Optik Bilgi İşlem: Bilgi İşlemcilerin ve Problem Çözmenin Geleceği mi?

Google’ın geliştirdiği yapay zekâ AlphaGo’nun, 2016’da Güney Koreli Go şampiyonu Li Sedol’u yenmesiyle, yapay zekânın insanlık için bir tehdit olup olmadığı gündeme gelmiştir. AlphaGo’nun başarısı küçümsenemez, ancak bunun gözden kaçırılmaması gereken bir bedeli olmuştur: Sistem, Li’yi yenebilmek için yaklaşık bir megavat elektrik harcamıştır. Buna karşılık Li’nin beyninin harcadığı enerji 20 vat kadardır.

21’inci yüzyılda insanlık yapay zekâdan daha büyük bir sorunla karşı karşıyadır: Küresel iklim değişikliği. Teknoloji küresel iklim değişikliğinde hem “sorun” hem de “çözüm” tarafında yer almaktadır. Küresel dijital medeniyet, elektrik üzerine kuruludur ve gerek dijital cihazların üretilmesinde gerekse insanlığın her saniye ürettiği muazzam miktarda verinin (saniyede yaklaşık 45.000 TB) saklanması ve bunların dünyanın dört bir yanına (ve uzaya) iletilmesinde büyük miktarda enerji tüketilmektedir. Enerji üretimi ve tüketimi, dünyanın bir numaralı sera gazı emisyonu kaynağıdır. Öte yandan küresel iklim değişikliği ile mücadelede pek çok sektörde sera gazı emisyonlarını azaltacak yöntemlerin uygulanabilmesi için teknolojiden daha fazla yararlanılması önerilmektedir. Bu sorunla başa çıkabilmek için, tarımdan ulaşıma, enerjiden sağlığa kadar hayatın tüm alanlarında, teknolojinin sağladığı verimlilik, optimizasyon, hassasiyet ve inovasyon kabiliyetlerine başvurulması gerektiği vurgulanmaktadır.

Peki, daha az enerji tüketirken tüm sektörlerin artan bilişim ihtiyacı nasıl karşılanacak? Elektroniğe dayanan Bilişim ve İletişim Teknolojileri (BİT), dünyada devrim yaratmış ve yaşamın ayrılmaz unsurları hâline gelmiştir. Elektronik cihazlar, bilişim teknolojilerinde hızlı ilerlemeye yol açmış, bu ilerleme ise yüksek performanslı BİT’e talebi önemli ölçüde artırmıştır. Nesnelerin interneti, yapay zekâ, yeni nesil mobil iletişim, artırılmış gerçeklik, sanal gerçeklik, bilgisayarlı görü, robot teknolojisi ve daha pek çok yeni teknoloji bilgisayarların performansının artmasının sonucu olmuş, bu yeni teknolojiler ise daha fazla bilgi işlem gücüne ihtiyacı beraberinde getirmiştir. Gelişmekte olan sürücüsüz araçlar, metaverse, derin öğrenme, makine öğrenmesi, otonom araçlar gibi teknolojiler için de daha fazla bilgi işlem gücüne ihtiyaç duyulacaktır.

Daha düşük enerji sarfiyatıyla ve daha küçük hacimle daha hızlı, daha çok veriyi işleyebilen işlemciler ve diğer bilgisayar bileşenlerinin geliştirilmesi için araştırmalar ara vermeden sürmektedir. Son yıllarda yeni nesil bilgi işlem teknolojisi arayışında kuantum bilgisayarlar ve optik bilgi işlem, araştırmaların iki odak noktasını oluşturmaktadır.

Optik bilgi işlem, hesaplamalar ve veri işleme görevlerini gerçekleştirmek için ışığı kullanırken, kuantum bilgi işlem, “kuantum mekaniğinin” ilkelerine dayanmaktadır. İki bilgi işlem türünün birbirine üstün yanları bulunmaktadır. Ne var ki kuantum bilgisayarlarını geliştirmenin önündeki mühendislik zorlukları ve bu bilgisayarların yüksek enerji tüketimi, oda sıcaklığında ısıya yol açmadan bilgi işlem sağlayan optik teknolojilerin daha ön plana çıkmasına yol açmıştır.

Bu gelişmeler olurken, optik devrelerin avantajlarından yararlanarak kuantum bilgi işlem yapabilecek bilgisayarlar geliştirilmesi için de çalışmalar başlatılmıştır. Yeni nesil kuantum hesaplamanın, optik bilgi işlem teknolojisi üzerine inşa edileceğini savunanların sayısı giderek artmaktadır.

Genel olarak hem optik bilişim hem de kuantum bilişim, bilgi işlem ve veri işleme alanında devrim yaratma potansiyeline sahiptir. Farklı güçlere ve sınırlamalara sahip olsalar da her iki teknoloji de karmaşık sorunları çözmek ve dünya anlayışımızı ilerletmek için heyecan verici yeni olanaklar sunmaktadır.

Optik bilişim de kuantum bilişim de birbirine paralel çok sayıda veri akışına imkân veren yapay sinir ağlarının gelişmesini sağlayabilirler. Yapay sinir ağları, 5G ve gelecekte 6G mobil teknolojileri ile nesnelerin interneti uygulamalarının yaygınlaşmasıyla ortaya çıkacak veri patlamasına yanıt verebilir. Dolayısıyla optik bilgi işlem, yakın gelecekte büyük veri analizi, yapay zekâ, makine öğrenmesi ve yapay sinir ağları gibi teknolojilerin daha fazla gelişmesini ve yaygınlaşmasını sağlayabilir. Analizimizde optik bilgi işlem teknolojisinin temelleri ve yapılan çalışmalar incelenecek ve optik bilgi işlemin gelecekte elektronik bilgi işlemin yerini alıp alamayacağı sorgulanacaktır...