IBM’in Nighthawk r2 kuantum işlemcisi, bir süper bilgisayarın 110 yıl süreceği tahmin edilen bir hesaplama görevini yalnızca 19 saniyede tamamlayarak bir milyon örnek üretti. Bu sonuç, ABD’deki BlueQubit’ten fizikçi Tigran Sedrakyan liderliğindeki araştırmacılar tarafından arXiv’de yayınlanan bir makalede duyuruldu. Araştırmacılar, bu başarının, uzman olmayan kullanıcıların kolayca erişebileceği bir kuantum işlemcisinde rastgele devre örneklemesi (RCS) için kuantum avantajının ilk göstergesi olduğunu belirtti.
Süper bilgisayarlar ve kuantum bilgisayarlar arasındaki teknoloji yarışı, 2018’de kuantum avantajı kavramının ortaya çıkmasıyla hız kazandı. Temel hedef, klasik bilgisayarların gerçekleştirmekte zorlanacağı veya imkansız derecede uzun süreceği kuantum hesaplamaları bulmaktır. Araştırmacılar, 2018’de RCS görevini bu amaçla kullanmanın güçlü teorik temellerini sundu.
Kuantum devresi, kübitler üzerinde gerçekleştirilen işlemler dizisidir. RCS işlemlerinde rastgele seçimlerle karmaşık kuantum durumları oluşturulur. İşlemci, bu durumları tekrar tekrar ölçerek örnekler üretir. Kübit ve işlem sayısı arttıkça, aynı sonuçları klasik bilgisayarda elde etmek için gereken olasılık hesaplaması zorlaşır.
Google, 2019’da 53 kübitlik Sycamore işlemcisiyle klasik süper bilgisayarların pratik erişiminin ötesinde bir RCS deneyi gerçekleştirdiğini duyurmuştu. Ancak, klasik bilgisayar araştırmacılarının bu sonuçları üretmek için yaratıcı yöntemler geliştirmesi ve kuantum araştırmacılarının sistemlerini daha da ileriye taşıması uzun sürmedi.
Sedrakyan ve ekibi, bu yeni çalışmada IBM’in bulut platformu üzerinden erişilebilen 120 kübitlik Nighthawk r2 süper iletken kuantum işlemcisini kullandı. Deneyde 61 kübit seçilerek 40 döngüye kadar artan karmaşıklıkta rastgele devrelere tabi tutuldu. Araştırmacılar, bu işlemi platformun standart bulut iş akışını kullanarak ve özel bir kalibrasyon yapmadan tamamladı.
Devrenin 918 iki kübitlik kapı içerdiği 36 döngüde en uygun nokta belirlendi. Bu koşul altında Nighthawk r2, bir milyon örnek üretimi için yalnızca 19 saniye harcadı. Araştırmacılar, tensör ağı daraltma tekniğini kullanarak bir milyon örneği klasik bir bilgisayarda yeniden üretmenin yaklaşık 1,2 çarpı 10 üzeri 27 hesaplama işlemi gerektireceğini tahmin etti. Bu, saniyede bir kentilyondan fazla işlem yapan dünyanın en hızlı süper bilgisayarı Frontier referans alındığında, Nighthawk r2’nin başarısının yaklaşık 110 yıllık hesaplama süresine denk geldiğini gösteriyor.
Araştırmacılar, 110 yıllık sürenin klasik bilgisayarlar için kesin bir hız sınırı olmadığını, yalnızca belirli bir yeniden üretim yöntemine dayalı bir tahmin olduğunu vurguladı. Daha verimli algoritmaların klasik bilgisayarlarda gereken işlem yükünü azaltabileceği belirtildi. Ancak uzmanlar, hiçbir klasik bilgisayarın Nighthawk r2’nin performansına ulaşamayacağını ve bu kıyaslamaya göre kuantum işlemcisinin önemli ölçüde öne geçtiğini kaydetti. Deneyin ticari bir donanımda gerçekleştirildiğini belirten araştırmacılar, sonuçların başkaları tarafından da test edilebilmesi için gerekli kodları paylaştı. Henüz hakem değerlendirmesinden geçmeyen bulgular arXiv platformunda yer alıyor.
