IBM, kuantum bilgisayarların gelişiminde önemli bir adım attığını ve hata düzeltme sorununu aştığını açıkladı. Şirketin bilim insanları, 2029 yılına kadar dünyadaki ilk büyük ölçekli, hatalara dayanıklı kuantum bilgisayarını tanıtmayı hedefliyor.
20 BİN KAT GÜÇLÜ
IBM’in yürüttüğü araştırmalar, mevcut kuantum sistemlerinden 20 bin kat daha güçlü bir sistemin inşa edilebileceğini gösteriyor. “Starling” adı verilen yeni sistemin, yaklaşık 200 mantıksal kübit kullanarak 100 milyon kuantum işlemi gerçekleştirebileceği öngörülüyor. Şirket yetkilileri, bu gücün yaklaşık 10 bin fiziksel kübite eşdeğer olduğunu belirtiyor.
Bu sistemin hemen ardından, 2033’te “Blue Jay” adlı daha büyük bir modelin piyasaya sürülmesi planlanıyor. Blue Jay, 2 bin mantıksal kübit ile 1 milyar kuantum işlemi gerçekleştirebilecek kapasiteye sahip olacak.
KÜBİT NEDİR?
Günümüz bilgisayarları, dijital bilgiyi temsil eden en küçük birim olan “bit”ler üzerinden çalışıyor. Her bit, yalnızca iki değer alabiliyor: 0 veya 1. Veriler, bu 0 ve 1’lerin kombinasyonları ile ifade ediliyor. Örneğin metin, resim ve ses dosyaları, bitlerin özel bir düzen içinde saklanarak işlenmesiyle oluşturuluyor.
Bitleri, günlük hayatta elektriği açıp kapatan anahtarlar gibi düşünebiliriz. “0” kapalı, “1” ise açık durumunu temsil ederken, bilgisayarlardaki tüm bilgiler belirli örüntülerle bu açılma ve kapanma işlemleriyle işleniyor.
Kuantum bilgisayarlar ise “kuantum bit”leri ya da “kübit”leri kullanıyor. Kuantum mekaniğinin süperpozisyon özelliği sayesinde kübitler hem 0 hem de 1 değerini aynı anda bulundurabiliyor. Dolayısıyla, kübitler elektrik akımının hem açık hem de kapalı olmasına benzetilebilir. Bu süperpozisyon, kuantum bilgisayarların aynı anda birden fazla hesaplama yapabilmesini sağlıyor.
MANTIKSAL KÜBİT DEVRİMİ
Mantıksal kübit (logical qubit), birden fazla fiziksel kübitin bir araya getirilmesiyle oluşan ve hata düzeltme algoritmaları ile korunaklı bir sanal kübit türüdür. Bir mantıksal kübitin oluşumu için yaklaşık 50 ila 100 fiziksel kübit gerekiyor; bu miktar hata düzeltme yöntemiyle değişiklik gösteriyor.
Kuantum bilgisayarlar, teorik olarak çok güçlü olsalar da, fiziksel kübitler gerçek dünyada oldukça hassas ve hataya açık. Bu durum, kuantum işlemelerin en büyük zorlukları arasında yer almakta.
ÖLÇEKLEMENİN ANAHTARI: LDPC KODU
IBM, 2 ve 3 Haziran’da arXiv platformunda yayımladığı iki yeni çalışmada, kuantum sistemlerdeki hata oranlarını azaltmaya yönelik yeni teknikler tanıttı. Bu yöntemler sayesinde donanımın dokuz kat daha verimli bir şekilde ölçeklenebileceği belirtildi. Söz konusu sistem daha az kaynak ile daha fazla işlem gücü sunma kapasitesine sahip.
Araştırmanın dikkat çeken kısmı, düşük yoğunluklu parite kontrolü (LDPC) kodları oldu. Bu yenilikçi yaklaşım, kuantum bilgisayarlarda önceki yöntemlere göre daha az kübit kullanarak daha etkili sonuçlar elde edilmesini sağlıyor. IBM, bu gelişmeler sayesinde kuantum donanımını geçmişteki sınırlamaların ötesine taşıyacak bir “hataya dayanıklılık paradigması” geliştirdiklerini ifade ediyor.
IBM Kuantum Operasyonları Başkan Yardımcısı Jay Gambetta, Live Science’a verdiği bir röportajda, “Artık bilimsel engeller aşıldı. Geride yalnızca mühendislik kaldı” dedi.
HATA DÜZELTMEDEN DAYANIKLILIĞA
Kuantum bilgisayarlar mevcut olsa da, şu anda yalnızca belirli test senaryolarında klasik bilgisayarlara göre daha hızlı işlem yapabiliyor. Bunun nedeni, kuantum işlem birimlerinin (QPU) ölçeklendirilmesindeki zorluklar. Her yeni kübit eklenmesiyle, kuantum mekaniğinden kaynaklanan hazir “gürültü” yani hata oranı artış göstermekte.
LDPC kodları sayesinde bu sorun önemli ölçüde aşılmış durumda.
Yeni kodlama sistemi, hata giderme işlemlerini yüzde 90 daha hızlı bir biçimde gerçekleştirebiliyor. IBM, bu teknolojiyi mevcut Heron mimarisinin bir devamı niteliğindeki Loon QPU mimarisine entegre edeceklerini açıkladı.
100 MİLYON İŞLEM
“Starling” sistemi, 200 mantıksal kübit ile 100 milyon kuantum işlemi gerçekleştirme kapasitesine sahip olması bekleniyor. IBM yetkililerine göre bu hedef, yalnızca LDPC benzeri yenilikçi teknolojiler aracılığıyla mümkün hale gelmekte.
Ayrıca şirket, geliştiricilerin bu yeni kuantum sistemlerine hazırlıklı olabilmesi adına Qiskit 2.0 adlı açık kaynaklı yazılım geliştirme kitini tanıttı.
IBM Kuantum Motoru Lideri Blake Johnson ise, “Amacımız hata gidermeden gerçek hata düzeltmeye geçmek” diyerek kuantum teknolojisinin artık deneysel donanım testlerinden çıkarak kullanıma hazır hale geldiğini vurguladı.
