IBM kuantum bilgisayarı 110 yıllık hesaplamayı 19 saniyede yaptı

IBM'in Nighthawk r2 işlemcisi, bir süper bilgisayarın yaklaşık 110 yılını alacağı tahmin edilen bir görevi yalnızca 19 saniyede tamamlayarak bir milyon örnek üretti.

Deneyin sonuçları arXiv'de erişime sunulan bir makalede yer aldı. ABD'deki BlueQubit'ten fizikçi Tigran Sedrakyan öncülüğündeki araştırmacılar, bunun uzman olmayan kullanıcıların kolaylıkla uygulayabileceği geniş çapta erişilebilir bir kuantum işlemcisinde rastgele devre örneklemesi için kuantum avantajının ilk göstergesi olduğunu belirtti.

Süper bilgisayarlar ile kuantum bilgisayarlar arasındaki yarış

Kuantum avantajı mücadelesi, süper bilgisayarlar ile kuantum bilgisayarlar arasında 2018 yılında başlayan bir teknoloji yarışı olarak biliniyor. Temel yaklaşım, klasik bir bilgisayarın gerçekleştirmesinin imkansız olmasa bile son derece zor olduğu bir kuantum hesaplamasının bulunması gerektiğine dayanıyor.

Araştırmacılar 2018 yılında, rastgele devre örneklemesi (RCS) adı verilen bir görevin bu işlevi yerine getireceğine dair güçlü teorik kanıtlar sundu.

Kuantum devresi, geleneksel bir bilgisayardaki bitler üzerinde gerçekleştirilen işlemlere benzer şekilde, kübitler üzerinde gerçekleştirilen bir dizi işlem olarak tanımlanıyor.

RCS işlemlerinde seçimler büyük ölçüde rastgele yapılarak giderek daha karmaşık bir kuantum durumu oluşturuluyor. İşlemci daha sonra bu durumu tekrar tekrar ölçerek örnekler olarak bilinen birler ve sıfırlar dizileri üretiyor.

Örnek üretmek oldukça basit olsa da kübitlerin ve işlemlerin sayısı arttıkça aynı sonuçları klasik bir bilgisayarda elde etmek için gereken olasılığı hesaplamak giderek zorlaşıyor.

Klasik yöntemlere karşı kuantum teknolojisi

Google, 2019 yılında 53 kübitlik Sycamore işlemcisinin klasik bir süper bilgisayarın pratik erişiminin ötesinde bir RCS deneyi gerçekleştirdiğini duyurdu.

Ancak klasik bilgisayar araştırmacılarının geleneksel bilgisayarları bu sonuçları üretmeye zorlamak için yaratıcı yollar bulmaya başlaması ve kuantum araştırmacılarının sistemlerini ileri teknolojiyi kullanarak daha uç noktalara taşıması uzun sürmedi.

Sedrakyan ve meslektaşları bu yeni çalışmada özel bir deneysel işlemci kullanmak yerine deneylerini IBM'in bulut platformu üzerinden kullanıcılara sunulan 120 kübitlik süper iletken kuantum işlemcisi Nighthawk r2 üzerinde yürüttü.

İşlemciden 61 kübit seçilerek 40 döngüye kadar artan karmaşıklıkta rastgele devrelere tabi tutuldu. Bu süreçte 61 kübitin manipüle edildiği tekrarlanan operasyon turları gerçekleştirildi.

Araştırmacılar bu işlemi deneye özel bir kalibrasyon yapmadan platformun standart bulut iş akışını kullanarak tamamladı.

Bir milyon örnek 19 saniyede bitti

Devrenin 918 iki kübitlik kapı içerdiği 36 döngüde en uygun nokta bulundu. Bu koşul altında Nighthawk r2 sadece 19 saniyede bir milyon örnek üretti.

Görevin dünyanın en iyi süper bilgisayarları için ne kadar zor olacağını tahmin etmenin daha karmaşık olduğu ifade ediliyor. Araştırmacılar, klasik bir bilgisayarda kuantum devresini simüle etmenin hesaplama maliyetini tahmin edebilen tensör ağı daraltma tekniğini kullanarak bir milyon örneği yeniden üretmenin yaklaşık 1,2 çarpı 10 üzeri 27 hesaplama işlemi gerektireceğini ortaya koydu.

Saniyede bir kentilyondan fazla işlemle 2024 yılına kadar dünyanın en hızlı süper bilgisayarı olan Frontier referans alınarak, Nighthawk r2'nin başarısının yaklaşık 110 yıllık hesaplama süresine denk geleceği aktarıldı.

Yeni teknolojiler ve gelecekteki yarış

Araştırmacılar, 110 yılın klasik bilgisayarlar için temel bir hız sınırı olmadığını, yalnızca kuantum deneyini yeniden üretmenin belirli bir yöntemine dayalı bir tahmin olduğunu vurguluyor. Daha verimli algoritmaların, klasik bilgisayarlarda gereken işlem yükünü önemli ölçüde azaltabileceği ifade ediliyor.

Ancak uzmanlar hiçbir klasik bilgisayarın Nighthawk r2'nin performansına ulaşamayacağını iddia etmek yerine, bu kıyaslamaya göre kuantum işlemcisinin önemli ölçüde öne geçtiğini kaydetti.

Deneyi genel bulut üzerinden erişilebilen ticari bir donanımda gerçekleştirdiklerini belirten araştırmacılar, sonuçların başkaları tarafından da test edilebilmesi için devreleri, örnekleri ve analiz kodlarını paylaştı.

Henüz hakem değerlendirmesinden geçmeyen bulguların arXiv platformunda yer aldığı bildirildi.