Google, Kuantum Bilgisayarların Nasıl En Üst Performansı Göstereceğini Buldu
Kuantum bilgisayarlar 1980’lerin başında teorik olarak tanımlandığından beri, araştırmacılar bu cihazların klasik bilgisayarların erişemediği problemleri çözebilecekleri günü bekliyorlardı. Şimdiye kadar da çözemediler. Ama umut var.
Geçtiğimiz beş yıl içinde kuantum bilgisayarlar nihayet klasik muadillerine meydan okudular, ancak nihai zafer hala çok uzakta. Ancak şimdi Google’daki araştırmacılar kuantum bilgisayarların kazanabileceği koşulları belirlediklerini söylüyorlar.
Kuantum bilgisayarın Sycamore işlemcisini, esasen rastgele bir dizi oluşturan basit bir kuantum algoritması olan rastgele devre örneklemesini (RCS) çalıştırmak için kullandılar.
Google, kuantum bilgisayarları geliştirirken odaklanılması gereken en önemli şeyin gürültü engelleme olduğunu göstermiştir. Gürültü seviyeleri azaltılırsa, kuantum bilgisayarlar klasik bilgisayarlardan daha güçlü hale gelir.
Ekip, Sycamore’un performansını analiz etti ve RCS gerçekleştirirken çok fazla gürültü içeren bir modda çalıştığında, klasik süper bilgisayarlardan daha iyi performans gösterebileceğini buldu.
Ancak gürültü seviyesi belirli bir eşiğe düşürüldüğünde, Sycamore’un hesaplamaları o kadar karmaşık hale geliyor ki, bunları klasik bir makinede yeniden üretmek neredeyse imkansız hale geliyor. Bazı tahminlere göre, dünyanın en hızlı klasik süper bilgisayarı on trilyon yıl sürer.
Kuantum teknolojisi uzmanları Nature dergisine yaptıkları açıklamada, bunun Sycamore’un RCS destekli herhangi bir klasik bilgisayardan daha iyi performans gösterebileceğinin ikna edici bir kanıtı olduğunu söyledi.
Google 2019’da kuantum bilgisayarının RCS yapabileceğini ve kuantum avantajı elde edebileceğini söylemişti, ancak o zamandan beri klasik bilgisayarlar beklenenden daha fazla hızlandı ve bu da “kuantum avantajını” ortadan kaldırdı.
Broomfield, Colorado merkezli bir bilgisayar yazılım şirketi olan Quantinuum’da kuantum hesaplama araştırmacısı olan Michael Foss-Feig, “Google, RCS ile ilgili birçok sorunu açıklığa kavuşturmak ve çözmek için çok iyi bir iş çıkardı” diyor.
Lu, yeni sonuçların kuantum bilgisayarların ne kadar “gürültü” yapabileceğini gösterdiğini, ancak bu gürültü seviyesinde bile klasik bilgisayarları geçtiklerini söylüyor.
Şanghay’daki Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi’nde kuantum fizikçisi olan Chao-Yang Lu, klasik ve kuantum bilgisayarlar arasındaki sürekli rekabetin bu alanda itici bir güç haline geldiğini söylüyor.
Bu durum araştırmacıları daha büyük ve daha iyi kuantum bilgisayarlar üretmeye teşvik etti. Google’ın elde ettiği son sonuç kuantum bilgisayarların klasik bilgisayarların yerini alacağı anlamına gelmiyor.
Örneğin Sycamore, fotoğraf depolamak ya da e-posta göndermek gibi geleneksel bir bilgisayarın tipik işlemlerini gerçekleştiremiyor. Google’ın Santa Barbara, Kaliforniya’daki kuantum bilgisayar projesinin başkanı Sergio Boixo, “Kuantum bilgisayarlar daha hızlı değil, farklı” diyor.
“Sonunda kimyasal reaksiyonları doğru bir şekilde modellemek gibi klasik olarak imkansız – ama yararlı – görevleri yerine getirebilmeleri bekleniyor.”
Üstel büyüme
Sycamore işlemci, geleneksel dizüstü bilgisayarlara güç veren silikon çiplere benziyor, ancak içinden geçen elektronları kuantum hassasiyetiyle kontrol etmek için özel olarak üretildi.
Elektronların hassas durumlarını bozabilecek ve gürültü yaratabilecek sıcaklık dalgalanmalarını azaltmak için çip mutlak sıfıra yakın ultra düşük sıcaklıklarda saklanıyor.
Bir kuantum çipi, geleneksel bir bilgisayarın yaptığı gibi klasik bitler (her zaman ya 0 ya da 1 olan) kullanmak yerine, elektronların ‘süperpozisyon durumunda’ olma yeteneğini kullanan kübitlere dayanır.
Bir kuantum bilgisayar, klasik bir bilgisayarın gerektirdiğinden katlanarak daha az kübit kullanarak bazı görevleri yerine getirebilir.
Örneğin, RCS algoritmasını çalıştırmak için klasik bir bilgisayar 1,024 bite ihtiyaç duyarken, kuantum bilgisayar 10 kübite ihtiyaç duyacaktır.
Beş yıl önce, Google’dan bir grup araştırmacı Nature dergisinde 53 kübitlik bilgisayarlarında RCS algoritmasının 200 saniyelik bir çalışmasını yapmanın klasik bir süper bilgisayarın 10.000 yılını alacağını bildirdi.
Bu iddia hemen ardından eleştirmenler tarafından ateş altına alındı. IBM’deki araştırmacılar, bir süper bilgisayarın bu görevi birkaç gün içinde tamamlayabileceğini iddia eden bir ön baskıyı çevrimiçi olarak yayınladılar.
Haziran 2024’te Chao-Yang Lu ve meslektaşları güçlü klasik bilgisayarlar kullanarak bu sonucu bir dakikadan biraz fazla bir sürede yeniden üretti.
Google’ın 2019 sonucu, klasik bir bilgisayarın üstesinden gelebileceği tek sonuç değil. Haziran 2023’te IBM araştırmacıları ve diğer bilim insanları 127 kübitlik bilgisayarlarının “kaba klasik hesaplamaya meydan okuyan” potansiyel olarak yararlı matematik problemlerini çözebileceğini bildirdi. Ancak birkaç hafta sonra, çok sayıda çalışma klasik yaklaşımların hala kuantum makinelerle rekabet edebileceğini gösterdi.
Yüksek doğruluk
Boisho ve meslektaşları, gürültünün kuantum bilgisayarların sonuçlarını nasıl klasik makinelerle karşılaştırılabilir hale getirdiğini anlamak istedi.
Bilim insanları, kübit gürültüsündeki küçük değişimlerin bile – yüzde 99,4 hatasızdan yüzde 99,7’ye – Sycamore’un maddenin katıdan sıvıya geçişine benzer şekilde yeni bir durumdaymış gibi davranmasına neden olduğunu buldular.
Boixo, “Gürültü bir kuantum sistemini neredeyse klasik bir sisteme dönüştürüyor” diyor. “Sycamore’un yükseltilmiş 67 kübitlik versiyonu belirli bir gürültü bastırma eşiğini geçtiğinde, RCS çıktısı klasik modelleme ile ulaşılamaz hale geldi.
Araştırmacılar bir gün kuantum bilgisayarların bu kuantum-klasik savaşı kazanacak kadar büyük ve hatasız olacağını umuyor. Şimdilik, minderde onurlu bir şekilde güreşmekten memnunlar.
Derleyen: Feyza ÇETİNKOL
Kaynak: Google, Kuantum Bilgisayarların Nasıl En Üst Performansı Göstereceğini Buldu
Artık Herkes “Gelecekten Gelen Kendi Versiyonuyla” Konuşabilecek