Kuantum teknolojileri, araştırmayı, ticareti ve güvenliği yeniden şekillendirecek ve inovasyonu hızlandıracak şekilde muazzam fırsatlar yaratacaktır. Bu yazıda, politika için yedi genel öneri bulunmaktadır.
Kuantum fiziği, “madde ve enerjinin en temel düzeyde incelenmesidir.” Kuantum teknolojileri, kuantum fiziğinin belirlediği özelliklerden yararlanarak hesaplama, iletişim ve algılama alanlarında yeni yetenekler sunar.
Kuantum fenomenleri onlarca yıldır incelenmesine rağmen bu fenomenlere dayanan önemli teknolojiler nispeten yakın zamanda ortaya çıktı. Bu teknolojilerden bazıları işletmeler ve ulusal güvenlik için önemli avantajlar sunacak. Diğerleri şifreleme ve gizlilik için yeni riskler yaratacak. Bu, kuantumu politika yapımı için önemli bir konu ve Amerika Birleşik Devletleri ile müttefikleri arasındaki iş birliği için önemli bir alan haline getiriyor. Konuyu genel bir kitleye tanıtmak için yazılan bu makale, temel kuantum teknolojilerine, dağıtım zaman çizelgelerine ve kuantum inovasyonu için ulusal politikalara bakıyor.
Kuantum fiziğinin prensipleri kafa karıştırıcı ve çoğu zaman sezgiye aykırı olabilir, kuantum fiziğinin nasıl çalıştığını tanımlamak için “hayaletvari” veya “dolanıklık” gibi terimler kullanılır. Bu prensiplerin temel bir anlayışı ilerlemeyi ve potansiyeli değerlendirmek için önemli olsa da daha acil politika soruları araştırmanın nasıl hızlandırılacağı, yeni kuantum teknolojilerinin nasıl geliştirileceği ve bu teknolojilerin farklı uygulamalarının nasıl kullanılacağıdır.
Kuantum araştırmaları bir düzineden fazla ülkede üniversiteler, hükümet laboratuvarları ve şirketler tarafından yürütülmektedir. Araştırma ve hizmetler için altyapı, kuantum bilgisayarları ve kullandıkları özel çipler, yeni tür sensörler, kuantum iletişim cihazları ve benzersiz yazılımları içerir çünkü kuantum hesaplama için gereken yazılım geleneksel hesaplama yazılımlarından çok farklıdır. Kuantum, hesaplamadan daha fazlasıdır ve algılama, şifreleme ve iletişim uygulamalarına da sahiptir. Kuantum teknolojileri ve hizmetleri sunan şirketlerin sayısı hızla artmaktadır. Algılama gibi bazı kuantum uygulamaları, kuantum bilgisayarlarından önce yaygın kullanıma girecek ve bazı kuantum uygulamaları ticari kullanıma girmeye diğerlerinden daha yakındır.
Kuantum Bilgisayar
Kuantum hesaplama genellikle uygulamalar arasında en fazla ilgiyi görür. Kuantum hesaplama, klasik bilgisayarlarla mümkün olmayan hızlarda sorunları çözmek için kuantum fiziğini kullanır. Kuantum hesaplamanın temeli “kübit”tir (“kuantum bit”in kısaltması). Geleneksel bilgisayarlar “1” veya “0”ı temsil edebilen “bitler” kullanır. Buna karşılık, kübitler aynı anda 1, 0 veya ikisi arasındaki herhangi bir değeri temsil edebilir. Bu özellik “süperpozisyon” olarak adlandırılır; bir kuantum bilgisayarının birçok işlemi aynı anda ve paralel olarak gerçekleştirmesini sağlar ve klasik bilgisayarlardan milyonlarca kat daha hızlı hesaplamalara olanak tanır.
Bu, kuantum hesaplamayı tüm bilimler için olağanüstü yeni bir araştırma aracı haline getirecektir. Kuantum hesaplama, veri analizini iyileştirecek ve araştırma ve iş için makine öğrenimi algoritmalarının performansını hızlandıracaktır. Finansal hizmetler şirketleri, türevler için yatırım kararları alma ve piyasa riskini hesaplama konusunda kendilerine bir avantaj sağlayabileceği için kuantum hesaplama kullanırlar. Kuantum hesaplamanın güvenlik uygulamaları arasında güvenli şifrelemeyi “kırabilmek”, karmaşık simülasyonlar gerçekleştirmek ve gelişmiş tehdit tespiti ve karar verme için büyük veri kümelerinin analizine izin vermek yer alır.
Kuantum hesaplama, geleneksel yarı iletkenlerden farklı özel yongalar gerektirir. Bu özel yongalar, kuantum bilgisayarlarını daha hızlı ve daha yetenekli hale getiren şeydir. Kuantum yongaları pahalıdır (bir tahmine göre, geleneksel bir yonga için 200 doların altında olmasına karşın, kübit başına 10.000 dolar) ve bir dizi özel destek ekipmanı gerektirirler. İlk kuantum yongası, 2009 yılında Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüleri (NIST) tarafından yapıldı ve şimdi birden fazla kuantum yongası kullanan bilgisayarlar geliştirmek için bir yarış var; daha fazla yonga ve bir yongada daha fazla kübit ne kadar çok olursa verilerin işlenmesi o kadar hızlı olur. En büyük kuantum işlemcileri artık birkaç yüz kübite sahip.
Kuantum üstlüğü yarışı
Bu yarış, bir kuantum bilgisayarının hiçbir geleneksel bilgisayarın yapamayacağı hesaplamaları yapabildiği “kuantum üstünlüğü ” arayışında bir tür yarışmaya yol açtı . Kuantum üstünlüğünün elde edilip edilmediği konusunda anlaşmazlıklar var, ancak performansı belirlemek için yararlı bir başlangıç eşiğidir.
Kuantum hesaplamanın önündeki engellerden biri, kübitlerin “gürültü” nedeniyle hesaplama hataları yapmaya daha az eğilimli olmaları için iyileştirilmesi gereksinimidir; bu, radyo sinyallerinden Dünya’nın manyetik alanındaki bozulmalara kadar her şey olabilir. Bir kuantum çipini gürültüden korumak yardımcı olur. Gürültü sorununa bir diğer çözüm, kübit hatalarını düzeltebilen hata düzeltme yazılımı oluşturmaktır. Kuantum çiplerinin kendilerinin, her bir çipin şu anda gerekli olan karmaşık kablolama olmadan birden fazla kübit içermesine izin verecek şekilde basitleştirilmesi gerekir çünkü hata düzeltme, birden fazla kübiti aynı anda kullanma yeteneğini gerektirir. Bazı uzmanlar bu sorunların çözülemez olduğuna inanırken, diğerleri daha fazla araştırmanın önümüzdeki 10 ila 15 yıl içinde bunların üstesinden gelebileceğinden daha emindir.
İlk kuantum çipi 2009 yılında Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüleri (NIST) tarafından üretildi ve artık birden fazla kuantum çipi kullanan bilgisayarlar geliştirmek için bir yarış var; çip sayısı ve çip üzerindeki kübit sayısı arttıkça verilerin işlenmesi de hızlanıyor.
Buna rağmen kuantum hesaplama şu anda öncelikle araştırma için kullanılıyor. Özel destek ekipmanlarına duyulan ihtiyaç ve kübitlerin kırılganlığı göz önüne alındığında, şu anda her masaya bir kuantum bilgisayarı kurmak mümkün değil ancak internete bağlı bilgisayarlar araştırmacıların fiziksel erişim gerektirmeden kuantum hesaplama yeteneklerini kullanmalarına olanak tanıyabilir. Bu, “hizmet-olarak-kuantum” olarak da bilinir. Kuantum bilgisayarlar karmaşık, yüksek bakım gerektiren ve pahalı olduğundan, hizmet olarak kuantum araştırmacıların ve şirketlerin, donanıma sahip olmalarına gerek kalmadan genellikle bulut hizmetleri veya internet üzerinden başka bir şirket tarafından sahip olunan, işletilen ve bakımı yapılan kuantum bilgisayarlarına erişmelerini sağlar. Kuantum-hizmet-olarak üniversiteler ve birkaç ulusal program (Almanya gibi) tarafından araştırma için halihazırda kullanılmaktadır.
Kuantum’un Kriptografi ve İletişim Üzerindeki Etkisi
Kriptografi, verileri kodlamak ve çözülene kadar okunamaz hale getirmek için karmaşık matematiksel formüller kullanma sürecidir. Şifreleme, çevrimiçi ticaret, finans ve ulusal güvenlik sistemlerinde yaygın olarak kullanılır. Kuantum bilgisayarlar, çok daha yüksek hızlarıyla bir zamanlar güvenli kabul edilen mesajları hızla şifresini çözmek için hesaplamalar yapabilecekler. Ayrıca geleneksel bilgisayarlardan çok daha hızlı oranlarda karmaşık matematik denklemlerini çözme yeteneğine sahip olacaklar ve bu da şifrelemeyi “kırıp” mevcut yazılım ve hizmetler için yeni bir tehdit oluşturmalarına olanak tanıyacak.
Ticari uygulamalarda yaygın olarak bulunan açık anahtar şifrelemesini kullanan herhangi bir sistem, kuantum bilgisayarları tarafından şifre çözmeye karşı savunmasız olacaktır. Bu şu anda mümkün olmasa da birçok ülke bu yeteneğin peşinde:
Çin gibi gelişmiş rakiplerin, kuantum bilgisayarlar mevcut olduğunda, daha sonra şifresini çözmek için şifrelenmiş verileri toplayıp depolaması muhtemeldir. Bu “şimdi depola, sonra şifresini çöz” tehdidi, bazı ABD hükümet verileri onlarca yıl boyunca hassas kalabileceğinden özellikle endişe vericidir.
Bu riskler göz önüne alındığında, NIST, kuantum sonrası kriptografi (PQC) oluşturmak için bir sürece öncülük etti. PQC algoritmaları, ticari olarak temin edilebilen kuantum dirençli kriptografinin temelini oluşturacaktır. 2024 yılında standart hale getirilmeleri beklenmektedir . PQC’ye geçiş, şifreleme standartlarında bir değişikliğin uygulandığı ilk sefer olmayacaktır. 1977’de Ulusal Standartlar Bürosu (NBS), Veri Şifreleme Standardını (DES) benimsedi ancak 1990’ların sonlarında araştırmacılar DES şifrelemesini kırabildiler. Bu, NIST’i 2001 yılında Gelişmiş Şifreleme Standardını (AES) geliştirmeye yöneltti. Bu deneyim, şifreleme standartlarını değiştirmenin uzun bir süreç olduğunu gösterdi çünkü standartlara dayalı yeni ürünler yaratılmalı ve ardından ekonomi genelinde dağıtılmalı ve benzer bir süreç PQC geçişini şekillendirecektir.
PQC’nin uygulanması ayrıca başka engellerle de karşı karşıyadır. Kabul edilmesi en muhtemel PQC algoritmaları, farklı anahtar uzunlukları ve işlem süreleri gibi çeşitli teknik özelliklere sahiptir . Bu özellikler, PQC’nin uygulanmasını, DES’ten AES’e önceki geçişten daha kapsamlı hale getirir. NIST, büyük ölçekli uygulama planlaması yapılmadan, savunmasız açık anahtar sistemlerinin çoğunun PQC’yi içermesinin onlarca yıl alabileceğini öngörüyor. Ulusal Güvenlik Ajansı, şifre çözme tehdidine karşı korunmanın en iyi yolu olarak NIST’in kuantum sonrası kriptografik algoritmalarına (standartlaştırıldıktan sonra) geçilmesini önerdi .
Kuantum İletişimi
Kuantum iletişimi, daha iyi güvenlik ve iyileştirilmiş uzun mesafeli iletişimler sağlamak için kuantum fiziğinin özelliklerini kullanır. Kuantum iletişimi güvenlik için iki avantaj sağlar. Birincisi, geleneksel dijital iletişimde mesajlar anahtarlar kullanılarak şifrelenir ve şifresi çözülür ve klasik bitler (sıfırlar veya birler) olarak iletilir. Kuantum anahtar dağıtımı (QKD), kübitler kullanılarak kodlanan ve iletilen şifreleme anahtarlarının oluşturulmasını sağlar ve bunların kırılmasını daha zor hale getirir. İkincisi, kübitler inanılmaz derecede hassastır. Onları bozmaya veya sadece gözlemlemeye yönelik herhangi bir girişim kübitlerin çökmesine neden olacaktır. Bu, bir dış gözlemci QKD kullanan iletişimleri engellemeye veya izlemeye çalışırsa, faaliyetlerinin mesaj alıcısı tarafından hemen fark edileceği anlamına gelir. Bu nedenle kuantum iletişimleri iletilen verileri koruma potansiyeline sahiptir ve kulak misafiri olanların tespitten kaçmasını çok zorlaştırır.
Kuantum iletişim teknolojisinin geniş çaplı dağıtımına daha yıllar var. QKD, fiber optik kablolar, radyo ve uydu röleleri üzerinden gösterildi . Ancak, fiber optikler QKD’yi yalnızca kısa mesafelerde iletebilir ve uzaydan yere yapılan gösteriler kesin bir sonuca varamamıştır . Her ortam, ticari olarak uygulanabilir hale gelmeden önce ek teknolojilerin geliştirilmesini gerektirir.
Çin, Micius uydu programı gibi projeleri kullanarak kuantum iletişimleri geliştirmeye çalışıyor. Çin, Micius’u 2016’da fırlattı ve 2017’de dünyanın ilk kuantum şifreli telekonferansını gerçekleştirdiğini bildirdi. Ancak uydunun kendisiyle ilgili güvenlik endişeleri vardı. 2020’de Çinli araştırmacılar, uyduyla iş birliği içinde çalışmak için daha güvenli yer teknolojisine güvenerek bu sorunları çözdüklerini duyurdular ve yeni yöntemlerinin QKD’nin güvenliğini “benzeri görülmemiş bir düzeye” çıkardığını söylediler.
Kuantum Algılama
Kuantum algılama son derece hassas ölçümler sağlar. Teknoloji, tek tek atomlar düzeyinde yüksek çözünürlüklü ve son derece hassas ölçümler yakalayabilir ve büyük ölçüde iyileştirilmiş doğruluk sağlar. Kuantum algılama teknolojilerinin sağlık ve tıbbi araştırma, çevresel izleme, inşaat, enerji, navigasyon ve savunma dahil olmak üzere geniş bir uygulama yelpazesi vardır. Elektromanyetik girişime ve parazite karşı dayanıklıdırlar. Daha hassas ve kesin ölçümleri, geleneksel sensörlerden daha fazla güvenilirlik sağlar.
Kuantum algılama, daha hassas ve güvenli navigasyon olanağı sunar. Kritik sivil, ticari ve askeri sistemler GPS’e ve sağladığı Hassas Navigasyon ve Zamanlama (PNT) verilerine güvenir. GPS, birçok kritik altyapı sistemi (finans ve elektrik gücü dahil) için genellikle tek PNT verisi kaynağıdır ve bu da onları GPS paraziti için potansiyel hedefler haline getirir. Kuantum algılamanın kullanılması bu zayıflıkları ortadan kaldırabilir. Kuantum algılama, GPS kullanılmadan da yüksek hassasiyetli navigasyona olanak tanır. GPS’in aksine, kuantum navigasyonu harici bir sinyale bağlı olmayacağından parazite karşı dayanıklıdır. Kuantum sensörleri, hareket ve elektromanyetik dürtülerdeki küçük değişiklikleri tespit etmek için Dünya’nın yerçekimi ve manyetik alanlarını ölçebilir. Hassas gravitometreler (Dünya’nın yerçekimi alanını ölçen aletler) ve manyetometreler, anomalileri ölçebilir ve bunları mevcut verilerle karşılaştırabilir ve uydu iletişimine ihtiyaç duymadan hassas navigasyona olanak tanır.
Gerekli sensörlerin karmaşıklığı ve hassas kalibrasyonu göz önüne alındığında, güvenilir kuantum navigasyonuna ulaşmanın önünde birkaç engel vardır. Bunlar arasında daha düşük maliyet, daha küçük boyut ve ağırlık ve geliştirilmiş güç bileşenleri yer alır. Minyatürleştirme ayrıca zorluklar da yaratır, çünkü minyatür sensör platformları hassasiyetlerini azaltma eğilimindedir ve etkili uygulamalara bir engel oluşturur.
Kuantum algılamanın istihbarat, gözetleme ve keşif yetenekleri için de etkileri vardır. ABD Ordusu Araştırma Laboratuvarı, zayıf aydınlatma ışınlarının kullanımıyla uzaktaki nesneleri tespit etmek için ışığın kuantum özelliklerini kullanan hayalet görüntüleme olarak bilinen bir teknik geliştirdi. Bu ışınlar atmosfer koşullarını delebiliyor ve birçok durumda görüntülenen hedef tarafından tespit edilmekten kaçınacak kadar zayıflar, bu da onu gizli operasyonlar için potansiyel olarak kullanışlı bir araç haline getiriyor.
Kuantum aydınlatması olarak bilinen başka bir teknik, kuantum radarının gizlilik tespit yeteneklerini geliştirebilir. Bu tekniğin, uçuş sırasında gizli bombardıman uçakları gibi yüksek gürültülü arka planlar arasında düşük yansımalı hedefleri tespit etmek için ideal olan, kuantum olmayan sensörlerden daha yüksek bir sinyal-gürültü oranı elde edebildiği düşünülmektedir. Çinli araştırmacılar, gizli uçakları tespit edebilen bir kuantum radar sistemi üzerinde çalışıyorlar, ancak bazı uzmanlar Çin’in ne kadar başarılı olduğunu sorguluyor. Kuantum sensörleri denizaltıları tespit etmeyi de kolaylaştırabilir ve Çin, denizaltı tespiti için güçlü kuantum sensörleri geliştirmede ilerleme kaydettiğini iddia ediyor.
Biyomedikal araştırma, kuantum algılama için daha fazla benzersiz fırsat sağlar. Tıbbi tedavilerin etkisini incelemek için beynin, kalbin veya diğer organların elektromanyetik alanlarını ölçme yeteneği, daha etkili ilaç geliştirmeye ve bazı hastalıklar için potansiyel tedavilere yol açabilir. Kuantum sensörleri, araştırmacıların bir hastanın beyninin elektromanyetik alanından sağlıklı bir beyinle karşılaştırılabilecek veriler elde etmelerine olanak tanıyarak, belirli ilaçların etkisini daha iyi anlamalarını sağlayacaktır.
Kuantum algılamanın tıbbi teşhis görüntülemesi için de uygulamaları vardır. Bir örnek, geleneksel algılama cihazlarının çocuklarda etkili olmamasıdır çünkü genellikle çok büyüktürler ve tarama sırasında öznenin hareketsiz kalmasını gerektirirler. Ancak, kuantum algılamadaki atılımlar bunu değiştirebilir ve hastanın hareketsiz kalmasını gerektirmeden tespit etme ve teşhis etme yeteneği sağlayabilir. Bazı kuantum cihazları hastanelerde halihazırda kullanılmaktadır.
Kuantum için Tahmini Zaman Çizelgeleri
Kuantum teknolojisi tartışmalarında her zaman ortaya çıkan bir soru şudur: “Ne kadar yakında?” Şüpheciler, kuantum teknolojisinin gerçekleşmesinin onlarca yıl uzakta olduğunu söylüyor. Bu şüphecilik yersiz. Birincisi, araştırma ve geliştirmeye (Ar-Ge) yardımcı olmak için bugün mevcut olan veri bilimi ve bilgi işlem araçları göz önüne alındığında, son on yılda inovasyon hızı arttı. İkincisi, kuantumun varış zamanı uygulamaya göre değişir. Bazı sensör teknolojileri ticari dağıtıma yakınken, yüksek performanslı kuantum bilgi işlem uygulamaları muhtemelen yıllar uzaktadır. Bilgi işlem, algılama ve iletişim uygulamalarının hepsinin kuantum biliminden yararlandığını anlamak önemlidir ancak bunlar farklı zaman çizelgelerine sahip farklı teknolojilerdir.
Kuantum hesaplama söz konusu olduğunda, geleneksel bilgisayarlardan daha iyi performans gösterecek sağlam bir teknoloji on yıldan fazla uzakta ancak daha az yoğun hesaplama uygulamaları artık kullanıma giriyor. Hesaplamanın sağladığı en hassas uygulamalardan biri olan kuantum bilgisayarları kullanarak şifre çözme de muhtemelen dağıtıma yıllar kala, Çin gibi rakiplerin ne kadar ilerleme kaydettiğinin tam olarak bilinmemesi uyarısıyla.
Kuantum iletişimlerine gelince, ilgili teknolojiler hala geliştirme aşamasında. Hükümet Hesap Verebilirlik Ofisi, QKD için fiber optiğin olgunlaşması için bir on yıl daha gerekeceğini, uydu QKD iletişimlerinin ise daha erken mevcut olabileceğini tahmin ediyor. Buna karşılık, biyomedikal araştırma, inşaat veya gelişmiş görüntüleme için bazı kuantum algılama uygulamaları ticari olarak mevcuttur veya (navigasyon durumunda olduğu gibi) birkaç yıl içinde mevcut olacaktır.
Kuantum Araştırması Küreseldir
Kuantum teknolojisi, kuantum bilgisayarlar tam olarak devreye alınmadan önce bile küresel inovasyon için önemli bir potansiyele sahiptir. Birçok ülke kuantum teknolojisinin potansiyelini fark etti ve hesaplama, iletişim ve algılama yeteneklerini geliştirmek için buna yatırım yapıyor. Buna hem hükümet hem de özel sektör araştırma yatırımları dahildir. Kuantum teknolojileri hala araştırma yoğunlukludur ve önde gelen bilim ve teknoloji güçleri Ar-Ge’yi finanse etmek için yüz milyonlarca dolar harcıyor. 2022 itibarıyla dokuz ülke ve Avrupa Birliği, kuantum programlarına toplam 30 milyar dolardan fazla harcama yaptıklarını duyurdu (bkz. Ek B) ve ABD özel sektörü birçok ülkeden daha fazla harcama yapıyor.
Hükümetler, ulusal Ar-Ge programları ve eşlik eden fonlama yoluyla kuantum teknolojilerini teşvik edebilir. Son yıllarda Amerika Birleşik Devletleri, Çin, Birleşik Krallık, Kanada ve diğerleri tarafından kuantum araştırmaları için çeşitli ulusal stratejiler oluşturulmuştur (bkz. Ek A).
Kuantum uygulamaları geliştirildikçe, politika yapıcıların daha fazla araştırmayı nasıl teşvik edeceklerini, küresel pazarlar nasıl yaratacaklarını ve kuantum teknolojilerinin sağladığı ticari ve güvenlik avantajlarından nasıl en iyi şekilde yararlanacaklarını belirlemeleri gerekecektir. Kuantum teknolojisi için acil bir politika sorunu teknoloji transferidir. İhracat kontrolleri, Biden yönetiminin Çin’e karşı politikasında önemli bir araçtır.
Beyaz Saray, tedarik zincirlerine erişimi ortaklık içinde sınırlayarak Çin’in kritik teknolojilerdeki ilerlemelerini yavaşlatmayı umuyor. Yönetim, kuantum da dahil olmak üzere ortaya çıkan teknolojiler üzerindeki kontrolleri araştırıyor. ABD’nin kuantum bilimindeki ilerlemelerinin Çin’in askeri yeteneklerini iyileştirebileceği yönünde endişeler var – Ticaret Bakanlığı, 2021’de üç Çinli kuruluşu Varlıklar Listesine yerleştirdiğinde buna atıfta bulundu.
Ancak kuantum teknolojisinin inovasyona zarar vermeden kısıtlamalar uygulamak için çok erken bir aşamada olduğuna dair endişeler de var. RAND’ın yakın tarihli bir raporu, kuantum teknolojisindeki ABD ve Çin endüstriyel üslerini analiz etti ve “ihracat kontrollerinin bilimsel fikirlerin değişimini erken sınırlayacağı ve teknolojik ilerlemeyi yavaşlatacağı” sonucuna vardı. Analiz, erken aşama geliştirmede küresel bir kuantum “ekosisteminin” önemini, ihracat kontrollerinin küçük girişimler üzerindeki zararlı etkisini ve düzenleyici netliğin eksikliğinden kaynaklanan potansiyel zararı belirtiyor.
Birleşik Devletlerin hem Çin’in kuantum teknolojilerine erişimini sınırlaması hem de ortaklarla iş birliğini de genişletmesi gerekiyor. Kuantum konusunda iş birliği yapma taahhütleri Quad ve AUKUS gibi girişimlerle bağlantılıdır. Aynı derecede önemli olarak Birleşik Devletler özel sektör gelişimini ve inovasyonunu teşvik etmek için kuantum uygulamaları için küresel bir pazar oluşturmalıdır. Genel olarak Çin’in ötesine geçen ve araştırma ortaklarıyla çalışmayı veya kuantum teknolojileri için yeni pazarlar geliştirmeyi zorlaştıran aşırı kısıtlayıcı bir teknoloji transferi yaklaşımı, Birleşik Devletler’deki kuantum çabasına yarardan çok zarar getirecektir; bu, uydu ve şifreleme kontrolleriyle ilgili daha önceki deneyimlerde, aşırı geniş kapsamlı ihracat kontrollerinin ABD teknoloji şirketlerine zarar verdiği gösterilmiştir.
İleriye Doğru Hareket
Kuantum teknolojileri, araştırmayı, ticareti ve güvenliği yeniden şekillendirecek ve inovasyonu hızlandıracak şekilde muazzam fırsatlar yaratacaktır. Politika için yedi genel öneri bulunmaktadır:
- Araştırmaya desteği artırın . Bu, yalnızca ek finansmanla gerçekleştirilemez (ancak Çin, ABD’den daha fazla harcama yapabileceğinden finansman göz ardı edilemez). Destek, otonom araçlar gibi ilişkili pazarlarda vergi teşvikleri ve destekleyici düzenlemeler şeklinde de olabilir. Bu destek, temel araştırma için fonların yanı sıra yeni kurulan şirketleri beslemek, kullanım örnekleri ve uygulamalar geliştirmek, kamu altyapısı oluşturmak ve yurt içinde ve yurt dışında yatırım iş birliğini teşvik etmek için programları da içermelidir.
- Müttefikler ve ortaklarla teknolojik iş birliğini güçlendirin . Amerika Birleşik Devletleri, kuantum teknolojileri ve bunların uygulanması konusunda müttefikleriyle iş birliği içinde çalışmaktadır ve buna kuantum teknolojileri için politikalar ve standartlar konusunda uygun bir anlaşma eşlik etmelidir. Amerika Birleşik Devletleri ayrıca teknoloji transferi konusunda ortak politikalar geliştirmek için müttefikleriyle çalışmalıdır. Zamansız veya kötü tasarlanmış teknoloji transferi kısıtlamaları, küresel kuantum araştırma topluluğuna erişimi keserek ve kuantum uygulamaları için ticari pazarı ve girişimcilerin kuantum pazarına girme isteğini boğarak Amerika Birleşik Devletleri’ni yavaşlatacaktır.
- Kuantum bilgisayarların öngörülen zaman çizelgesinde kalmak için PQC’ye geçişi hızlandırın. DES’ten AES’e geçiş neredeyse on yıl sürdü ve kriptografik sistemlerin bir kuantum bilgisayara karşı savunmasız hale gelmesi 10 yıl sürmeyebileceğinden, PQC’ye geçiş için şimdi planlama yapmamak olağanüstü derecede zararlı olabilir.
- Araştırmacıların kuantum hizmetine erişimini artırmak için federal fon kullanın (müttefik araştırmacılar dahil). Enerji Bakanlığı Bilim ve Teknoloji için Kuantum Kullanıcı Genişlemesi (QUEST) programı, müttefikleri de kapsayacak şekilde genişletilebilecek iyi bir başlangıçtır. Kuantum bilişim yeterince farklıdır ve artan erişim gerekli deneyimi ve yeniliği sağlayacaktır.
- Kuantum teknolojilerinin güvenli ve sorumlu bir şekilde geliştirilmesini ve dağıtımını sağlamak için standartlar ve düzenlemeler geliştirin . Bu, kuantum teknolojisinin performansı ve güvenilirliği için standartlar oluşturmanın yanı sıra finans, ulaşım, enerji ve telekomünikasyon gibi kritik endüstrilerde bu teknolojinin kullanımını yöneten düzenlemeler içerir. Bu, AUKUS, ABD-AB Ticaret ve Teknoloji Konseyi ve diğer mekanizmaları kullanan müttefikler ve ortaklarla ortaklık halinde yapılabilir.
- Mevcut fikri mülkiyet kurallarını ve düzenlemelerini kuantum hesaplama dünyasına uygulamaları için gözden geçirin . Kuantum hesaplama, büyük miktarda veriyi hızlı bir şekilde işleme yeteneği potansiyel olarak yeni ilaçların, malzemelerin ve diğer bilimsel atılımların hızla keşfedilmesine yol açabileceğinden, fikri mülkiyet koruması için önemli zorluklar yaratabilir.
- Kuantum becerilerine ve iş gücüne yatırım yapın. Hükümet, akademik kurumlar ve şirketler, bireylere bu heyecan verici ve hızla gelişen alanda çalışmak için gereken becerileri ve bilgiyi sağlamak için eğitim ve iş gücü programlarına yatırım yapmak zorunda kalacak. Kuantum endüstrisi büyümeye devam ettikçe, yetenekli işçilere yönelik önemli bir talep olacak.
Seçilmiş Ulusal Stratejiler
Amerika Birleşik Devletleri : 2018’de ABD Kongresi, kuantum teknolojisine yönelik hükümet harcamaları için 1,2 milyar dolar tahsis eden ve federal hükümet genelinde kuantumla ilgili çabaları koordine etmek için Beyaz Saray içinde Ulusal Kuantum Koordinasyon Ofisi’ni kuran Ulusal Kuantum Girişimi Yasası’nı geçirdi. Ulusal Kuantum Girişimi Yasası, ABD’nin kuantum konusundaki liderliğini artırmayı ve Ar-Ge’sini hızlandırmak için tüm hükümeti kapsayan bir yaklaşım benimsemeyi amaçlıyordu. Yasa 2023’te yeniden yetkilendirilmeyi bekliyor ve Kongre, yeniden yetkilendirme sürecinde temel bilim hükümlerini genişletmeye, kullanım senaryosu Ar-Ge’sine yönelmeye, yeni kurulan şirketler için test yataklarını desteklemeye ve iş gücü gelişimini genişletmeye odaklanıyor .
Beyaz Saray, 2022’de Kuantum Bilişimde ABD Liderliğini Teşvik Etme ve Savunmasız Kriptografik Sistemlere Yönelik Riskleri Azaltma Konulu Ulusal Güvenlik Muhtırası’nı yayınladı. Muhtıra, federal ağları potansiyel şifreleme risklerine karşı korurken kuantum bilişimde ABD liderliğini hızlandırmayı amaçlıyor. Acil hedef, 2035 yılına kadar şifrelemeye yönelik riskin çoğunu azaltmak. İlk adım, tüm Federal Sivil Yürütme Şubesi kurumlarının başkanlarının, kuantum bilişimine karşı savunmasız oldukları yerleri keşfetmek için sistemlerinin bir envanterini tamamlamaları.
Muhtıra, NIST’in QRC standartlarını kesinleştirmesinden sonra (2024’te bekleniyor) QRC’ye geçiş için gereklilikleri ortaya koydu. Yönetim ve Bütçe Ofisi, NIST çalışmalarını tamamladıktan sonra bir yıl içinde kurumlar için bir geçiş planı sunacak. NIST’in özel sektörle çalışması ve Siber Güvenlik ve Altyapı Güvenlik Ajansı’nın geçiş konusunda sektör risk yönetimi kurumları ve eyalet ve yerel yönetimlerle çalışması talimatı verildi. Tüm bu eylemlere, ilerlemeyle ilgili çeşitli raporlama gereklilikleri eşlik ediyor. Aralık 2022’de kabul edilen Kuantum Hesaplama Siber Güvenlik Hazırlık Yasası , muhtıradaki hükümlerin çoğunu kanunlaştırdı.
Bu çabalara Ar-Ge girişimleri eşlik ediyor. ABD hükümeti en azından 2000’lerin başından beri kuantum Ar-Ge’sini finanse ediyor ve muhtıra, kuantum tanıtımı ve teknoloji koruması için tutarlı bir ulusal strateji oluşturmak için adımlar ortaya koyuyor. Buna, kuantumu hızlandırmak ve araştırmacıları ve profesyonelleri küresel olarak birbirine bağlamak için benzer düşünen ülkelerle bir ortaklık olan Entanglement Exchange de dahildir. 2022 tarihli CHIPS ve Bilim Yasası , işgücü geliştirmeden ABD’li araştırmacılar için kuantum teknolojisine erişimi iyileştirmeye kadar kuantumla ilgili çeşitli hükümler içeriyordu.
Çin: Çin, 14. Beş Yıllık Planında kuantumu temel bir öncelik olarak ilan etti . 2017’de hükümet, daha fazla Ar-Ge girişimi için Ulusal Kuantum Bilimi Laboratuvarı’nın kurulduğunu duyurdu ve Çin, esas olarak hükümet kaynaklarından olmak üzere kuantuma önemli yatırımlar yapıyor ve toplam harcama en az 4 milyar dolar . Çin yatırımları bir dizi kuantum teknolojisini kapsıyor ancak büyük ölçüde askeri uygulamalara ( algılama , şifre çözme ve güvenli iletişim gibi) odaklanıyor . Özellikle, 260 milyon dolar ile özel sektör yatırımları, Amerika Birleşik Devletleri, Kanada ve Birleşik Krallık’taki yatırımlarla karşılaştırıldığında geride kalıyor.
Birleşik Krallık: Mart 2023’te hükümet, önümüzdeki 10 yıl içinde kuantum Ar-Ge’sini teşvik etme ve bu teknolojilerin potansiyelini gerçekleştirme planını ana hatlarıyla açıklayan Ulusal Kuantum Stratejisi’ni yayınladı . Strateji, 2024 ile 2034 yılları arasında kuantum teknolojilerinin geliştirilmesine 2,5 milyar £ (3 milyar doların üzerinde) taahhüt ediyor. Ayrıca, Birleşik Krallık’ın kuantumda başarıya ulaşması için pazar payı, özel sermaye yatırımı ve akademik çıktılar hedefleri de dahil olmak üzere belirli ölçütleri ana hatlarıyla açıklıyor.
Kanada: Ocak 2023’te Kanada, kuantum hesaplamada dünya lideri olmak, kuantum teknolojilerinin potansiyel risklerine karşı koruma sağlamak ve kuantum algılamanın benimsenmesini sağlamak için Ulusal Kuantum Stratejisini duyurdu . Bu adımları uygulamak için hükümet, kuantum ürünlerinin araştırma, yetenek geliştirme ve ticarileştirilmesine 360 milyon CAD (267 milyon $) ayırdı.
Japonya: 2020’de Japonya, üç ana hedefi olan Kuantum Teknolojisi ve İnovasyon Stratejisini başlattı : inovasyonu hızlandırmak, temel araştırmalar yürütmek ve uluslararası iş birliğini genişletmek (özellikle Amerika Birleşik Devletleri ve Avrupa Birliği ile). Strateji, inovasyon için teknoloji yol haritaları oluşturmayı, kuantum merkezleri kurmayı ve kuantum konusunda çok taraflı ve ikili anlaşmaları artırmayı amaçlıyor. Bunun üzerine, Japonya 2022’de toplumsal zorlukları çözmek, endüstri için fırsatlar yaratmak ve test yatakları aracılığıyla kuantum kullanımını teşvik etmek için kuantum teknolojisini klasik sistemlere entegre etmeyi amaçlayan Kuantum Gelecek Toplumu Vizyonunu başlattı. Strateji, kuantumdaki ilerlemeler yoluyla ekonomik büyümeyi sağlamayı, sürdürülebilirliği teşvik etmeyi ve dayanıklı toplumları güçlendirmeyi umuyor.
Avrupa Birliği: 2018 yılında Avrupa Birliği, akademik kurumları, endüstriyi ve kamu sektörünü bir araya getirerek AB liderliğini ve inovasyonunu hızlandırmayı amaçlayan bir araştırma holdingi olan Quantum Technologies Flagship’i duyurdu . Grubun, esas olarak hesaplama, simülasyon, iletişim ve algılamaya odaklanan araştırmacıları desteklemek için 10 yıl boyunca 1 milyar € (1,1 milyar $) bütçesi bulunmaktadır. Avrupa Birliği ayrıca, 2021 yılında AB çapındaki programlardan ve özel sektörden fon çekerek yüksek performanslı hesaplamaya 7 milyar € (7,5 milyar $) yatırım yapacak bir girişim olan yeni Avrupa Yüksek Performanslı Hesaplama Ortak Girişimi’nin (EuroHPC JU) kurulmasına ilişkin Konsey Tüzüğü’nü kabul etti. EuroHPC JU, 2025 yılına kadar kuantum bilgisayarlar inşa etmeyi umuyor ve Avrupa’yı kuantum hesaplamada lider yapmayı amaçlıyor.
Hindistan : 2023’te Hindistan’ın Birlik Kabinesi, Hindistan’ı küresel bir kuantum lideri olarak kurmak için Ar-Ge’ye 730 milyon dolardan fazla fon sağlayan Ulusal Kuantum Görevi’ni onayladı . Kuantumu ulusal öncelikleri desteklemek için kullanmayı amaçlıyor (örneğin, Dijital Hindistan ve Hindistan’da Üret ). Bu girişim, 2031’e kadar kuantum programlarını finanse edecek ve hedeflenen teknolojiler arasında kuantum hesaplama, algılama ve iletişim yer alıyor. Misyon, hedeflerine ulaşmak için temel ve uygulamalı araştırmalara odaklanan üniversitelerde ve araştırma enstitülerinde dört tematik merkez oluşturacak.
Rusya: Hükümet, yurt içinde yüksek teknoloji pazarları geliştirmeyi amaçlayan Rusya’nın daha geniş veri ekonomisi programının bir parçası olarak, 2019-2024 yılları arasında 790 milyon dolarlık bir kuantum yatırımı duyurdu . Bu fon, Rus araştırmacılara hesaplama ve simülasyon, iletişim ve algılamaya odaklanarak pratik kuantum uygulamaları geliştirmeleri için araçlar sağlamayı amaçlıyor. Rusya, 2021’de girişimde ilerleme kaydedildiğini duyurarak, 2024 yılına kadar bulut erişimine sahip bir kuantum bilgisayarına (kuantum hizmeti olarak) sahip olma hedefinin hala yolda olduğunu belirtti. Bu fon, hükümet tarafından desteklenen Rus Kuantum Merkezi ve ilgili devlet destekli araştırma laboratuvarları da dahil olmak üzere önceki girişimlere dayanmaktadır. Rusya’nın kuantum konusundaki pratik çalışmalarının çoğu kuantum iletişimine odaklanmıştır. Rusya, 2019’da QKD teknolojisinin “endüstriyel entegrasyona hazır” olduğunu ve küresel QKD ağları oluşturmak için uluslararası ortaklarla çalışmak istediğini iddia etti . Amaç, Çin ve Avrupa altyapılarını birbirine bağlamak için Rusya’da bir QKD ağı oluşturmaktır. Ancak, bu Rus iddialarının abartılı olması muhtemeldir.
Avustralya: Mayıs 2023’te Avustralya, Avustralya’yı 2030 yılına kadar küresel kuantum endüstrisinde lider konuma getirme girişimi olan Ulusal Kuantum Stratejisi’ni duyurdu. Stratejinin beş temel teması vardır: Ar-Ge’ye yatırım yapmak, temel kuantum altyapısına erişmek, iş gücünü genişletmek, ulusal çıkarları yansıtan standartları ilerletmek ve güvenilir ve kapsayıcı bir ekosistem oluşturmak. Strateji doğrudan ek kuantum fonu taahhüt etmese de, hükümetin gelecekte yatırım yapabileceği alanları işaret ettiğini belirtiyor.
Ek B: Küresel Finansman
Aşağıda, hem özel hem de kamu sektörü yatırım çabalarını bir araya getiren en iyi kuantum harcamacılarının finansman vurgularının bir tablosu bulunmaktadır. Bunlar kapsamlı sayılar olmasa da, gelecekteki uygulamalar için kuantum teknolojilerini geliştirmeye en çok odaklanan ülkelere bir bakış sağlar. Hükümet harcama verileri (hepsi ABD doları cinsinden), tablonun dipnotlarında belirtildiği gibi, kuantum yatırımına yönelik çeşitli kamu taahhütlerini bir araya getirir.
Not: Bu rapor SandboxAQ’dan sağlanan fonla hazırlanmıştır. Uluslararası kamu politikası konularına odaklanan özel, vergi muafiyetli bir kuruluş olan Stratejik ve Uluslararası Araştırmalar Merkezi (CSIS) tarafından hazırlanmıştır. Araştırmaları tarafsız ve tescilli değildir. CSIS belirli politika pozisyonları almaz. Buna göre, bu yayında ifade edilen tüm görüşler, pozisyonlar ve sonuçlar yalnızca yazar(lar)a ait olarak anlaşılmalıdır.
