IBM, kuantum bilgisayarların önündeki en büyük teknik mahzurlardan biri olarak görülen kusur düzeltme meselesini çözdüğünü öne sürdü. Şirketin bilim insanları, bu gelişmeyle birlikte 2029’a kadar dünyanın birinci büyük ölçekli, kusurlara sağlam kuantum bilgisayarını piyasaya sürmeyi planladıklarını duyurdu.
20 BİN KAT GÜÇLÜ
IBM’in araştırması, mevcut kuantum sistemlerinden 20 bin kat daha güçlü bir sistemin mümkün olduğunu ortaya koyuyor. Şirketin “Starling” ismini verdiği yeni sistemin, yaklaşık 200 mantıksal kübit kullanarak 100 milyon kuantum süreci gerçekleştirebilmesi bekleniyor. IBM temsilcileri bunun yaklaşık olarak 10 bin fizikî kübite muadil olduğunu söyledi.
Bu sistemin akabinde 2033’te daha büyük ölçekli “Blue Jay” isimli modelin devreye alınması planlanıyor. Blue Jay, 2 bin mantıksal kübit ile 1 milyar kuantum süreci gerçekleştirebilecek.
KÜBİT NEDİR?
Günümüzdeki bilgisayarlar dijital bilgiyi temsil eden en küçük ünite olan “bit”ler üzerinden işliyor. Bir bit, sadece iki farklı pahadan birine sahip olabiliyor: 0 yahut 1. Tüm bilgi, bu 0 ve 1’lerin kombinasyonlarıyla tabir ediliyor. Örneğin, metin, fotoğraf ve ses üzere evraklardaki bilgiler, bitlerin muhakkak biçimlerde düzenlenmesiyle saklanıp işleniyor.
Bu bit’leri, gündelik muhtaçlıklar için elektriği açıp kapatmaya yarayan anahtarlar üzere düşünmek de mümkün. “0” kapatma, “1” ise açma fonksiyonunu yerine getiriyor olsun. Bilgisayarlardaki tüm bilgiler de makul örüntüler halinde “açılıp kapanarak” çalışıyor.
Kuantum bilgisayarlar ise “kuantum bit”lerini, yani “kübit”leri kullanıyor. Kuantum mekaniğinin süperpozisyon özelliği sayesinde kübitler hem 0 hem de 1 kıymetini tıpkı anda taşıyabiliyor. Yani kübitler, elektriğin hem açık hem de kapalı olmasına benziyor. Süperpozisyon prensibi, kübitlerin tıpkı anda birçok hesaplamayı yapabilmesini sağlıyor.
MANTIKSAL KÜBİT DEVRİMİ
Mantıksal kübit (logical qubit), birden çok fizikî kübitin bir ortaya gelmesiyle oluşturulan ve yanılgı düzeltme algoritmalarıyla korunan, daha sağlam sanal bir kübit tipi. Bir mantıksal kübit oluşturmak için yaklaşık 50 ila 100 fizikî kübit gerekebiliyor. Bu sayı kullanılan yanılgı düzeltme formülüne nazaran değişiyor.
Kuantum bilgisayarlar teorik olarak çok güçlü olsalar da, gerçek dünyada çalışan fizikî kübitler (physical qubits) çok hassas ve basitçe kusur yapıyor. Bu da kuantum hesaplamanın en büyük meselelerinden biri.
ÖLÇEKLEMENİN ANAHTARI: LDPC KODU
IBM’in 2 ve 3 Haziran’da arXiv sitesinde erişime açtığı iki yeni çalışmada, kuantum sistemlerdeki kusur oranlarını azaltmaya yönelik yeni yanılgı giderme ve düzeltme teknikleri tanıtıldı. Bu usuller sayesinde donanımın evvelkine nazaran dokuz kat daha verimli ölçeklenebildiği, yani sistemin daha az kaynakla daha fazla süreç gücü elde edecek formda büyütülebildiği söz edildi.
Araştırmalarda öne çıkan öge, düşük yoğunluklu parite denetimi (LDPC) kodları. Bu yeni yaklaşım, kuantum bilgisayarlarda evvelki kusur düzeltme paradigmalarına kıyasla daha az kübit kullanarak daha tesirli sonuçlar alınmasını sağlıyor. IBM, bu sayede kuantum donanımını geçmişteki sınırlamaların ötesine taşıyabilecek bir “hataya dayanıklılık paradigması” geliştirildiğini belirtiyor.
IBM Kuantum Operasyonları Lider Yardımcısı Jay Gambetta, Live Science’a verdiği röportajda, “Artık bilimsel pürüzler aşıldı. Geriye yalnızca mühendislik kaldı” dedi.
HATA DÜZELTMEDEN DAYANIKLILIĞA
Kuantum bilgisayarlar halihazırda var olmasına karşın, yalnızca makul test senaryolarında klasik bilgisayarlardan daha süratli çalışabiliyor. Bunun temel nedeni, kuantum süreç ünitelerinin (QPU) ölçeklenmesinde yaşanan zorluklar. Her yeni kübit sisteme eklendiğinde, kuantum mekaniğinin tabiatından kaynaklanan “gürültü”, yani yanılgı oranı artıyor.
LDPC kodları sayesinde bu sorunun büyük ölçüde aşıldığı tabir ediliyor.
Yeni kodlama sistemi, yanılgı giderme süreçlerinde yüzde 90 daha süratli çalışıyor. IBM, bu teknolojiyi mevcut Heron mimarisinin halefi olan Loon QPU mimarisine entegre edeceğini duyurdu.
100 MİLYON İŞLEM
“Starling” sisteminin, 200 mantıksal kübit kullanarak 100 milyon kuantum sürecine imkan tanıması bekleniyor. IBM yetkilileri, bu amacın sadece LDPC üzere teknolojiler sayesinde mümkün olacağını belirtiyor.
Şirket ayrıyeten, geliştiricilerin bu yeni kuantum sistemlerine hazırlıklı olabilmesi için Qiskit 2.0 isimli açık kaynaklı yazılım geliştirme kitini duyurdu.
IBM Kuantum Motoru Lideri Blake Johnson, “Amaç kusur gidermeden, gerçek kusur düzeltmeye geçmek” diyerek artık kuantum alanının deneysel donanım testlerinden çıkıp kullanıma hazır bir teknolojiye dönüşmekte olduğunu vurguladı.
