IBM’in Nighthawk r2 kuantum işlemcisi, bir süper bilgisayarın 110 yıl süreceği tahmin edilen bir rastgele devre örneklemesi görevini yalnızca 19 saniyede tamamlayarak bir milyon örnek üretti. Bu sonuç, uzman olmayan kullanıcıların erişebileceği kuantum işlemcilerinde kuantum avantajının ilk göstergesi olarak öne çıkıyor.
Deneyin sonuçları, fizikçi Tigran Sedrakyan liderliğindeki BlueQubit araştırmacıları tarafından arXiv’de yayımlanan bir makalede detaylandırıldı. Araştırmacılar, bu başarının geniş çapta erişilebilir bir kuantum işlemcisinde kuantum avantajının ilk göstergesi olduğunu belirtti.
Süper bilgisayarlar ile kuantum bilgisayarlar arasındaki teknoloji yarışı, 2018 yılından bu yana devam ediyor. Temel amaç, klasik bilgisayarlar için gerçekleştirilmesi son derece zor olan kuantum hesaplamalarını bulmak. Araştırmacılar, 2018’de rastgele devre örneklemesi (RCS) görevinin bu işlevi yerine getirebileceğine dair güçlü teorik kanıtlar sundu.
Kuantum devresi, kübitler üzerinde gerçekleştirilen bir dizi işlemden oluşur. RCS işlemlerinde, giderek daha karmaşık bir kuantum durumu oluşturan rastgele seçimler yapılır. İşlemci, bu durumu tekrar tekrar ölçerek örnekler üretir. Kübit ve işlem sayısı arttıkça, klasik bilgisayarlarda aynı sonuçları elde etmek için gereken olasılık hesaplaması zorlaşır.
Google, 2019’da 53 kübitlik Sycamore işlemcisiyle klasik süper bilgisayarların pratik erişiminin ötesinde bir RCS deneyi gerçekleştirdiğini duyurmuştu. Ancak kısa süre sonra, klasik bilgisayar araştırmacıları bu sonuçları üretmek için yaratıcı yollar buldu ve kuantum araştırmacıları sistemlerini daha ileri taşıdı.
Sedrakyan ve meslektaşları, bu yeni çalışmada IBM’in bulut platformu üzerinden erişilebilen 120 kübitlik süper iletken kuantum işlemcisi Nighthawk r2’yi kullandı. Deneyde 61 kübit seçilerek 40 döngüye kadar artan karmaşıklıkta rastgele devrelere tabi tutuldu.
Devrenin 918 iki kübitlik kapı içerdiği 36 döngüde en uygun nokta belirlendi. Bu koşulda Nighthawk r2, 19 saniyede bir milyon örnek üretti. Araştırmacılar, bu görevin dünyanın en iyi süper bilgisayarları için bile zor olacağını tahmin ediyor.
Tensör ağı daraltma tekniği kullanılarak yapılan tahminlere göre, bir milyon örneği yeniden üretmek yaklaşık 1,2 çarpı 10 üzeri 27 hesaplama işlemi gerektirecek. Saniyede bir kentilyondan fazla işlem yapan dünyanın en hızlı süper bilgisayarı Frontier referans alındığında, Nighthawk r2’nin başarısı yaklaşık 110 yıllık hesaplama süresine denk geliyor.
Araştırmacılar, 110 yılın kuantum deneyini yeniden üretmenin belirli bir yöntemine dayalı bir tahmin olduğunu ve daha verimli algoritmaların bu süreyi azaltabileceğini vurguluyor. Ancak uzmanlar, hiçbir klasik bilgisayarın Nighthawk r2’nin performansına bu kıyaslamada ulaşamayacağı konusunda hemfikir.
Deneyin genel bulut üzerinden erişilebilen ticari bir donanımda gerçekleştirildiğini belirten araştırmacılar, sonuçların başkaları tarafından da test edilebilmesi için gerekli kodları paylaştı. Henüz hakem değerlendirmesinden geçmeyen bulgular arXiv platformunda yer alıyor.
