Araştırmacılar ilk kez, bir kuantum bilgisayarın belirli bir görevi sıradan bir bilgisayardan daha hızlı çözebileceğini, asla yenilemeyecek şekilde kanıtlamışlardır.
QuanTinuum’un Kuantum Bilgisayarı
Kuantum bilgisayarlar geleneksel meslektaşlarının kesinlikle yapamayacağı ne yapabilir? Bu, hızla büyüyen endüstrinin karşılaştığı en büyük sorulardan biridir ve şimdi nihayet dayanılmaz bir cevabımız var.
Kuantum bilgisayarlar yerine, kuantum bilgisayarlar, teorik olarak onlara hesaplama avantajı sağlayan “0” veya “1” den daha fazla durumda var olabilen kubitler kullanır. Ancak bir kuantum bilgisayarı, en iyi geleneksel bilgisayarlar için bile imkansız veya pratik bir şey yapıp yapamayacağı – kuantum üstünlüğünün bir başarısı – cevaplanması zor ve tartışmalı bir soru olarak kanıtlanmıştır. Bunun nedeni, kuantum üstünlüğünün gerçek bir örneğinin pratik bir hesaplama görevi olması gerektiğidir, bu nedenle gerçekçi kuantum donanımı üzerinde test edilebilir ve kanıtlanabilir, bu nedenle klasik bir bilgisayarın nihayetinde yakalanmasına yardımcı olabilecek tüm matematiksel ve algoritmik hileler titizlikle dışlanmalıdır.
Austin’deki Texas Üniversitesi’ndeki William Kretschmer ve meslektaşları şimdi her iki kriteri de karşılayan bir deneyi tamamladılar. Klasik bilgisayarların sonuçta onlar ve kuantum rakipleri arasındaki performans boşluğunu kapattığı kuantum üstünlüğünün geçmiş birkaç iddiasından farklı olarak, araştırmacılar şimdi “sonucumuz kanıtlanabilir ve kalıcı: klasik algoritmalarda gelecekteki hiçbir gelişme bu boşluğu kapatamaz” diyor.
Ekip, iletişim karmaşıklığının matematiğinde köklerle bir deney yapmak için Quantum Computing Company Nectinuum tarafından inşa edilen lazerler tarafından kontrol edilen iyonlardan yapılan 12 kubit kullandı. Amaç, Alice ve Bob adlı iki varsayımsal deneycinin birbirlerine mesaj göndererek bir hesaplamayı tamamlamak için en etkili yolları bulmaktır.
Alice olarak hareket eden kuantum bilgisayarın bir kısmı, belirli bir kuantum durumunu hazırlar ve makinenin başka bir kısmına gönderir, Bob, daha sonra özelliklerini öğrenmek ve bir çıktı üretmek için Alice’in durumunu nasıl ölçeceğine karar vermek zorunda. Bu süreci tekrarlayarak, çift, Alice devletini açıklamadan önce Bob’un çıktısının ne olacağını tahmin etmenin bir yolunu oluşturabilir.
Araştırmacılar prosedürü 10.000 kez tekrarladılar ve Alice ve Bob’un sürecin parçalarını gerçekleştirme şeklini optimize ettiler. Tüm bu denemeleri analizleri, protokolün kendisinin titiz bir matematiksel araştırması ile birleştiğinde, 62 bitten daha az olan hiçbir klasik algoritmanın 12-quit kuantum bilgisayarın bu görevdeki performansıyla eşleşebileceğini göstermiştir. Klasik bir algoritmanın aynı performansı elde edebileceğini kanıtlayabilecekleri en küçük durum 330 bit gerektiriyordu-gerekli bilgi işlem gücünde neredeyse 30 kat fark.
İngiltere’deki Bristol Üniversitesi’nde Ashley Montanaro, “Bu, ‘kuantum avantajları’ manzarasının bazılarının düşünebileceğinden daha geniş olduğunu gösteren dikkate değer bir bilimsel sonuç” diyor. “Çoğu kuantum avantajı veya kuantum üstünlüğü gösterilerinin aksine, daha iyi bir klasik algoritmanın bulunabileceği umudu yok – bu imkansız.”
Hollanda’daki Matematik ve Bilgisayar Bilimleri Araştırma Enstitüsü’nde Ronald de Wolf, deneyin mevcut kuantum bilgisayarlarda son hızlı iyileştirmelerden etkili bir şekilde yararlandığını ve onlarca yıldır araştırılan iletişim karmaşıklığı teorisinden fikirler üzerine kurduğunu söylüyor.
“İletişim karmaşıklığının hem kanıtlanabilir hem de gerçekçi olan kuantum ve klasik arasında bir ayrım kaynağı olduğu bilinmektedir. Fark, donanımdaki ilerleme sayesinde modeli ilk kez uygulayabilmeleridir” diyor. “Ve klasik ve kuantum arasında daha büyük bir boşlukla yeni bir iletişim karmaşıklığı problemi buldular ve bu nedenle boşluk sadece 12 kubit kullandığınızda bile kendini sergiliyor.”
Yeni sonuç, kuantum üstünlüğünün geçmiş birçok gösterisinden öne çıksa da, onlarla önemli bir özelliği paylaşıyor: hemen yararlı olabileceği açık değil. Shor’un kriptografisini kökten değiştirebilecek algoritması gibi büyük gerçek dünya yansımalarına sahip olabilecek kuantum avantajı örnekleri, kanıtlanabilirlik açısından hala onay yok.
İleride, ekip, örneğin, Alice ve Bob’u iki ayrı bilgisayar yaparak güçlendirebilir, bu da kuantum bilgisayarın sonucunu etkileyen iki etkileşim olasılığını önleyecek, ancak kuantum üstünlüğünün faydası daha önemli bir sorudur.
“Ötesinde (kuantum) üstünlüğü, yararlı (kuantum) üstünlüğe doğru adım olmalı ve bir kuantum bilgisayar, bazı kimya hesaplaması veya bazı lojistik optimizasyonu gibi, aslında ilgi çekici bir sorun için klasikten çok daha iyi bir şey yapan olmalıdır” diyor.
