Işık parçacıklarını kullanan bir kuantum bilgisayar, dünyanın en iyi süper bilgisayarlarında trilyonlarca trilyon trilyonlarca yıl alabilen bir hesaplamayı tamamlamak için yaklaşık iki düzine mikrosaniye aldı.
Kuantum avantajı elde eden kuantum bilgisayar olan Jiuzhang 4.0’ın daha önceki bir prototipi
Bir kuantum bilgisayar, dünyanın en iyi süper bilgisayarlarının ulaşamayacağı bir görevi yerine getirerek “kuantum avantajına” ulaşmış olabilir. Uzmanlar, klasik bir makinedeki hesaplamanın çoğaltılmasının, evrenin yaşının trilyonlarca katını alacağını tahmin ediyorlar. Ancak bu başarı gerçekten pratik kuantum bilgisayarların geliştirilmesi için ne anlama geliyor?
Yeni kayıt sahibi, ışık parçacıkları veya fotonlar kullanarak hesaplamalar yapan Jiuzhang 4.0 adlı bir kuantum bilgisayarıdır. Çin Bilim ve Teknolojisi Üniversitesi ve meslektaşları Chao-Zang Lu, bunu, parçacıkların bilgisayarın yayılan ve karmaşık aynalar ve ışın ayırıcılarının karmaşık düzenlemesinden sonra bir foton örneği ölçüldüğü bir görev olan Gauss Bozon Örneklemesi (GBS) için kullandılar.
Bu görev için önceki kayıtlar 300’den az foton içeriyordu, ancak bu durumda Jiuzhang 3090 parçacık kullandı. Bu, hesaplama gücünde bir artışa işaret eden on katlı bir gelişmedir. Lu ve meslektaşları, dünyanın en güçlü süper bilgisayarında son teknoloji ürünü bir algoritmanın 10 alacağını tahmin ettiler.42 Yıllar Jiuzhang’ın 25.6 mikrosaniyede tamamladığını simüle etmek için.
219 fotonun önceki GBS rekorunu elinde tutan Kanada Kuantum Computing Start-up Xanadu’da Jonathan Lavoie, “Sonuçlar şüphesiz etkileyici bir teknik başarı” diyor. Daha önce farklı bir kuantum bilgisayar türü ile kuantum avantajı gösteren Quantum Computing Company Quantinuum’daki Chris Langer, bunun önemli bir ilerleme olduğunu söylüyor. “Kuantum sistemlerinin benzetilmediklerini kanıtlayabilmelerinin önemli olduğunu düşünüyorum” diyor.
Ama daha önce bir Jiuzhang makinesi vardı. Araştırmacılar birkaç kez, geleneksel bilgisayarların simüle etmesi imkansız görünen yüksek sayıda fotonla GB’leri göstermek için kuantum bilgisayarın önceki sürümlerini kullandılar. Her seferinde, klasik bilgisayarlar sonuçlarını bazen bir saatten kısa bir sürede çoğalttıkça engellendi.
Bu muzaffer klasik algoritmalardan biri üzerinde çalışan Illinois’deki Chicago Üniversitesi’nde Bill Fefferman, önemli bir endişenin fotonik cihazı engellediğini söylüyor: birçok foton kuantum bilgisayardan geçerken kayboluyor ve bu nedenle cihaz gürültülü. Fefferman, “Burada, gürültü oranlarını azalttılar ve aynı zamanda deneyi daha büyük hale getirdi, bu da en azından şu anda algoritmamızın mücadele etmesine neden oluyor” diyor.
Lu, foton kaybının üstesinden gelmenin ekibinin yeni deneyde buluşması gereken en büyük zorluk olduğunu söyledi. Ancak Jiuzhang hala tamamen gürültü içermiyor, bu da yeni klasik simülasyon stratejilerinin şampiyon statüsüne meydan okumak için biraz yer bırakıyor.
Hollanda’daki Twente Üniversitesi’nde Jelmer Renema, “Bence, böyle bir stratejinin mümkün olmadığından emin olabileceğimiz rejimde değiller” diyor.
Fefferman, klasik algoritmalar ve kuantum cihazlar arasındaki rekabetin bizi klasik ve kuantum dünyaları arasındaki zor sınırı anlamaya yaklaştırdığı bir “erdemli döngü” var. Temel bilim açısından, bu herkes için bir kazançtır – ancak kuantum bilgi işlemini yararlı bir şekilde daha güçlü olan makinelere doğru hareket ettirip taşımaması ayrı bir konudur.
Langer, GBS’nin bir kuantum bilgisayarın geleneksel bilgisayarlardan farkı yaratması anlamında “giriş seviyesi bir ölçüt” olduğunu, ancak başarı doğrudan bilgisayarın yararlılığını yansıtmadığını söylüyor. Titiz matematiksel teori açısından bakıldığında, GBS’nin kuantum avantajının “sigara silahı” kanıtı olduğunu değerlendirmek ve Kanada’daki Polytechnique Montréal’deki Nicolás Quesada, GBS’de mükemmel bir makine yapmak için açık bir yol tanımlamak zordur.
Bu kısmen Jiuzhang’ın donanımının son derece uzmanlaştığı içindir, bu nedenle kuantum bilgisayarı herhangi bir hesaplama yapmak üzere programlanamaz. Lavoie, “Dar bir görev için hesaplama avantajı gösterse de, hataya toleranslı ve kullanışlı kuantum hesaplaması için önemli unsurlardan yoksundur” diyor. Burada, hata toleransı, kuantum bilgisayarın kendi hatalarını tanımladığı ve düzelttiği hesaplamaları ifade eder, bu da pratik kuantum bilgisayarlarda henüz elde edilmemiş uzun süredir aranan bir yetenek.
Aynı zamanda, Lu ve ekibi, GBS söz konusu olduğunda Jiuzhang’ın olağanüstü yeteneği için çeşitli başvurular yaptı. Süreç, görüntü tanıma, kimya ve makine öğrenimi ile ilgili bazı matematiksel sorunlarla ilgili hesaplamaları artırabilir. İtalya’daki Roma Sapienza Üniversitesi’ndeki Fabio Sciarrino, kuantum bilgi işlemine bu yaklaşımın hala bebeklik döneminde olduğunu söylüyor – ancak başarılı olursa, yepyeni bir paradigmaya yol açabilir.
Özellikle, donanımdaki gelişmeler-bu son Jiuzhang cihazı gibi-araştırmacıların olağanüstü ışık tabanlı kuantum bilgisayarlar oluşturmasını sağlayabilir, diyor Sciarrino. Tamamen yeni bir şekilde programlanacak ve makine öğrenimi ile ilgili görevlerde mükemmel olacaklardı.
