Bu çalışma, Kuantum Teknolojilerinin (KUT) istihbarat ve ulusal güvenlik alanlarındaki potansiyel etkilerini incelemektedir. Yıkıcı inovasyon olarak isimlendirilen bu teknoloji, istihbarat disiplininde hem fırsatlar hem de tehditler sunmaktadır. Özellikle Kuantum Bilgisayar ve Kuantum İnternet gibi çabalar, veri işleme, saklama ve iletme süreçlerinde devrim niteliğinde değişiklikler getirebilir. Kuantum teknolojilerinin aynı anda hem 0 hem de 1 değerine sahip olabildiği süperpozisyon özelliği, işlem hızını ve kapasitesini klasik bilgisayarların çok ötesine taşımaktadır. Bu teknoloji, özellikle güvenlik ve istihbarat sahasında büyük bir potansiyele sahiptir. Söz konusu çalışma, KUT’un istihbarat faaliyeti ve süreci üzerindeki etkilerini araştırırken, “Alternatif Gelecekler Analizi” ve “Kırmızı Takım Analizi” gibi yapılandırılmış analiz tekniklerinden yararlanmayı planlamaktadır. Bu analiz teknikleri, KUT’un belirsiz geleceğini değerlendirmek ve istihbarat faaliyetlerinde nasıl kullanılabileceğini öngörmek açısından faydalı olacağı değerlendirilmektedir.
Bu çalışma, Kuantum Teknolojilerinin (KUT) istihbarat ve ulusal güvenlik alanlarındaki potansiyel etkilerini incelemektedir. Yıkıcı inovasyon olarak isimlendirilen bu teknoloji, istihbarat disiplininde hem fırsatlar hem de tehditler sunmaktadır. Özellikle Kuantum Bilgisayar ve Kuantum İnternet gibi çabalar, veri işleme, saklama ve iletme süreçlerinde devrim niteliğinde değişiklikler getirebilir. Kuantum teknolojilerinin aynı anda hem 0 hem de 1 değerine sahip olabildiği süperpozisyon özelliği, işlem hızını ve kapasitesini klasik bilgisayarların çok ötesine taşımaktadır. Bu teknoloji, özellikle güvenlik ve istihbarat sahasında büyük bir potansiyele sahiptir. Söz konusu çalışma, KUT’un istihbarat faaliyeti ve süreci üzerindeki etkilerini araştırırken, “Alternatif Gelecekler Analizi” ve “Kırmızı Takım Analizi” gibi yapılandırılmış analiz tekniklerinden yararlanmayı planlamaktadır. Bu analiz teknikleri, KUT’un belirsiz geleceğini değerlendirmek ve istihbarat faaliyetlerinde nasıl kullanılabileceğini öngörmek açısından faydalı olacağı değerlendirilmektedir.
Bu çalışma, ABD’nin kuantum teknolojilerine yönelik stratejilerini incelemektedir. İçerik analizi yöntemiyle, ABD’nin ilgili stratejik belgelerindeki ana temalar, hedefler, yatırımlar ve araştırmageliştirme faaliyetleri analiz edilmiştir. Buna göre, öncelikle ABD bu teknolojiyle küresel liderliğini sürdürmek, ulusal güvenlik ile ekonomik büyüme arasında dengeli bir ilişki kurarak bu teknolojinin fırsatlarından faydalanmak ve risklerinden kaçınmayı hedeflemektedir. Belgelerde hükümet ve sektörler arası koordinasyon eksiklikleri, yetersiz nitelikli iş gücü, disiplinler arası eğitim eksiklikleri ve kuantum araştırmalarının ekonomik ve güvenlik üzerindeki belirsiz etkileri zayıf yönler ve zorluklar olarak tespit edilmiştir. Bu zorlukların aşılması için ülke içindeki kurumlar arasında daha güçlü bir koordinasyon ve iş birliği sağlanarak, kuantum ekosisteminin etkin bir şekilde oluşturulması hedeflenmiştir. Uluslararası iş birliklerine de büyük önem verilerek, benzer hedeflere sahip ülkelerle ortak çalışmalar yapılması amaçlanmıştır. Kuantum teknolojileri konusunda nitelikli iş gücünün yetiştirilmesi ve ülkeye beyin göçünün teşvik edilmesi, stratejik bir öncelik olarak belirlenmiştir. Ayrıca, üniversite düzeyinde disiplinler arası kuantum eğitimi verilmesi ve lise öncesi seviyelerde bu alana olan ilginin artırılması için eğitim reformları yapılması önerilmiştir. Kuantum araştırmalarının etkin bir şekilde yürütülmesi için gerekli altyapıların geliştirilmesi gerektiği vurgulanırken, federal kurumlar ve sanayinin gelişen kuantum teknolojilerine uyum sağlaması da önemsenmiştir.
Kuantum bilgisayar teknolojileri, finans ve muhasebe alanlarında klasik yöntemlerin ötesinde hız, doğruluk ve güvenlik avantajları sunmaktadır. Bu çalışmada, kuantum bilgisayarların finansal risk yönetimi, portföy optimizasyonu, ödeme ve takas sistemleri, makroekonomik modelleme ile yapay zekâ entegrasyonu alanlarındaki uygulamaları incelenmiş; ayrıca muhasebe ve denetim süreçlerindeki potansiyel katkıları ele alınmıştır. Kuantum algoritmalarının sağladığı işlem hızlanması, paralel veri işleme kapasitesi ve kuantum kriptografi ile veri güvenliği, finansal sistemlerin daha etkin ve güvenli bir şekilde yönetilmesine imkân tanımaktadır. Çalışma, kuantum teknolojilerinin finans ve muhasebe uygulamalarında mevcut ve gelecekteki potansiyel faydalarını ortaya koyarak, bu alandaki araştırma boşluklarına dikkat çekmektedir.
Kuantum bilgisayarları atom ve atom altı parçacıkların davranışlarından yararlanılarak laboratuvar ortamında geliştirilmeye çalışılmaktadır. Bu bilgisayarlar kübit adlandırılan iki seviyeli kuantum mekaniksel sistemleri bilgi depolama ve temel işlem birimi olarak kullanmaktadır. Klasik bitlere göre mümkün olmayan aynı anda iki durumu birden sergileyebilme kübitler için mümkündür ve bu durum hesaplamalarda kullanılabilmektedir. Bu özellik kuantum bilgisayarlara üstün işlem yeteneği kazandırmaktadır. Klonlanamama kübitlerin kopyasının alınmasını engellemekte ve kuantum bilgisayarların doğasına veri güvenliğini katmaktadır. Farklı yeteneklere sahip bu bilgisayarların kullanılabilmesi için programlanması ve neler yapması gerektiği söylenmelidir. Tezimde kuantum bilgisayarların üstün işlem yeteneklerinin kullanılmasına, mevcut kuantum algoritmalarının yazılmasına imkan sağlayan yeni bir kuantum programlama dili geliştirilmiştir.
Metaverse, gerçek ve sanal dünyaları birleştirmek için sanal bir alan yaratan ve kişinin her bir dünyadaki deneyimini en üst düzeye çıkaran bir kavramdır. Gerçek dünyayı kopyalayan tutarlı kullanıcı etkileşimi için bir alan formüle etmek üzere sanal gerçeklik, artırılmış gerçeklik, blockchain teknolojisi ve sosyal medya kavramlarından yararlanan simüle edilmiş bir dijital ortamdan oluşan sosyal bağlantıya odaklanır. Gerçek hayattaki benzerini ideal bir şekilde kopyalayan sanal bir dünya yaratmak için birkaç sektörü tek bir ekosisteme çekmeyi amaçlamaktadır. Bu sanal dünyaları oluşturmak için dev süper bilgisayarlar kullanılmaktadır. Süper bilgisayarlar ile kuantum teknolojileri terimi gündeme gelmektedir. Kuantum teknolojilerinin özü kuantum hesaplamadır. Hesaplamaları gerçekleştirmek için, kuantum mekaniğinin süperpozisyon ve dolanıklık gibi özelliklerinden yararlanılır. Bilgisayarlar kuantum hesaplaması yapabildiklerinde, bunlara kuantum bilgisayarlar denir. Kuantum hesaplamanın, meta veri depolama alanında bir dizi farklı kullanım senaryosu bulunmaktadır. Metaverse çok sayıda hesaplama ve simülasyon kullanır, bu nedenle hesaplamayı ve genel deneyimi geliştirmek için kuantum hesaplamadan yararlanılmaktadır.Kuantum makine öğrenimi gibi bazı alanların, finans ve ilaç endüstrisi gibi çeşitli sektörlerde giderek daha kullanılır olduğu kanıtlanmıştır. Bu doğrultuda, kuantum bilgi işlemin, meta veri deposunu hayata geçirmede kesin bir rolü vardır ve birkaç kritik uygulamanın yürütülmesine yardımcı olmaktadır. Bununla birlikte, metaverse'de, daha fazla etkileşim yakalandıkça, gerçekleşen herhangi bir ticaret ve işlem için kuantuma dayanıklı güvenliğe ihtiyaç duyulacak ve kuantuma dayanıklı blok zinciri teknolojisi, başvurulacak bir teknoloji olacaktır. Meta veri deposunun karmaşıklığı arttıkça makine öğrenimi, nasıl geliştiği konusunda giderek daha önemli bir rol oynayacaktır. Metaverse'de artan makine öğrenimine duyulan ihtiyaç, gerçekte olduğu kadar derin olacaktır. Kuantum makine öğreniminin daha fazla gelişmesiyle, metaverse'de daha fazla uygulama yer alacaktır. Bu nedenle, Metaverse, yavaş yavaş anlaşılması gereken bir kavramdır. Kuantum hesaplama, herkesin metaverse'nin uygulamalarını ve yeteneklerini anlaması, potansiyel avantajlardan yararlanılması için öğrenilmesi ve kullanılması gerekli bir teknolojidir.
Kuantum anahtar dağıtımı (KAD) kuantum mekaniğinin temel yasalarına dayalı güvenli bilgi teknolojileri kapsamında önerilmiş birçok uygulama arasında pratik kullanıma en yakın olanıdır. KAD iki kullanıcı arasında güvenli bilgi paylaşımı için kullanılan anahtarın üretilmesini ve dağıtılmasını sağlar. KAD sistemlerinin çalışma prensibinin ve sağladığı güvenliğin temelinde anahtarın tek fotonlar üzerinden kullanıcılar arasında dağıtılması vardır. Bu sebeple, verimli tek foton kaynakları KAD sistemleri için kritik öneme sahiptir. Literatürde farklı tek-foton kaynakları ile KAD gösterimleri mevcuttur ancak elde edilen anahtar üretim oranları ve güvenlik seviyeleri tek-foton kaynaklarının performanslarından kaynaklanan sebeplerle istenilen değerlere ulaşamamıştır. Bu sebeple, özellikle oda sıcaklığında ışıyan verimli tek-foton kaynaklarına yönelik araştırmalar yoğun bir şekilde devam etmektedir. Bu projede alternatif olarak son zamanlarda popüler olan altigen bor nitrür (hBN) içerisindeki kusur merkezleri KAD için tek-foton kaynağı olarak çalışıldı. HBN bilinen diğer iki boyutlu malzemelerden farklı olarak sahip olduğu geniş bant aralığı sayesinde (~5.5 eV) farklı enerji değerlerine sahip kusur merkezleri barındırır. Böylece, mor-ötesinden görünür bölgeye kadar olan geniş bir spektrumda tek-foton ışıması elde edilebilir. Ayrıca, hBN kusur merkezlerinden elde edilen tek-foton ışımasını 800 K gibi çok yüksek sıcaklıklarda da gözlemlemek mümkündür. Bütün bu özellikleri nedeniyle hBN malzemesinin kuantum bilgi teknolojileri, metroloji ve sensör teknolojileri gibi farklı alanlarda ve farklı ortam koşullarında kullanılabileceği düşünülmektedir. Bu proje kapsamında hBN içerisindeki kusur merkezlerinden elde edilen sıfır-fonon çizgisi (ZPL) ışımasının kuantum optik özelliklerinin incelendi ve bu yapılar ile ilk defa B92 protokolüne dayalı açık-hava KAD gösterimi yapıldı.
Kuantum hesaplama, karmaşık hesaplama problemlerini ele almak için devrim niteliğinde bir yaklaşım sunmakta ve yapı mühendisliği alanını dönüştürme potansiyeline sahiptir. Bu çalışma, kuantum algoritmalarının—özellikle Grover algoritması (Grover, 1996), Varyasyonel Kuantum Özdeğer Çözücüsü (VQE) (Peruzzo et al., 2014) ve Kuantum Yaklaşık Optimizasyon Algoritması (QAOA) (Farhi, Goldstone & Gutmann, 2014) klasik yapısal analiz ve tasarım yöntemleriyle ilişkili sınırlamaların aşılmasındaki olası rolünü ve teorik temellerini incelemektedir. Çalışmada, kuantum hesaplamanın sonlu elemanlar analizi ve optimizasyon süreçlerine entegrasyonu için kavramsal bir çerçeve sunulmakta; veri kodlama, hibrit mimariler gibi temel teknik zorluklar ele alınmakta ve gelecekteki araştırmalar için umut verici yönler ortaya konulmaktadır. Bu çalışma, kuantum destekli yapısal tasarımın gelecekteki pratik uygulamaları için bir temel oluşturmayı amaçlamaktadır.