IBM kuantum bilgisayarda en büyük engeli aştı: 2029’da “Starling” geliyor

IBM, kuantum bilgisayarların önündeki en büyük teknik pürüzlerden biri olarak görülen yanılgı düzeltme sıkıntısını çözdüğünü öne sürdü. Şirketin bilim insanları, bu gelişmeyle birlikte 2029’a kadar dünyanın birinci büyük ölçekli, yanlışlara güçlü kuantum bilgisayarını piyasaya sürmeyi planladıklarını duyurdu.

20 BİN KAT GÜÇLÜ

IBM’in araştırması, mevcut kuantum sistemlerinden 20 bin kat daha güçlü bir sistemin mümkün olduğunu ortaya koyuyor. Şirketin “Starling” ismini verdiği yeni sistemin, yaklaşık 200 mantıksal kübit kullanarak 100 milyon kuantum süreci gerçekleştirebilmesi bekleniyor. IBM temsilcileri bunun yaklaşık olarak 10 bin fizikî kübite muadil olduğunu söyledi.

Bu sistemin akabinde 2033’te daha büyük ölçekli “Blue Jay” adlı modelin devreye alınması planlanıyor. Blue Jay, 2 bin mantıksal kübit ile 1 milyar kuantum işlemi gerçekleştirebilecek.

KÜBİT NEDİR?

Günümüzdeki bilgisayarlar dijital bilgiyi temsil eden en küçük birim olan “bit”ler üzerinden işliyor. Bir bit, yalnızca iki farklı değerden birine sahip olabiliyor: 0 veya 1. Tüm veri, bu 0 ve 1’lerin kombinasyonlarıyla tabir ediliyor. Örneğin, metin, fotoğraf ve ses üzere belgelerdeki bilgiler, bitlerin makul biçimlerde düzenlenmesiyle saklanıp işleniyor.

Bu bit’leri, gündelik gereksinimler için elektriği açıp kapatmaya yarayan anahtarlar üzere düşünmek de mümkün. “0” kapatma, “1” ise açma fonksiyonunu yerine getiriyor olsun. Bilgisayarlardaki tüm datalar de makul örüntüler halinde “açılıp kapanarak” çalışıyor.

Kuantum bilgisayarlar ise “kuantum bit”lerini, yani “kübit”leri kullanıyor. Kuantum mekaniğinin süperpozisyon özelliği sayesinde kübitler hem 0 hem de 1 pahasını tıpkı anda taşıyabiliyor. Yani kübitler, elektriğin hem açık hem de kapalı olmasına benziyor. Süperpozisyon prensibi, kübitlerin birebir anda birçok hesaplamayı yapabilmesini sağlıyor.

MANTIKSAL KÜBİT DEVRİMİ

Mantıksal kübit (logical qubit), birden çok fizikî kübitin bir ortaya gelmesiyle oluşturulan ve kusur düzeltme algoritmalarıyla korunan, daha sağlam sanal bir kübit tipi. Bir mantıksal kübit oluşturmak için yaklaşık 50 ila 100 fizikî kübit gerekebiliyor. Bu sayı kullanılan kusur düzeltme usulüne nazaran değişiyor.

Kuantum bilgisayarlar teorik olarak çok güçlü olsalar da, gerçek dünyada çalışan fizikî kübitler (physical qubits) çok hassas ve kolay kolay yanılgı yapıyor. Bu da kuantum hesaplamanın en büyük problemlerinden biri.

ÖLÇEKLEMENİN ANAHTARI: LDPC KODU

IBM’in 2 ve 3 Haziran’da arXiv sitesinde erişime açtığı iki yeni çalışmada, kuantum sistemlerdeki kusur oranlarını azaltmaya yönelik yeni yanılgı giderme ve düzeltme teknikleri tanıtıldı. Bu sistemler sayesinde donanımın evvelkine nazaran dokuz kat daha verimli ölçeklenebildiği, yani sistemin daha az kaynakla daha fazla süreç gücü elde edecek halde büyütülebildiği söz edildi.

Araştırmalarda öne çıkan öge, düşük yoğunluklu parite denetimi (LDPC) kodları. Bu yeni yaklaşım, kuantum bilgisayarlarda evvelki yanılgı düzeltme paradigmalarına kıyasla daha az kübit kullanarak daha tesirli sonuçlar alınmasını sağlıyor. IBM, bu sayede kuantum donanımını geçmişteki sınırlamaların ötesine taşıyabilecek bir “hataya dayanıklılık paradigması” geliştirildiğini belirtiyor.

IBM Kuantum Operasyonları Lider Yardımcısı Jay Gambetta, Live Science’a verdiği röportajda, “Artık bilimsel engeller aşıldı. Geriye sadece mühendislik kaldı” dedi.

HATA DÜZELTMEDEN DAYANIKLILIĞA

Kuantum bilgisayarlar halihazırda var olmasına karşın, yalnızca makul test senaryolarında klasik bilgisayarlardan daha süratli çalışabiliyor. Bunun temel nedeni, kuantum süreç ünitelerinin (QPU) ölçeklenmesinde yaşanan zorluklar. Her yeni kübit sisteme eklendiğinde, kuantum mekaniğinin tabiatından kaynaklanan “gürültü”, yani kusur oranı artıyor.
LDPC kodları sayesinde bu sorunun büyük ölçüde aşıldığı söz ediliyor.
Yeni kodlama sistemi, yanılgı giderme süreçlerinde yüzde 90 daha süratli çalışıyor. IBM, bu teknolojiyi mevcut Heron mimarisinin halefi olan Loon QPU mimarisine entegre edeceğini duyurdu.

100 MİLYON İŞLEM

“Starling” sisteminin, 200 mantıksal kübit kullanarak 100 milyon kuantum sürecine imkan tanıması bekleniyor. IBM yetkilileri, bu maksadın sırf LDPC üzere teknolojiler sayesinde mümkün olacağını belirtiyor.

Şirket ayrıyeten, geliştiricilerin bu yeni kuantum sistemlerine hazırlıklı olabilmesi için Qiskit 2.0 isimli açık kaynaklı yazılım geliştirme kitini duyurdu.

IBM Kuantum Motoru Lideri Blake Johnson, “Amaç hata gidermeden, gerçek hata düzeltmeye geçmek” diyerek artık kuantum alanının deneysel donanım testlerinden çıkıp kullanıma hazır bir teknolojiye dönüşmekte olduğunu vurguladı.