Kuantum teknolojisinde rekor: Nighthawk r2 19 saniyede
IBM’in Nighthawk r2 kuantum işlemcisi, süper bilgisayarların 110 yılda tamamlayabileceği hesaplamayı 19 saniyede gerçekleştirdi.
IBM’in Nighthawk r2 kuantum işlemcisi, geleneksel süper bilgisayarlar açısından son derece zor kabul edilen bir hesaplama görevinde dikkat çekici bir sonuç verdi. Sistem, bir süper bilgisayarın yaklaşık 110 yılda tamamlayabileceği tahmin edilen işlemi yalnızca 19 saniyede gerçekleştirerek bir milyon örnek üretti.
Deneyin sonuçları, henüz hakem değerlendirmesinden geçmemiş bir makaleyle arXiv platformunda yayımlandı. ABD merkezli BlueQubit’ten fizikçi Tigran Sedrakyan’ın liderlik ettiği ekip, çalışmanın geniş kullanıcı erişimine açık bir kuantum işlemcisinde rastgele devre örneklemesi için kuantum avantajına ilişkin ilk göstergelerden biri olduğunu belirtti.
Süper bilgisayarlarla kuantum işlemcilerin yarışı
Kuantum avantajı arayışı, klasik bilgisayarların gerçekleştirmekte zorlanacağı bir kuantum hesaplama görevini ortaya koyma hedefiyle yıllardır sürüyor. 2018’de araştırmacılar, rastgele devre örneklemesi adı verilen yöntemin bu karşılaştırma için uygun olabileceğine dair güçlü teorik kanıtlar sundu.
Bu yöntemde kübitler üzerinde rastgele seçilen işlemler uygulanarak giderek karmaşıklaşan bir kuantum durumu oluşturuluyor. İşlemci daha sonra sistemi tekrar tekrar ölçüyor ve her ölçümün sonucunda sıfırlarla birlerden oluşan diziler elde ediyor. Örnek üretimi kuantum işlemcisi açısından kolay olsa da kübit ve işlem sayısı arttıkça aynı sonuçları klasik yöntemlerle hesaplamak zorlaşıyor.
Google, 2019’da 53 kübitlik Sycamore işlemcisiyle yaptığı deneyin, klasik bir süper bilgisayarın pratik kapasitesini aştığını açıklamıştı. Sonraki dönemde klasik bilgisayar uzmanları daha verimli simülasyon yöntemleri geliştirirken, kuantum araştırmacıları da işlemcilerin kapasitesini artırmaya yöneldi.
Deney IBM’in bulut platformunda yapıldı
Sedrakyan ve ekibi, özel olarak hazırlanmış deneysel bir sistem yerine IBM’in bulut üzerinden kullanıma sunduğu 120 kübitlik süper iletken Nighthawk r2 işlemcisini kullandı. Araştırmacılar işlemcideki 61 kübiti seçerek, karmaşıklığı 40 döngüye kadar artırılan rastgele devreler üzerinde tekrarlı işlemler gerçekleştirdi.
Çalışmanın dikkat çeken yönlerinden biri, deneyin özel bir kalibrasyon yapılmadan IBM’in standart bulut iş akışı kullanılarak yürütülmesi oldu. En uygun sonuç, 918 iki kübitlik kapı içeren 36 döngülü devrede alındı. Bu koşullarda Nighthawk r2, bir milyon örneği 19 saniye içinde oluşturdu.
110 yıllık süre nasıl hesaplandı?
Araştırmacılar, aynı kuantum devresini klasik bir bilgisayarda simüle etmenin maliyetini tahmin etmek için tensör ağı daraltma yönteminden yararlandı. Hesaplamalara göre bir milyon örneği yeniden üretmek yaklaşık 1,2 x 10 üzeri 27 işlem gerektiriyor.
Karşılaştırmada, 2024’e kadar dünyanın en hızlı süper bilgisayarı olan Frontier’ın saniyede bir kentilyondan fazla işlem yapabilme kapasitesi temel alındı. Bu varsayıma göre Nighthawk r2’nin 19 saniyede tamamladığı görev, klasik sistemlerde yaklaşık 110 yıllık hesaplama süresine karşılık geliyor.
Araştırmacılar, 110 yıllık sürenin klasik bilgisayarlar için kesin bir hız sınırı anlamına gelmediğine dikkat çekti. Bu rakam, kuantum deneyini yeniden üretmek için kullanılan belirli bir yönteme dayalı bir tahmin olarak değerlendiriliyor. Daha verimli algoritmaların, klasik sistemlerdeki işlem yükünü azaltabileceği belirtiliyor.
Ekip, kuantum işlemcisinin hiçbir klasik bilgisayar tarafından geçilemeyeceğini ileri sürmek yerine, kullanılan kıyaslama yöntemi kapsamında Nighthawk r2’nin önemli bir üstünlük sergilediğini vurguladı. Deneyin ticari bir donanım ve genel kullanıma açık bulut platformu üzerinden gerçekleştirilmesi de sonuçların bağımsız biçimde incelenebilmesine olanak sağlıyor. Araştırmacılar bu amaçla devreleri, örnekleri ve analiz kodlarını erişime açtı.
