Google yeni kuantum işlemcisi “Willow”u sunar.
Duyuru
Sycamore çipinin piyasaya sürülmesinden beş yıl sonra, Google Quantum AI ekibi şimdi yeni nesil kuantum işlemcisini tanıtıyor: Adı Willow'dur, İngilizce “söğüt” anlamına gelir ve 105 süper iletken kübitle donatılmıştır.
Ekip, Willow ile iki bilimsel sonuç ortaya koymak istiyor: Bir yandan kübitler, hesaplamalar sırasında ortaya çıkan hesaplama hatalarının ilk kez etkili bir şekilde düzeltilmesini mümkün kılmalı. Bu, Google Quantum AI'nin kurucusu ve başkanı Hartmut Neven liderliğindeki araştırmacılar tarafından Pazartesi günü ünlü “Nature” dergisinde yayınlanan bir yayında duyuruldu. Öte yandan çipin, en iyi süper bilgisayarın 10 katrilyon (10 katrilyon) ödemek zorunda kalacağı bir görevi beş dakikada çözdüğü söyleniyor.25) yıllar sürecektir. Ekip bunu bir basın açıklamasıyla duyurdu.
Etkili kuantum hatası düzeltmesi
Julian Kelly liderliğindeki Google araştırmacıları ilk keşiflerini, gerçek hata düzeltmesini Ağustos ayında ön baskı sunucusu arXiv.org'da yayınladılar, ancak yeni çiplerinin adını açıklamadılar. Başarılı bir hakem değerlendirme sürecinin ardından sonuçlar artık hakemli dergi Nature'da yayınlandı.
Kübitlerin kararsız doğasından dolayı kuantum bilgisayarlar bugün hala hataya açıktır. Birden fazla hesaplama adımı birbiri ardına yürütülürse hesaplama sonuçları gürültülü hale gelir: sonuçlar kullanılamaz hale gelir. Bu hataları tespit etmek ve hesaplama sırasında düzeltmek, kuantum hata düzeltmenin amacıdır. Kuantum hatasının düzeltilmesi büyük bir zorluğu temsil ediyor ve birçok uzman tarafından kullanışlı ve güçlü kuantum bilgisayarların geliştirilmesinde gerekli bir adım olarak görülüyor.
Google araştırmacıları sözde yüzey kodunu uyguladılar. Kuantum bilgisini tek bir kübitte depolamak yerine, fiziksel kübit olarak adlandırılan birkaç kübite dağıtılır. Bunlar birlikte mantıksal bir kübit, yani bir bilgi işlem birimi oluşturur. Bu, tek bir fiziksel kübit hata yapsa bile gerekli bilgilerin saklandığı anlamına gelir.
Araştırmacılar, hataları düzeltmek için 17 (kırmızı kutu), 49 (sarı) veya 97 (siyah) fiziksel kübiti, mantıksal kübit olarak adlandırılan tek bir hesaplama biriminde birleştiriyor.
(Resim: Google Quantum AI ve Katkıda Bulunanlar, arXiv:2408.13687, CC BY 4.0)
Teorik olarak, hataları düzeltmek için daha fazla fiziksel kübit kullanıldıkça kuantum bilgisayarların hata oranı azalacaktır. Ancak fiziksel kübitlerin hataya çok açık olması nedeniyle bu daha önce pratikte mümkün değildi. Willow'un kübitleri süperpozisyonları selefi Sycamore'dan beş kat daha uzun süre koruyor. Bu, ilk kez etkili hata düzeltmeyi gerçekleştirebilecek kadar kararlı oldukları anlamına gelir. Kombinasyon halinde, mantıksal kübitin hata oranı, fiziksel kübitlerinkinden daha düşüktür. Hatalar katlanarak bastırılır: Fiziksel kübit sayısı iki katına çıkarsa mantıksal kübitin hata oranı yarıya iner.
Araştırmacılar, elde ettikleri sonuçlarla hataya dayanıklı kuantum hesaplamanın temelini attılar. Neven, “Kritik eşiğin altındaki ilk sistem olarak bu, bugüne kadar oluşturulmuş ölçeklenebilir mantıksal kübitin en ilgi çekici prototipidir” diye yazıyor. “Bu, çok büyük, kullanışlı kuantum bilgisayarların yapılabileceğinin açık bir işaretidir.”
En iyi süper bilgisayardan daha hızlı
Araştırmacıların Willow ile gösterdiği ikinci çığır açıcı gelişme, onun klasik bilgisayarlara olan üstünlüğüdür. ABD'deki Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı'ndaki “Frontier” süper bilgisayarının, Willow'un beş dakikadan kısa sürede çözdüğü bir görevi tamamlamak için 10 katrilyon yıla ihtiyaç duyduğu söyleniyor. Test sırasında dünyanın en güçlü süper bilgisayarıydı. Kasım ortasında, Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı'nın “El Capitan”ı onu en üst sıranın dışına çıkardı.
Kuantum işlemci, süper iletken çipi son derece düşük sıcaklıklara soğutmak için gerekli olan bir kriyostat içinde barındırılıyor.
(Resim: Google Quantum AI)
Google araştırmacılarına göre, Willow'un öncülü olan 53-qubit Sycamore çipinin ilk versiyonu, klasik süper bilgisayarların bilgi işlem kapasitesini aşan bir görevi çözen ilk çip oldu. Bu yeteneğe “kuantum üstünlüğü” adını verdiler. Çipin, bir süper bilgisayarın 10.000 yılını alması gereken bir görevi 200 saniyede çözdüğü söyleniyor. Haber medyanın büyük ilgisini çekti ancak yalnızca birkaç gün sonra rakibi IBM, bir süper bilgisayarın bu görevi doğru yöntemleri kullanarak yalnızca 2,5 günde çözebileceğini gösterdi. Bu yine de kuantum bilgisayarı daha hızlı hale getirecektir, ancak kuantum bilgisayar sorunun çözümü için gerekli değildir.
Geçtiğimiz Ağustos ayında ekip, Sycamore çipinin 67 süper iletken kubit içeren güncellenmiş bir versiyonuyla iddiasını yeniledi. Araştırmacılar, bir süper bilgisayarın Sycamore ile aynı hesaplamayı yapmasının 10 trilyon yıl süreceğini tahmin etti. Araştırmacılar artık “kuantum üstünlüğü” teriminden uzaklaşıyor ve yalnızca “klasiğin ötesinde”, yani klasik olarak mümkün olanın ötesinde hesaplamalardan bahsediyorlar.
Google Quantum AI ekibi 2013 yılında kuruldu ve diğer şeylerin yanı sıra bir kuantum bilgisayarı oluşturmak üzerinde çalışıyor.
(Resim: Google Quantum AI)
Kuantum bilgisayarın çözmesi gereken göreve (şimdi olduğu gibi o zaman da) “Rastgele Devre Örneklemesi” (RCS) adı veriliyor: bu, bir dizi rastgele sayı üreten bir kuantum algoritmasıdır. Araştırmacılar, kübitleri klasik bilgisayarların simüle etmesi zor olan karmaşık bir konfigürasyona getirmek için rastgele seçilmiş bir dizi kuantum kapısını (yani kuantum fiziği hesaplama işlemlerini) çalıştırıyor.
DLR Kuantum Teknolojileri Enstitüsü'nden Sabine Wölk, “Rastgele devre örneklemesinin herhangi bir pratik kullanımını bilmiyorum” diyor. Bu, Google'ın araştırmacı kıyaslama sürecine yönelik yinelenen bir eleştiridir. Ancak yeni çipin sunumu sırasında Neven, amacın bu olmadığını açıkladı. “RCS uygulamalar için kullanışlı değil. İki kuantum işlemciyi veya bir kuantum işlemci ile klasik bir işlemciyi karşılaştırmak için bir kıyaslamadır.” Ancak bir kuantum bilgisayarının RCS'deki klasik rejimin ötesinde çalışması durumunda yararlı uygulamalarda avantajlar beklenebilir. Ancak araştırmacılar Willow'un halihazırda yararlı uygulamalar için uygun olup olmadığı sorusuna kaçamak bir yanıt verdiler. Willow kimya ve fizikte bazı uygulamalara olanak sağlayabilir, ancak daha fazla ayrıntı henüz görülmedi.
Bir sonraki adım nedir?
Şirket, RCS'ye ek olarak şimdiye kadar yalnızca bilimsel araştırmalarla ilgili olan ancak klasik olarak mümkün olanın ötesine geçmeyen simülasyonlar gerçekleştirdi. Neven, “Amacımız her ikisini de aynı anda yapmak” diye yazıyor, “klasik bilgisayarların kapsamının ötesinde olan ve gerçek, ticari açıdan önemli problemler için yararlı olan algoritmalar alanına girmek.”
Şirket uzun vadeli planlamasını bir yol haritası halinde sunuyor. Willow ile altı golün üçüncüsüne doğru önemli bir adım atılmış olacaktı. Mantıksal, uzun ömürlü bir kübit olan üçüncü dönüm noktasına bir ila iki yıl içinde ulaşmak istiyor. Ekip, milyonlarca kübite sahip, hata düzelten büyük bir kuantum bilgisayar olan Milestone 6'nın ne zaman beklenebileceğini söyleyemedi.
Şirket, uzun vadede kuantum bilgisayarların çeşitli uygulama alanlarında önemli bir avantaja sahip olmasını bekliyor. Bunlar arasında yeni ilaçların geliştirilmesi, yeni elektrikli araba akülerinin tasarımı, füzyon araştırmalarındaki ilerlemeler ve alternatif enerji kaynaklarının araştırılması yer alıyor.
(spa)