amerikali
Yeni Üye
Google, yeni kuantum işlemcisi “Willow”u tanıttı.
Reklamcılık
Google Quantum AI ekibi, Sycamore çipini piyasaya sürdükten beş yıl sonra şimdi yeni nesil kuantum işlemcisini tanıtıyor: Adı Willow, İngilizce'de “söğüt” anlamına gelen kelimedir ve 105 süper iletken kübitle donatılmıştır.
Ekip, Willow ile iki bilimsel başarı sergilemek istiyor: Bir yandan kübitler, hesaplamalar sırasında ortaya çıkan hesaplama hatalarının ilk kez etkili bir şekilde düzeltilmesini mümkün kılmalı. Google Quantum AI'nin kurucusu ve başkanı Hartmut Neven liderliğindeki araştırmacılar, bunu Pazartesi günü ünlü uzman dergisi “Nature”da yayınlanan bir yayında duyurdular. Öte yandan çipin, en iyi süper bilgisayarın 10 katrilyon (10 katrilyon) ödemek zorunda kaldığı 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 buluşu olan hataların etkili bir şekilde düzeltilmesini Ağustos ayında arXiv.org ön baskı sunucusunda yayınladılar, ancak yeni çiplerinin adını açıklamadılar. Başarılı bir hakem değerlendirme sürecinin ardından sonuçlar artık uzman dergisi Nature'da yayınlandı.
Kübitlerin kararsız doğasından dolayı kuantum bilgisayarlar bugün bile hataya çok açık. Birkaç hesaplama adımı arka arkaya gerçekleştirilirse hesaplama sonuçları gürültülü hale gelir; sonuçlar kullanılamaz hale gelir. Bu hataların tespit edilmesi ve hesaplama sırasında düzeltilmesi kuantum hata düzeltmenin amacıdır. Kuantum hatasının düzeltilmesi büyük bir zorluktur ve birçok uzman tarafından kullanışlı, güçlü kuantum bilgisayarların geliştirilmesi için gerekli bir adım olarak görülmektedir.
Google araştırmacıları sözde yüzey kodunu uyguladılar. Kuantum bilgisini tek bir kübitte depolamak yerine, fiziksel kübit olarak adlandırılan birkaç kübite dağıtılır. Bunlar hep birlikte mantıksal bir kübit, yani bir hesaplama birimi oluşturur. Bu, tek bir fiziksel kübit hata yapsa bile gerekli bilgilerin saklandığı anlamına gelir. Yüzey kodunun sözde mesafesi, bir hatanın fark edilmemesi için bozulmanın ne kadar güçlü olması gerektiğini gösterir. Fiziksel kübitlerin sayısı mesafenin karesiyle artar.
Araştırmacılar, hataları düzeltmek için 17 (kırmızı kutu), 49 (sarı) veya 97 (siyah) fiziksel kübiti, mantıksal kübit olarak adlandırılan bir hesaplama biriminde birleştiriyor.
(Resim: Google Quantum AI ve İşbirlikçileri, 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 7 mesafeden hata oranı, en iyi fiziksel kübitinkinden daha düşüktür. Hatalar üstel olarak bastırılır: Yüzey kodunun mesafesi iki kat artırılırsa mantıksal kubitin 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 bir mantıksal kubit için en ikna edici prototiptir” diye yazıyor. “Bu, kullanışlı, çok büyük kuantum bilgisayarların gerçekten inşa edilebileceğinin açık bir işareti.”
En iyi süper bilgisayardan daha hızlı
Araştırmacıların Willow ile ortaya koyduğu ikinci buluş, klasik bilgisayarlara olan üstünlüğüdür. ABD'deki Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı'ndaki süper bilgisayar “Frontier”in, Willow'un beş dakikadan kısa sürede çözdüğü bir görevi tamamlamak için 10 katrilyon yıla ihtiyaç duyduğu söyleniyor. Testler sırasında dünyanın en güçlü süper bilgisayarıydı. Kasım ortasında, Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı'nın “El Capitan”ı onu birincilikten eledi.
Kuantum işlemci, süper iletken çipi son derece düşük sıcaklıklara soğutmak için gerekli olan bir kriyostat içine yerleştirilmiştir.
(Resim: Google Quantum AI)
Google araştırmacılarına göre Willow'un selefinin ilk versiyonu olan 53-qubit Sycamore çipi, 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 iddiayı yeniledi. Araştırmacılar, bir süper bilgisayarın Sycamore ile aynı hesaplamayı yapmasının 10 trilyon yıl süreceğini tahmin etti. Araştırmacılar artık “kuantum üstünlüğü” teriminden uzaklaşıyorlar; sadece “klasiğin ötesinde”, yani klasik olarak mümkün olanın ötesinde hesaplamalardan bahsediyorlar.
Google Quantum AI ekibi 2013 yılında kuruldu ve diğer şeylerin yanı sıra bir kuantum bilgisayarının yapımı üzerinde çalışıyor.
(Resim: Google Quantum AI)
Kuantum bilgisayarının 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, kubitleri klasik bilgisayarların simüle etmesi zor olan karmaşık bir konfigürasyona getirmek için rastgele seçilmiş bir dizi kuantum kapısı (yani kuantum fiziği hesaplama işlemleri) gerçekleştiriyor.
DLR Kuantum Teknolojileri Enstitüsü'nden Sabine Wölk, “Rastgele devre örneklemesinin herhangi bir pratik kullanımını bilmiyorum” diyor. Bu, Google araştırmacılarının 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 ve klasik işlemciyi karşılaştırmak için bir kıyaslamadır.” Ancak bir kuantum bilgisayarının RCS'deki klasik rejimin ötesinde performans göstermesi durumunda yararlı uygulamalarda avantajlar beklenebilir. Ancak araştırmacılar, Willow'un halihazırda yararlı uygulamalar için uygun olup olmadığı sorulduğunda kaçamak yanıtlar verdiler. Willow muhtemelen kimya ve fizikte bazı uygulamalara olanak sağlayabilir, ancak daha fazla ayrıntı henüz görülmedi.
Sırada ne var?
Şirket, RCS'ye ek olarak şu ana kadar yalnızca bilimsel araştırmalarla ilgili simülasyonlar gerçekleştirdi, ancak klasik olarak mümkün olanın ötesine geçmiyor. Neven, “Amacımız her ikisini de aynı anda yapmak” diye yazıyor, “klasik bilgisayarların ulaşamayacağı ve gerçek dünyadaki ticari sorunlar için yararlı olan algoritmalar alanına girmek.”
Şirket uzun vadeli planlamasını bir yol haritasıyla sunuyor. Willow ile altı kilometre taşının üçüncüsüne doğru önemli bir adım atılmış olacaktı. Bir veya iki yıl içinde üçüncü dönüm noktasına, yani uzun ömürlü, mantıksal kübite ulaşmak istiyor. Ekip, milyonlarca kubit içeren, hataları düzeltilmiş büyük bir kuantum bilgisayar olan 6. dönüm noktasının ne zaman beklenebileceğini söyleyemedi.
Şirket, uzun vadede kuantum bilgisayarların çeşitli uygulama alanlarında önemli bir avantaja sahip olmasını bekliyor. Bunlar arasında yeni ilaçların geliştirilmesi, elektrikli arabalar için yeni pillerin tasarımı, füzyon araştırmalarındaki ilerlemeler ve alternatif enerji kaynaklarının araştırılması yer alıyor.
Güncelleme
10 Aralık 2024,
10:43
Saat
Metnin önceki versiyonunda, fiziksel kübit sayısı iki katına çıkarıldığında mantıksal kübitin hata oranının yarıya ineceği belirtiliyordu. Bunun yerine yüzey kodu mesafesinin iki kat artırılması gerekir.
(spa)