Elizabeth Gibney ve Nature dergisi tarafından/26 Kasım 2019
Bilim henüz olgunlaşmamış durumda ve çok amaçlı bir kuantum bilgisayarı henüz mevcut değil. Ancak bu, yatırımcıların kuantum girişimlerine para dökmesini engellemiyor.
Robert Schoelkopf, 2015 yılında bir tane inşa etmeye başlamanın zamanı geldiğine karar verene kadar 15 yıldan fazla bir süre kuantum bilgisayarlarının yapı taşlarını inceledi. Fizikçi ve Yale Üniversitesi’ndeki meslektaşları, girişim sermayedarlarını kuantum hesaplama şirketine para yatırmanın zamanının geldiğine ikna etmek umuduyla, yeni kurulan firmaları Quantum Circuits’i yatırımcılara sunmaya başladılar. İki yıl içinde ekip 18 milyon dolar elde etti. Bu, Ocak 2019’da açılan ve üniversitenin yakınlarındaki New Haven, Conn.’daki bir bilim parkında uzman bir laboratuvar inşa etmek ve yaklaşık 20 bilim insanı ve mühendisi işe almak için yeterliydi.
Schoelkopf için risk sermayesi (VC) yatırımı alışılmadık bir alandı. Ancak başarılı bir satış konuşması yapan tek kuantum fizikçisi o değil. Hükümetler ve büyük teknoloji şirketleri uzun zamandır kuantum araştırmalarını besliyor ve son yıllarda bu alan için milyarlarca dolar ayırdıklarını duyurdular. Destekleri arttıkça, dış yatırımcılar yeni gelişen bir sektöre erken girmeyi düşündüler.
Nature’ın yaptığı bir analize göre, 2019’un başında özel yatırımcılar 2012’den beri küresel olarak en az 52 kuantum teknolojisi şirketine fon sağladı; bunların çoğu üniversite bölümlerinden çıkan yan kuruluşlardı. (Akademisyenler henüz anlaşma yapmamış çok sayıda yeni şirket kurdu.) Bazı nakit enjeksiyonlarının değeri gizli kalsa da Nature’ın analizi son dönemdeki faaliyetlerin ölçeğini yansıtıyor. Şirketlerin 2017 ve 2018’de özel fonlardan en az 450 milyon dolar aldığını tespit ediyor; bu miktar önceki iki yılda açıklanan 104 milyon doların dört katından fazla. Bu paranın büyük kısmını VC’ler oluşturuyor. Kaliforniya’nın Silikon Vadisi’ndeki VC merkezindeki birçok firma çoktan bu işe girişti ve geri kalanlar arasında “çoğu kuantumu yakından takip ediyor” diyor 2015’te kuantum hesaplama şirketi IonQ’yu kuran Maryland Üniversitesi, College Park’ta fizikçi olan Christopher Monroe.
Kuantum teknolojilerinin sonunda yararlı ve potansiyel olarak devrim niteliğinde ürünler üreteceğinden çok az kişi şüphe duyuyor. Hükümet yatırımlarının yanı sıra, IBM, Google, Alibaba, Hewlett Packard, Tencent, Baidu ve Huawei gibi büyük isimlerin hepsi kendi araştırmalarını yaparak alana yatırım yapmak için acele ediyor. Google’ın, en iyi klasik bilgisayarı bile şaşırtacak özel sorunları çözebilen bir kuantum bilgisayarı yarattığı bildirildi – kuantum üstünlüğü olarak bilinen bir dönüm noktası. Kuantum teknolojisini kullanan güvenli şifreleme, son derece hassas ölçeklerde algılayan, görüntüleyen veya ölçen bazı kuantum destekli teknolojiler gibi, halihazırda ticari bir üründür. Burnaby, BC’deki kuantum hesaplama öncüsü D-Wave Systems, kuantum etkilerinden yararlanan bilgisayarlar bile satıyor, ancak bu makineler optimizasyon sorunları olarak bilinen belirli görevlerde uzmanlaşmıştır.
Ancak risk sermayedarları, birçok türden başka türlü uygulanamaz hesaplamayı işleyebilen çok amaçlı bir kuantum bilgisayarı gibi, oyun değiştirici olmasını umdukları şeylere yatırım yapma eğilimindedir. Yatırımcıların bakış açısından, alana her yıl pompalanan nakit şimdiye kadar küçük bir harcamayı temsil ediyor – örneğin 2010’dan önce yapay zeka şirketlerine yapılan VC yatırımlarıyla aynı seviyede. (2018’e gelindiğinde ABD’de yapay zekaya yapılan VC yatırımları 9,3 milyar dolara fırlamıştı.) Yine de, satacak çok şeyi olmayan olgunlaşmamış bir alan için bu rakamlar önemlidir. İlerleme eksikliğine rağmen, bazı yazılım şirketleri henüz var olmayan donanımlar için yazılmış olan kuantum algoritmaları üzerindeki çalışmalarını pazarlıyorlar.
Birçok kişi bu heyecanın bir balona dönüşebileceğinden endişe ediyor. Kaliforniya, Orange County’de bir bilgisayar bilimcisi olan ve Quantum Computing Report adlı endüstriyi takip eden web sitesini yöneten Doug Finke, “Şu anda çok fazla abartı var,” diyor. Kuantum teknolojileri hızla ilerledi, ancak birçok hesaplama türünü gerçekleştirebilen makinelerin hala onlarca yıl uzakta olması muhtemel. O zaman bile yeteneklerini kullanan algoritmalar yazmak zor olacak, diyor Finke.
Bazı VC yatırımcıları, genel amaçlı kuantum bilgisayarlarını beş ila 10 yıl içinde meyveye dönüştürecek bir atılım üzerine bahse giriyor. Diğerleri, başka bir firmanın onları satın alması için yeterli ilerleme kaydedileceğine güveniyor. Birçoğu ayrıca bilim insanlarının nispeten küçük, kusurlu kuantum bilgisayarları için uygulamalar bulabileceğini umuyor, bu da daha erken ortaya çıkabilir. Bunlar, kuantum kimyasında bir reaksiyonu simüle etmek veya bir finansal modeli optimize etmek gibi belirli soruları ele almakla sınırlı olacaktır. Sınırsız bilgi işlem kaynaklarına sahip klasik bir bilgisayardan daha iyi performans göstermeyebilirler, ancak yine de pazarlanabilir ürünler yaratmak için kullanılabilirler.
ABD Ulusal Bilimler, Mühendislik ve Tıp Akademileri’nin Aralık 2018 tarihli raporunda, bu erken kuantum bilgisayarlarının yakında karlı kullanımlarla ortaya çıkmaması durumunda, alanın yatırımların tökezlediği bir “ölüm vadisiyle” karşı karşıya kalabileceği konusunda uyarıda bulunuldu. Bazı araştırmacılar, bu alana olan ilginin artmasının ardından gelen durgunlukları tanımlamak için kullanılan “yapay zeka kışlarına” benzer bir “kuantum kışı”ndan endişe ediyor. Finke, ABD firmalarının özel fon bulmasının zorlaştığına dair ipuçları olduğunu söylüyor ve 2019’da belgelediği 10 anlaşmadan yedisinin ülke dışında olduğunu belirtiyor. Toronto merkezli kuantum hesaplama şirketi Xanadu’nun kurucusu Christian Weedbrook, “Hala çok fazla değer yaratılıyor; mesele sadece çok fazla abartı olup olmadığı” diyor.
Qubitler için Nakit.
Kuantum teknolojileri günlük hayatı çoktan dönüştürdü. Bilgisayarlar, cep telefonları, tıbbi görüntüleme, lazerler ve süper iletkenler, fizikçilerin kuantum mekaniği aracılığıyla atomun iç işleyişini açığa çıkardığı 20. yüzyılın başlarındaki bilimsel devrimden ortaya çıktı. Ancak günümüzün kuantum teknolojileri nesli, daha önce keşfedilmemiş ve genellikle kırılgan kuantum fenomenlerini manipüle ederek daha da ileri gidiyor. Bunlar arasında, parçacıkların gözlemlenene kadar birden fazla duruma sahipmiş gibi göründüğü üst üste binme ve parçacıkların dönüşü ve polarizasyonu gibi kuantum sistemlerinin özelliklerinin nasıl ayrılmaz bir şekilde birbirine bağlanabileceğini tanımlayan dolanıklık yer alıyor.
Bu tür kuantum teknolojileri arasında hacklenemez şifreleme, aşırı hassas algılama cihazları ve yeni görüntüleme biçimleri yer alır. Bilim insanları bunu başarabilirse, en büyük oyun değiştirici genel amaçlı bir kuantum bilgisayarı olacaktır. Kuantum bitleri veya “kübitler” koleksiyonlarını birbirine bağlayarak, böyle bir makine veritabanlarında arama yapmak ve büyük sayıları çarpanlarına ayırmak gibi hesaplamaları en iyi klasik bilgisayarlardan önemli ölçüde daha hızlı gerçekleştirebilir. Monroe, “Kuantum bilgisayarlarımız olmadığı sürece her zaman imkansız olacak bir dizi sorun var,” diyor.
Nature, sahadaki ticari anlaşmaları analiz etmek için, pazar araştırması web sitelerinde ve danışmanlık raporlarında yayınlanan kuantum girişimlerinin ayrıntılarını, Seattle merkezli bir pazar araştırma şirketi olan PitchBook tarafından sağlanan bilgilerle çapraz referansladı.
Fiziksel kübitleri (kuantum hesaplamanın donanımı) geliştiren firmalar VC yatırımının aslan payını aldılar. Schoelkopf’un şirketi kübitleri için mutlak sıfıra yakın bir sıcaklığa soğutulmuş minik süperiletken tel halkaları kullanıyor. Bu, kuantum hesaplama donanımı için en yoğun şekilde incelenen kurulumdur: Örneğin teknoloji devleri Google ve IBM aynı prensipleri kullanıyor. (Büyük teknoloji firmalarının dahili araştırma yatırımları büyük olma olasılığı yüksektir ancak kamuya açıklanmaz ve bu nedenle analizimize dahil edilmez.) Google’ın en büyük kuantum bilgisayarında 72 kübit vardır ancak genel amaçlı bir kuantum bilgisayarı için yaklaşık bir milyon kübit gerekecektir. Monroe’nun firması uzun zamandır kullanılan başka bir teknolojiyi kullanıyor: kuantum durumu lazerler kullanılarak okunan iterbiyum iyonlarını yakalamak için manyetik alanlar uygulamak.
Diğer şirketler, geliştirmenin daha erken bir aşamasında olan ancak ölçekte üretilmesi daha kolay olabilecek farklı donanımlara odaklanıyor. 2018’de başlatılan ve “derin fizik” girişimlerine odaklanan Paris merkezli bir girişim fonu olan Quantonation’ın kurucusu ve yönetici ortağı Christophe Jurczak, bunların giderek daha fazla yatırım çektiğini söylüyor. Işık ve silikona dayalı kübitler geliştiren şirketler, 2017 ile 2020’nin başı arasında onlarca milyon dolarlık ölçekte VC yatırımı aldı.
Palo Alto, Kaliforniya’daki PsiQuantum adlı bir firma, 2025 yılına kadar rakiplerini geride bırakarak bir milyon kübitlik bilgisayar üretmeyi vadediyor. Sıra dışı fikri, silikon çiplere kazınmış oluklardan yönlendirilen ışık fotonlarından kübitler üretmeyi içeriyor. Bu yaklaşımın avantajı, bu kübitlerin mevcut yarı iletken üretim tesislerinde üretilebilmesi, diyor 2016 yılında İngiltere’deki Bristol Üniversitesi’ndeki kadrolu pozisyonunu bırakıp firmayı ortak kuran CEO Jeremy O’Brien. Diğer akademisyenler şirketin iddiaları konusunda şüpheci kalsa da, şirket şu anda 100’den fazla çalışanı istihdam ediyor ve O’Brien, yatırım açısından kuantum şirketlerinin “en iyilerinden” biri olduğunu söylüyor. Şirket, kurulduğu günden bu yana yüz milyonlarca dolarlık fon topladı.
Kuantum yazılımları da özel yatırımlar için cazip geliyor. 20 firma 2012’den 2018 sonuna kadar 28 anlaşmada 110 milyon dolardan fazla para topladı. Bu şirketler, tedarik zincirlerinin lojistiğini optimize etmek veya ilaç keşfi için molekülleri simüle etmek gibi sorunları erken kuantum bilgisayarlarında çalıştırılabilecek yazılımlara dönüştüren algoritmalar oluşturuyor. Yazılım için para genellikle büyük şirketlerin parçası olan “stratejik” VC firmalarından geliyor. Palo Alto’daki kuantum yazılım firması QC Ware’in CEO’su ve kurucu ortağı Matt Johnson, bunların hem teknolojiyi geliştirmeyi hem de kar elde etmeyi amaçlayan yeni kurulan şirketlere fon sağladığını söylüyor. Şirket 2018’de 6,5 milyon dolar topladı. Tamamen kar odaklı VC’lerin henüz çok ilgilenmediğini söylüyor.
Birkaç yazılım girişiminin her biri on milyonlarca dolar topladı – Cambridge, Mass.’teki Zapata Computing, Vancouver’daki 1QBit ve İngiltere merkezli Cambridge Quantum Computing dahil. QC Ware’de iş geliştirme başkanı Yianni Gamvros, kuantum algoritmalarından henüz kimse faydalanmasa da bazı firmaların bunları geliştirmek için ödeme yapmaya istekli olduğunu söylüyor. Bu şirket, onlarca yıl önceden plan yapan havacılık ve finans gibi sektörlerde sözleşmeler imzaladı bile. Gamvros, şirketin erken bir kuantum bilgisayarında bu sektörlerin en büyük darboğazlarını çözebilecek algoritmalar geliştirdiğini söylüyor. Şirketlerin çoğu hala yapay zekanın işleri üzerindeki etkisinden dolayı sarsılmış durumda. Gamvros, “Bu, başka bir potansiyel olarak yıkıcı güce hazırlanmak için küçük bir yatırım gibi görünüyor” diyor.
Bilgisayar, fon çeken tek kuantum teknolojisi değil. 2018’de sentetik elmasta hapsolmuş tek elektronlar kullanarak bir kuantum manyetik mikroskop geliştirmek için 130.000 dolar alan Basel’deki İsviçreli start-up Qnami, görüntüleme veya algılama teknolojileri üretmek için nispeten küçük miktarlarda özel nakit toplayan en az üç firmadan biri.
Ve en popüler kuantum alanlarından biri olan, temelde güvenli veri iletimini sağlayan kriptografik anahtarlar oluşturmak için dolaşık fotonlar kullanan iletişimlere yapılan yatırımları ölçmek zordur. Güvenli kuantum iletişimleri üzerinde çalışan on üç firma, nakit toplayan 27 anlaşma duyurdu, ancak bunların yalnızca yarısı miktarları açıkladı. Alanın liderleri olan Çinli firmalar – Heifei şehrindeki QuantumCTek ve Wuhu şehrindeki Qasky, ikisi de Anhui eyaletinde – ne kadar özel fon aldıklarını açıklamadı.
İsviçre’de, Cenevre’deki ID Quantique, 2007’de bölgesel seçimlerde oy pusulası bilgilerinin kuantum şifrelemesi için ilk kısa menzilli sistemini kurdu. Şimdi Çinli mühendisler kuantum iletişimini küresel hale getiriyor: 2014’te kurulan 2.000 kilometrelik bir kuantum bağlantısını genişletiyor ve 2016’da ilk aracı fırlattıktan sonra bir kuantum uyduları ağı geliştiriyor. Kuantum bilgisayarlar en iyi klasik şifrelemeyi hackleme becerisi kazanırsa, kuantum şifreleme güvenli iletişimler için tek yol olabilir.
Kuantum Coğrafyası
Kuzey Amerika uzun zamandır VC nakit çekmede dünya lideri ve Nature’ın analizi bölgenin özel kuantum yatırımına da hakim olduğunu gösteriyor. Ancak patlama Silikon Vadisi ile sınırlı değil. Kanada’daki firmalar, tek başına 177 milyon dolar toplayan D-Wave Systems liderliğinde 243 milyon dolar çekti. Jurczak, Waterloo ve Toronto’daki akademik merkezler etrafında kuantum şirketlerini desteklemek için bütün bir ekosistemin ortaya çıktığını ve bunların kamu ve hayırsever yatırımlardan, vergi avantajlarından ve başarılı kuluçka merkezlerinden faydalandığını söylüyor. “Orada çok iyi hisler ve bağlantılar elde ediyorsunuz,” diyor. Xanadu’dan Weedbrook, ABD’deki algılanan göç baskısının da Kanada’ya yetenekli kuantum fizikçilerini çekmede avantaj sağladığını söylüyor. “Kanada’ya ters beyin göçü görüyoruz ve bu bizim için harika oldu,” diyor.
Nature’ın analizindeki en büyük boşluk, Çin’den yatırım bilgisi eksikliğinden kaynaklanmaktadır. İngilizce medya ve Batılı analitik firmaların raporları, genellikle devlet destekli VC firmalarını içeren Çin’deki anlaşmaları nadiren ele alır, bu nedenle analizimizin oradaki çok sayıda sözleşmeyi gözden kaçırması muhtemeldir. Ve verilerimizde, Çinli firmalar tarafından güvence altına alınan 10 bağış toplama anlaşmasından yalnızca biri değerini açıkladı. Çin’deki birçok kuantum teknolojisi için ticarileştirme, Hefei’deki Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi’nden kuantum fizikçisi Jian-Wei Pan’ın söylediğine göre, 2009’da laboratuvarından bir yan kuruluş olarak başlatıldı; QuantumCTek.
Patentler, Çin’deki faaliyetin bir başka işaretini sunuyor. Avrupa Komisyonu’nun İtalya, Ispra’daki Ortak Araştırma Merkezi tarafından toplanan verilere göre, 2012 ile 2017 arasında patentlenen kuantum teknolojisi yeniliklerinin yüzde 43’ünden fazlası Çinli firmalardan ve üniversitelerden geldi. Arlington, Va’daki Quantum Ekonomik Kalkınma Konsorsiyumu’nun yönetici direktörü Celia Merzbacher, Çin’in patentleme konusunda “özellikle iletişimle ilgili alanlarda son derece agresif” olduğunu söylüyor.
Dünyanın başka yerlerinde, özel fonlama araştırma merkezlerini yansıtıyor; Avustralya, Singapur ve Birleşik Krallık’ta ve ayrıca Avrupa genelinde yatırım cepleri var. Avrupalı yatırımcılar genellikle daha riskten kaçınır ve daha küçük bütçelere sahiptir, ancak Avrupa Birliği tarafından 2018’de başlatılan 1,1 milyar dolarlık bir amiral gemisi, bölgenin temel araştırmadaki güçlü yönlerinin ticari başarıya dönüşmesini sağlamayı amaçlıyor. Benzer kamu yatırım girişimleri aracılığıyla ABD, Birleşik Krallık, Japonya, İsveç, Singapur, Kanada ve Çin, kuantum teknolojilerine yüz milyonlarca dolar yatırıyor.
Kuantum Darboğazı
Schoelkopf gibi start-up’lar kuran üniversite bilim insanlarının çoğu, ileride daha fazla çığır açabilecek araştırmalara devam etmek için hala kampüste zaman geçiriyor. Sadece PsiQuantum’dan O’Brien gibi birkaçı akademiyi tamamen terk etti. Yine de, kuantum start-up’larındaki patlama, firmalara tedarik sağlayacak çok az sayıda yüksek nitelikli kuantum mühendisi olduğu anlamına geliyor ve endüstri, olduğu haliyle, yapay zekada olduğu gibi, akademik yetenekleri üniversitelerden uzaklaştırma riski taşıyor, diyor Weedbrook. “Bence bu konuda endişelendiğimiz bir noktaya gelmeye başlıyoruz,” diyor. Daha fazla eğitime ihtiyaç var: Başkan Donald Trump’ın Aralık 2018’de imzaladığı 1,2 milyar dolarlık Ulusal Kuantum Girişimi’nin önemli bir kolu, yeni nesli kuantumla ilgili işlerde eğitmek.
Monroe, aynı zamanda bazı firmaların teslim edebilecekleri teknoloji konusunda aşırı vaatlerde bulunduğunu söylüyor. “Bu alanda çok fazla abartı var, ilk bakışta biraz saçma görünen birçok vaat var ve bunların bir kısmı finanse ediliyor,” diyor.
Araştırmacılar abartıldığını düşündükleri belirli çabaları isimlendirmediler ancak Weedbrook, yalnızca kuantum yazılımına odaklanan şirketlere yapılan yatırımın ölçeğini bir yatırım balonunun işareti olarak gösterdi; bunlardan bazıları fiziksel ekipman veya tesisler için çok az maliyete katlanmalarına rağmen on milyonlarca dolar topladı. Şirketi hem kuantum donanımı hem de yazılımı geliştiren Weedbrook, “Toplanan inanılmaz miktarlar var, bu yüzden çok fazla abartı olduğunu gösteriyor” diyor.
Ancak kuantum yazılım şirketleri, çalışmalarının hem yoğun geliştirme hem de personel alımı için nakite ihtiyaç duyduğunu savunuyor. Şirketler ayrıca, tipik bir finansman turunun desteklemesi beklenen iki yıllık süreden daha uzun süre maliyetlerini karşılamak zorunda, diyor 2019’un başlarında kuantum yazılım araştırması için 21 milyon dolar toplayan Zapata Computing’in CEO’su Christopher Savoie. Bunun nedeni, kuantum yazılım için donanımın ne zaman ortaya çıkacağının belirsiz kalması ve şirketlerin bilim insanlarını istikrarlı akademik pozisyonlardan uzaklaştırmak için fona ihtiyaç duyması, diyor.
Herkes bu kadar endişeli değil. O’Brien, VC firmalarının araştırmacılarla söylentilere dayanarak görüşebileceğini, ancak bunun henüz kötü kararlara dönüştüğünü görmediğini söylüyor. Ve kuantum fiziği sezgiye aykırı görünse bile, bu teknolojilerin diğerlerinden anlaşılmasının özünde daha zor olmadığını belirtiyor. “Bazı tuhaf ve çılgın şeyler oluyor, ancak bir transistörde tuhaf ve çılgın şeyler oluyor.”
Finke, verilerin ABD’deki özel şirketlerin kuantum teknolojisine yaptığı yatırımların yavaşladığını göstermesi durumunda bunun kuantum kışı korkusundan veya kuantum firmaları için karlılığa giden uzun zaman çizelgesinden kaynaklanabileceğini söylüyor. Çok sayıda yeni kurulan şirket arasındaki artan rekabetin de bir rol oynayabileceğini ve ABD-Çin ticaret savaşının ekonomiyi soğutabileceği endişelerinin de eklediğini ekliyor. Merzbacher, “nefes nefese raporlama ve köpüklü duyuruların” muhtemelen azalacağını öngörerek, hemen hemen her yüksek teknoloji pazarı için bir abartı döngüsünün zorunlu olduğunu söylüyor. Kuantum teknolojilerinin oyunu değiştiren ilerlemeler yaratacağını düşünmek için sağlam nedenler var. “Bu, bunun olup olmayacağından ziyade zaman çizelgesi meselesi,” diyor.
Schoelkopf, bazı şirketlerin çok kısa bir zaman çizelgesinde büyük vaatlerde bulunduğunu söylüyor. Ancak genel amaçlı bir kuantum bilgisayarı inşa etmenin ne kadar süreceğine dair tahminlerin aşırı karamsar olduğunu düşünüyor. “10 yıl önce olduğumuz yerden ileriye doğru bir projeksiyon yapsaydınız, bugün ne kadar ilerlediğimizi asla tahmin edemezdiniz,” diyor. En kolay çözülebilen sorunları seçen yazılımla birleştirilmiş yenilikçi donanım, “insanların düşündüğünden daha hızlı faydalı kuantum hesaplamalarına ulaşacağımız” anlamına geliyor.
Bu makale izin alınarak yeniden yayınlanmıştır ve ilk olarak 2 Ekim 2019’da yayınlanmıştır.
Elizabeth Gibney, Nature dergisinin kıdemli fizik muhabiridir.
Elizabeth Gibney’den daha fazlası
İlk olarak 1869’da yayınlanan Nature , dünyanın önde gelen çok disiplinli bilim dergisidir. Nature, çığır açan keşiflere öncülük eden en iyi hakemli araştırmaları yayınlar ve dünya çapındaki düşünce liderleri ve karar vericiler tarafından okunur.
https://www.nature.com/articles/d41586-019-02935-4