlayacaktır. Gelişmeler, bireysel dolanık foton çiftlerinin kontrollü üretimi, her çiftten birini izole olarak tutma ve geri dönen fotonu tespit ederek tutulan foton ile karşılaştırma yeteneği gibi çeşitli kuantum mühendisliği yeteneklerine dayanacaktır.

Kuantum Hesaplama: Kuantum hesaplama araştırmaları ağırlıklı olarak ticari amaçlar odağında yürütülmektedir. Özel amaçlı kuantum hesaplama cihazları orta vadede kullanılabilecek olsa da, NATO problemlerine uygulanabilen gerçek bir evrensel kuantum bilgisayarının geliştirilmesi için ilgili teknolojinin bir süre daha olgunlaşmasının gerekli olduğu öngörülmektedir. Uzmanların tahminlerine göre böyle bir kuantum bilgisayarı önümüzdeki 15 ila 50 yıl içinde inşa edilebilir. Orta vadede, savunma sorunları için yeni kuantum optimizasyon algoritmalarının geliştirilmesi özel ve sınırlı BVİA sorunlarına uygulanabilir. Manyetik ve Yerçekimi Algılama: Manyetik alanın hassas ölçümü, deniz devriye uçakları tarafından MAD (manyetik anomali tespiti) sensörleri kullanılarak denizaltıların yerinin belirlenmesi için kullanılmaktadır. Mevcut sensörler, boyut-ağırlık-güç kısıtlamaları nedeniyle küçük İHA’larda kullanım için uygun değildir, ancak gelişmekte olan kuantum teknolojileri bir çözüm sağlayabilir. Havadaki bir platformdan yeraltı yapılarının (tüneller, sığınaklar) tespiti gibi özel gözetim uygulamaları için kuantum teknolojisinin mümkün kılabileceği özel yerçekimi algılama uygulamaları da bulunmaktadır.

Malzeme: Kuantum çoklu cisim sistemlerini doğru bir şekilde modelleyen kuantum simülasyonları, malzeme davranışlarını tahmin etme vaadi sunmaktadır. Bu yetenek, ultra sert zırh, süper iletkenlik, yüksek sıcaklık toleransı gibi arzu edilen belirli fiziksel özelliklere sahip yeni malzemelerin tasarlanmasına ve oluşturulmasına olanak sağlayacaktır. Konumlandırma, Navigasyon ve Zamanlama (KNZ): KNZ için temelde iki farklı yaklaşım bulunmaktadır: Birisi GPS gibi harici sinyallerin iletilmesi ve alınmasıyla ilgili iken diğeri ataletsel sistemler tarafından sağlanan hareketin kendi içinde algılanmasına dayanmaktadır. Gelecekteki güvenlik ortamı, yoğun bir elektromanyetik ortamın (sinyal karıştırma ve yanıltma) beklendiği bir ortamı öngördüğünden NATO, GPS olmayan ortamlarda faaliyet göstermeye hazır olmalıdır. Kuantum teknolojilerine yapılan yatırım, bu ortaya çıkan zayıflıklara karşı dayanıklılığı artıracaktır. Kuantum teknolojilerinin ultra hassas zaman ölçümü ve ultra hassas ivme ve açısal dönüş ölçümü kombinasyonlarını destekleyerek, GPS ve diğer sinyale bağlı navigasyon tekniklerinin karşı tedbirler sebebiyle kullanılamadığı durumlarda ihtiyaç duyulan ultra hassas ataletsel navigasyona olanak sağlaması beklenmektedir. Klasik bilgisayarlarda yalnızca 0 veya 1 değerine sahip olabilen bit kavramından farklı olarak kuantum bilgisayarlarda kullanılan kübitler bu iki değere de aynı anda sahip olmaları anlamına gelen süperpozisyon durumunda olabilirler ve değerleri ölçülene veya bir dış faktörle karşılaşana kadar bu süperpozisyon durumlarını korurlar. Bu özellik, kübitler ile yapılan depolama ve işlemlerin kapasitelerinin kübit sayısı ile birlikte üssel olarak artmasına olanak sağlar. Örneğin, n bit içeren klasik bir hafıza birimi aynı anda sadece bir değer tutabilirken, n kübitlik bir yapı aynı anda 2n değere sahip olabilir. Kuantum bilgisayarlarda kübitlerin bu özelliği kuantum dolanıklık ilkesinden yararlanılarak kullanılabilir. Bu ilkeye göre dolanık kuantum yapılarının birinin kuantum durumunun ölçülmesi ile diğerinin kuantum durumu da belirlenebilir. Kuantum bilgisayarlar, bu özellikleri kullanan özel tasarlanmış algoritmaları klasik bilgisayarlara göre çok daha hızlı çalıştırabilirler.

Yeni kuantum algoritmalarının geliştirilmesi ve farklı problemlerin kuantum algoritmalarının kullanılabileceği şekilde modellenmesi ile kuantum bilgisayarlar tarafından daha hızlı ve verimli şekilde çözülebilecek problem sayısının da artması beklenmektedir. Kuantum hesaplama önemli ölçüde görünürlük kazanmış olmasına rağmen yaygın olarak kullanılabilen genel kuantum hesaplamanın geliştirilmesi en az 15-20 yıl kadar uzaktadır. Araştırma ortamı dışındaki iş uygulamalarının ise 5-10 yıl uzakta olduğu öngörülmektedir. Bu hedefe ulaşmak için özellikle hata düzeltme konusu gibi konularda bazı önemli teorik ve mühendislik zorluklarının aşılması gerekmektedir. NATO üyeleri için savunma ve güvenlik sorunlarına uygun, klasik olmayan kuantum optimizasyon algoritmalarının araştırılması kısa vadede maliyet etkin bir geliştirme stratejisi olarak görülmektedir.

Kuantum teknolojileri, ASELSAN’ın da yol haritasında yer alan temel yenilikçi teknolojilerden birisidir. SSB himayelerinde, Kuantum Algılayıcılar üzerinde farklı üniversitelerle çalışılmakta ve ayrıca TOBB ETÜ ile birlikte üniversite yerleşkesinde Kuantum Teknolojileri Araştırma Laboratuvarı kurularak, ilgili laboratuvarda ortak araştırma çalışmalar yürütülmektedir. Ayrıca kuantum bilgisayarlarla kuantum programlama ve hesaplama ile kuantum kriptografi konularında çalışmalar yürütülmektedir.