Bu devi modern bir iPhone ile, diyelim ki iPhone 6 ile karşılaştırdığımızda teknolojinin son elli yılda ne kadar hızlı ilerlediğine dair bir fikir edinebiliriz. iPhone 6’nın kalınlığı 6,9 milimetre (0,27 inç), ekranı 4,7 inç ve  ağırlığı yaklaşık 130 gram. Ancak işlem gücü söz konusu olduğunda, bu nispeten küçük cihaz ENIAC’ı bin kat aşıyor: ENIAC’ın yaklaşık 1600 ila 17.468 işlem öğesi varken iPhone 6’nın yaklaşık 2 milyarı var. Yaklaşık 128 milyar ila yarım trilyon bit dahili belleğe sahipken, ENIAC’ın yalnızca yaklaşık 1600 biti vardı.

Boyut olarak kütle küçültme ve performans olarak büyütmenin anlaşılması: Moore Yasası

Bu artık şaşırtıcı değil: Yarı iletken ve elektronik endüstrisinde bu küçültmeye bir isim veren bir yasa var: “Moore Yasası.” Fairchild Semiconductor’un kurucu ortağı ve Intel’in CEO’su olan Gordon Moore, 1965 tarihli bir araştırma makalesinde, yoğun bir entegre devredeki transistör sayısının yaklaşık her iki yılda bir iki katına çıktığı gözlemini ortaya koydu. 1959’da Douglas Engelbart, “Mikroelektronik ve Benzerlik Sanatı” adlı makalesinde entegre devre boyutunun öngörülen küçültülmesini tartıştı. Engelbart, fikirlerini Moore’un da izleyiciler arasında bulunduğu 1960 Uluslararası Katı Hal Devreleri Konferansı’nda sundu.

19 Nisan 1965’te yayınlanan Electronics dergisinin otuz beşinci yıl dönümü sayısı için, o zamanlar Fairchild Semiconductor’da araştırma ve geliştirme direktörü olarak çalışan Gordon E. Moore’dan, yarı iletken bileşenleri endüstrisinde önümüzdeki on yıl içinde ne olacağını tahmin etmesi istendi. Cevabı, “Entegre devrelere daha fazla bileşen sıkıştırmak” başlıklı kısa bir makaleydi. Editör yazısında, 1975’e kadar tek bir çeyrek inçlik yarı iletkene 65.000’e kadar bileşen yerleştirmenin mümkün olacağını tahmin ediyordu.

“Minimum bileşen maliyetleri için karmaşıklık yılda yaklaşık iki faktör oranında artmıştır. Kısa vadede bu oranın artmasa bile devam etmesi beklenebilir. Uzun vadede, artış oranı biraz daha belirsizdir, ancak en azından 10 yıl boyunca neredeyse sabit kalmayacağına inanmak için hiçbir neden yoktur.” – Gordon E. Moore

Mantığı, cihaz karmaşıklığı (azaltılmış maliyetle daha yüksek devre yoğunluğu) ile zaman arasında logaritmik doğrusal bir ilişkiydi. Bu tahmin edilen eğilimini şu üç faktörü sunarak haklı çıkardı: 1) Kalıp boyutları üstel bir oranda artıyordu ve hatalı yoğunluklar azaldıkça çip üreticileri indirgeme verimlerini kaybetmeden daha büyük alanlarla çalışabiliyorlardı. 2) Daha ince minimum boyutlara eş zamanlı evrim. 3) ve Moore’un “devre ve cihaz zekası” dediği şey.

Bu üç faktör, yarım yüzyıldan fazla bir süre boyunca elektronik cihazların sağlıklı bir küçültme oranını canlı tuttu. Ancak bir üreticinin bir devre kartına ne kadar transistör sıkıştırabileceği konusunda bir üst sınır vardır. Ve bu sınır, Kuantum Mekaniği, daha spesifik olarak Heisenberg’in Belirsizlik İlkesi tarafından zorunlu kılınmıştır. Bunu el sallayan bir argümanla anlamak oldukça basittir – bir devre kartındaki transistör sayısını artırmak, transistörlerin boyutunun küçülmesi anlamına geliyordu. Şimdi transistör boyutunu çok fazla küçültmek, elektrik akışını daraltmak anlamına gelirdi – daha doğrusu, elektron akış kanalını daraltmak. Bir elektron için serbest alanda böyle bir azalma, elektronun devre bileşenlerindeki konumunu belirlemede çok düşük bir hata anlamına gelirdi, dolayısıyla onlara çok daha yüksek bir momentum sınırı verirdi – ve bu durumlarda, elektronun devre bileşenlerinden tünel açarak onları kullanılamaz hale getirebileceği anlamına gelirdi.

Aslında, Moore’un öngördüğü oran yavaşladıkça bunun son zamanlarda doğru olduğu kanıtlanıyor. 2015 itibarıyla Intel, transistör sayısını iki katına çıkarma süresinin 2,5 yıl olduğunu açıkladı. Intel’in en son çiplerindeki transistörler zaten 14 nanometre kadar küçük özelliklere sahip ve bunları üretim için maliyet açısından daha uygun bir şekilde daha da küçültmek zorlaşıyor. Şirketin üretim şefi bu yılın Şubat ayında Intel’in yaklaşık dört yıl içinde silikon transistörlerden uzaklaşması gerektiğini söyledi. Intel’in henüz bir halefinin olmadığını kabul etmeden önce, “Yeni teknoloji temelde farklı olacak” dedi.

İki önde gelen aday var – spintronik ve tünelleme transistörleri olarak bilinen teknolojiler – ancak bunlar işlem gücünde büyük artışlar sağlamayabilir. Ve her ikisi de büyük hacimlerde işlemci yapımında kullanılmaya hazır olmaktan çok uzak. Aslında mühendisler ve bilim insanları, Moore yasasının durması nedeniyle Silikon Vadisi’nin son zamanlarda yaşadığı yavaş büyüme ve yenilik döneminin, devreler inşa etmenin kökten farklı bir yöntemini bulana kadar devam edeceğinden zaten tedirginler.

Google’ın Intel’in hakimiyetine cevabı: ‘Neven Yasası’

Bu arada Silikon Vadisi’nde, NASA’nın Ames Araştırma Merkezi’nde Google, Kuantum Yapay Zeka Laboratuvarı’nda büyük adımlar atıyor. Ancak bu ilerleme yeni bir yöndeydi: Tamamen farklı bir hesaplama paradigması olan Kuantum Hesaplaması kullanılıyordu. Aralık 2018’de Google AI’daki bilim insanları, Google’ın en iyi kuantum işlemcisinde bir hesaplama çalıştırdılar. Hesaplamayı normal bir dizüstü bilgisayar kullanarak yeniden üretebildiler. Ardından Ocak ayında, aynı testi kuantum çipinin geliştirilmiş bir sürümünde çalıştırdılar. Bu sefer sonucu simüle etmek için güçlü bir masaüstü bilgisayar kullanmak zorunda kaldılar. Şubat ayına gelindiğinde, binada kuantum muadillerini simüle edebilen klasik bilgisayarlar kalmamıştı. Araştırmacılar bunu yapmak için Google’ın muazzam sunucu ağında zaman talep etmek zorunda kaldılar. Kuantum Yapay Zeka Laboratuvarı’nın direktörü Hartmut Neven, “Şubat ayının bir yerinde, ‘Hey, daha fazla kotaya ihtiyacımız var’ demek için aramalar yapmak zorunda kaldım” dedi. “Bir milyon işlemciden oluşan işler yürütüyorduk.”

Kuantum Bilgisayarı’nı daha iyi yapan nedir?

Günümüzde bilgisayarlar ikili tabanlarda çalışır. Yaptıkları tüm hesaplamalar 1 veya 0’da gerçekleşir ve modern hesaplamanın inşa edildiği taban budur. Kuantum bilgisayarlarda hesaplamaları yapmak için kübitler kullanılır ve aynı anda hem 1 hem de 0 olabilirler. Bu, geleneksel bilgisayarlardan iki kat daha verimli olacakları anlamına gelir, çünkü üstel olarak artan iki kat daha fazla işlem gücü sağlarlar. Örneğin, normal bir bilgisayarın 4 bit kullandığı bir şey yalnızca 2 kübit gerektirir, 16 bitlik işlemler yalnızca 4 kübit gerektirir. Bu üstel büyüme, işlemcilerin kendilerinin üstel büyümesiyle birleştiğinde, klasik bilgisayarların işlem gücünün geride kaldığı bir ortam yaratır.

Google’ın keşfettiği şey daha önce hiç yapılmamıştı. Kuantum Bilgisayarların belirli işlemlerde klasik emsallerinden kat kat daha iyi performans gösterebileceği teorize edilmişti. Ancak Google’ın Kuantum Yapay Zeka laboratuvarında, kuantum çipi hızda “çift kat kat” bir iyileşme kaydediyordu, yani kuantum bilgisayarının hızının eklenen her kübitle iki katına çıkması bekleniyordu, tıpkı 2^1, 2^2, 2^3, 2^4 dizisindeki gibi, hız 2^(2^1), 2^(2^2), 2^(2^3), 2^(2^4) dizisinin tarzında artıyordu. Google’daki araştırmacılar bu büyümeye Hartmut Neven’den sonra “Neven Yasası” adını verdiler.

Bu, hesaplama güçlerinde önemli bir atılımdır çünkü bu tür hızlar daha önceki sistemlerde hiç gerçekleştirilmemiştir ve Doğa’da aynı ‘çift’ – üstel büyüme oranını izleyen başka bir şey yoktur. Birisi, Kuantum Bilgisayarlarının her eklenen kübitle işlem hızlarının yalnızca üstel olarak büyüdüğü teorize edilebilir, ancak ekstra üstel, Google tarafından kullanılan kuantum çiplerinin kalitesinin iyileştirilmesinde yatmaktadır.

Kuantum bilgisayarının başardığı bir diğer olağanüstü başarı ise bu muazzam hız artışının yalnızca belirli görevler ve işlemlerle sınırlı olmaması, bunun yerine neredeyse evrensel olarak uygulanmasıdır. Bu, uzmanların klasik makinelere göre “Kuantum Üstünlüğü” olarak adlandırdığı şeye dönüşebilir ve Google, insanlığın bu hedefe en çok yaklaştığı yer olabilir. Aslında, Google uzmanları Kuantum Üstünlüğünün bu yılın sonuna kadar çok iyi bir şekilde gerçekleştirilebileceğini iddia ediyor.

Uzmanlar, dünyanın 1950’lerden sonra gördüğü teknolojik ilerlemenin hızının 21. yüzyılın başlarından sonra da devam edip edemeyeceğinden uzun zamandır şüphe duyuyorlar. Klasik Bilgisayarların Moore Yasası’nın belirlediği hafif büyüme dönemini artık geride bırakmış olmalarına rağmen, daha yeni yollarla yenilik yapacakları ve gelişecekleri kesinlikle doğru olsa da, Google’ın Kuantum Çipi’nin getirdiği gelişme, Moore Yasası’nın bir devamıdır. İnsanlık minimum silikon cihaz boyutları için tavana (daha doğrusu tabana!) ulaşsa bile, kuantum bilgisayarlar yakın zamanda laboratuvar dışında bir gerçeklik haline gelirse, Moore Yasası’nın ölümü Neven Yasası’nın getirdiği muazzam performans artışıyla fazlasıyla telafi edilecektir. Bu, Silikon Vadisi’nin yakın zamanda fikir ve yeniliklerden mahrum kalmayacağının kanıtıdır.