Klasik bir bilgisayarla eşleşmesi imkansız bir seviyede performans gösteren birkaç iddia iddiası var – çoğu çürütüldü. Bunun olmaya devam etmesinin matematiksel bir nedeni olabilir mi?
Kuantum bilgisayar modeli
2019’da Google, kuantum bilgisayarı Sycamore’un dünyanın önde gelen süper bilgisayar üzerinde çalışması 10.000 yıl sürecek hesaplamaları tamamlayabileceğini iddia etti – “kuantum üstünlüğü”. Ancak geçen yıl, diğer araştırmacılar geleneksel bir bilgisayardaki hesaplamalardan birini sadece 14.22 saniyede tamamlayarak Google’ın iddiasını reddetti. Undaunted, Google birkaç ay önce kuantum üstünlüğü için ikinci bir iddia yaptı ve Willow adlı yeni bir kuantum bilgisayarı. Firma, önde gelen bir süper bilgisayarın Söğüt ile eşleşmesi için 10 septillion yıl gerektireceğini tahmin etti. Ancak bu kuantum üstünlüğü iddiasının zaman testine dayanıp dayanamayacağı görülüyor.
Chicago Üniversitesi’nden Bill Fefferman, “Bence jüri hala orada” diyor. O ve meslektaşları daha önce kuantum üstünlüğü iddialarını araştırmak için geleneksel veya klasik bilgisayarları kullandılar, ancak Söğüt durumunda bunu yapmanın net bir yolunu görmediğini söylüyor. Bununla birlikte, sonsuza dek duran iddia lehine matematiksel argümanlar da belirsizdir.
Google’ın ekibi son yıllarda kuantum üstünlüğü iddiası yapan tek kişi değil. Kuantum Computing Start-Ups Quantinuum ve Xanadu’da ve Çin Bilim ve Teknolojisi’nde araştırmacılar da var-bu tür iddialar o zamandan beri Willow hariç, o zamandan beri zayıflatılmış.
Kuantum üstünlüğünün tüm iddiaları, bir kuantum bilgisayarının bir kuantum devresi veya bir hesaplama işlemleri dizisinin bir numunesinin gerçekten rastgele bir dağılıma sahip olduğunu doğrulayan bir kuantum bilgisayarı, genellikle “RC’ler” veya rastgele devre örneklemesi olarak adlandırılan bir test yapmayı içerir.
Birkaç yıldır, Fefferman ve meslektaşları RCS’nin klasik bilgisayarlar için gerçekten matematiksel olarak zor olduğunu ancak kuantum olmayanları titizlikle kanıtlamaya çalışıyorlar. Bu, kuantum bilgi işlem endüstrisinin RC’leri iyi bir kuantum üstünlük ölçütü olarak kabul etmesine güvenir.
2018’de, o ve meslektaşları, RCS’nin klasik bilgisayarlarda simüle edilmesinin gerçekten şaşırtıcı derecede zor olduğuna dair güçlü matematiksel kanıtlar verebildiler – aslında, matematikçilerin kabul ettiği en zor durum kadar zor. Ancak Google’ın 2019 Quantum Üstünlük İddiası düştüğünde, Fefferman ve meslektaşları analizlerinin eksik olduğunu fark ettiler, 17 Mart’ta Kaliforniya’daki Amerikan Fizik Derneği Küresel Fizik Zirvesi’nde açıkladı. Fefferman, “Çalışmamız teorik bir bakış açısıyla ilginçti, ancak bu deneylerle ana potansiyel uyarı olarak gördüğüm şeyleri gerçekten dikkate almıyordu, yani çok fazla gürültüye sahipler” diyor.
Örneğin, 2024’te kuantum üstünlüğünü iddia eden QuanTinuum’un kuantum bilgisayarı, zamanın sadece yüzde 35’i tek bir hata yapmadan sonuçlar üretti. Zamanın geri kalanında yaptığı hatalar – örneğin, çevresindeki rahatsızlıklar nedeniyle – Fefferman’ın çok sayıda kuantum üstünlük iddiasının yenilgisini suçlamak olduğunu söylediği gürültüdür. “Bu deneyleri gerçekçi gürültü açısından gerçekten anladığımızda, gürültünün kuantum avantajının çoğunu öldürdüğünü ve deneylerin şaşırtıcı derecede kısa bir süre içinde genellikle (klasik bilgisayarlarda) simüle edilebileceğini fark ediyoruz” diyor.
Kuantum bilgisayarlar daha büyük ve daha az gürültülü hale geldikçe, RC’ler gibi deneylerin rakip bir şekilde kanıtlanmamış olsa bile, rakipsiz kaldığı bir “Goldilocks bölgesi” olabilir. Mükemmel bir kuantum üstünlüğü testini neyin oluşturduğuna dair en güçlü ifadeyi yapmak için, kuantum bilgisayarların “hataya toleranslı” olmasını beklememiz veya tüm hatalarını yakalayabilmemiz ve düzeltebilmemiz gerekebilir.
Henüz orada olmayabiliriz, ancak Google’daki Sergio Boixo, gürültü sorununun Willow’un kuantum üstünlüğüne ulaştığı iddiasını zayıflatmayacağına ikna oldu. Willow’un yeterince büyük olduğunu ve o kadar çok işlem içeren kuantum devrelerini kullandığını söylüyor ki, “klasik simülasyonun maliyeti pratik olarak yüksek olacak ve deneyin asla simüle edilmeyeceğini garanti ediyor”.
Fefferman’ın görüşüne göre, en önemlisi, kuantum ve klasik bilgisayarların sürekli olarak birbirlerini aşmaya çalıştığı döngünün devam etmesidir. Her yeni kuantum üstünlüğü iddiası, zaman testinde olsun ya da olmasın, bizi kuantum bilgisayarların geleneksel meslektaşlarından tam olarak nasıl farklı olduğunu anlamaya yaklaştırıyor.
Kuantum bilgisayarlar için zaten bir pratik kazanç oldu: Geçen ay bir araştırmacı ekibi, kriptografi ve güvenli iletişim için yararlı olabilecek sertifikalı rastgele sayılar üretmenin yeni bir yolu için RC’leri kullanmak için geleneksel bir süper bilgisayar ile birlikte bir kuantinuum kuantum bilgisayarı kullandı. Ve Google’ın söğütü hala Quantum Supreme’yi hüküm sürüyor.
