IBM’in Nighthawk r2 kuantum işlemcisi, bir süper bilgisayarın yaklaşık 110 yıl süreceği tahmin edilen bir hesaplama görevini 19 saniyede tamamlayarak bir milyon rastgele devre örneği üretti. Bu başarı, kuantum avantajının yaygın olarak erişilebilir bir kuantum işlemcisinde ilk gösterimi olarak kayıtlara geçti.
ABD’deki BlueQubit’ten fizikçi Tigran Sedrakyan liderliğindeki araştırmacılar tarafından gerçekleştirilen deneyin sonuçları, arXiv’de bir makale olarak yayımlandı. Makalede, bu sonucun uzman olmayan kullanıcıların dahi kolayca uygulayabileceği bir kuantum işlemcisi üzerindeki rastgele devre örneklemesi için kuantum avantajının ilk göstergesi olduğu belirtildi.
Süper bilgisayarlar ile kuantum bilgisayarlar arasındaki teknoloji yarışı, 2018 yılında kuantum avantajı mücadelesi olarak başladı. Temel prensip, klasik bir bilgisayarın gerçekleştirmesinin son derece zor veya imkansız olduğu bir kuantum hesaplaması bulmaya dayanıyor. Araştırmacılar 2018’de, rastgele devre örneklemesi (RCS) adı verilen bir görevin bu işlevi yerine getirebileceğine dair güçlü teorik kanıtlar sundu.
Kuantum devresi, kübitler üzerinde gerçekleştirilen bir dizi işlem olarak tanımlanırken, geleneksel bilgisayarlardaki bitler üzerinde yapılan işlemlere benzerlik gösteriyor. RCS işlemlerinde, giderek daha karmaşık bir kuantum durumu oluşturmak için seçimler büyük ölçüde rastgele yapılıyor. İşlemci daha sonra bu durumu tekrar tekrar ölçerek örnekler adı verilen birler ve sıfırlar dizileri üretiyor. Örnek üretimi basit görünse de, kübit ve işlem sayısı arttıkça klasik bilgisayarlarda aynı sonuçları elde etmek için gereken olasılığı hesaplamak zorlaşıyor.
Google, 2019’da 53 kübitlik Sycamore işlemcisinin, klasik bir süper bilgisayarın pratik erişiminin ötesinde bir RCS deneyi gerçekleştirdiğini duyurmuştu. Ancak kısa süre sonra, klasik bilgisayar araştırmacıları geleneksel bilgisayarları bu sonuçları üretmeye zorlamak için yaratıcı yollar buldu. Bu durum, kuantum araştırmacılarını sistemlerini daha ileri teknolojiyle daha da geliştirmeye teşvik etti.
Sedrakyan ve meslektaşları, yeni çalışmalarında özel bir deneysel işlemci yerine, IBM’in bulut platformu üzerinden kullanıcılara sunulan 120 kübitlik süper iletken kuantum işlemcisi Nighthawk r2’yi kullandı. Deneyde 61 kübit seçilerek 40 döngüye kadar artan karmaşıklıkta rastgele devrelere tabi tutuldu. Bu süreçte, 61 kübitin manipüle edildiği tekrarlanan operasyon turları gerçekleştirildi. Araştırmacılar, deneyi özel bir kalibrasyon yapmadan platformun standart bulut iş akışını kullanarak tamamladı.
Devrenin 918 adet iki kübitlik kapı içerdiği 36 döngüde en uygun nokta belirlendi. Bu koşul altında Nighthawk r2, bir milyon örneği yalnızca 19 saniyede üretti. Görevin en iyi süper bilgisayarlar için ne kadar zor olacağını tahmin etmek karmaşık olsa da, araştırmacılar klasik bir bilgisayarda kuantum devresini simüle etmenin hesaplama maliyetini tahmin eden 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 işlem gücüne sahip 2024’ün en hızlı süper bilgisayarı Frontier referans alındığında, Nighthawk r2’nin başarısının yaklaşık 110 yıllık klasik hesaplama süresine denk geldiği belirtildi. Araştırmacılar, bu 110 yıllık sürenin klasik bilgisayarlar için kesin bir hız sınırı olmadığını, yalnızca belirli bir yeniden üretim yöntemine dayalı bir tahmin olduğunu vurguladı. Daha verimli algoritmaların klasik bilgisayarlarda gereken işlem yükünü azaltabileceği ifade edilse de, uzmanlar hiçbir klasik bilgisayarın Nighthawk r2’nin performansına bu kıyaslamaya göre ulaşamayacağını kaydetti. Deneyin genel bulut üzerinden erişilebilen ticari bir donanımda gerçekleştirildiği ve sonuçların başkaları tarafından test edilebilmesi için ilgili kodların paylaşıldığı bildirildi. Henüz hakem değerlendirmesinden geçmeyen bulgular arXiv platformunda yer alıyor.
