Kuantum Bilgisayarlar

    Çinli araştırma ekibi tarafından elde edilen ‘kuantum aşkınlık’ ne anlama geliyor?

    Çinli bir araştırma ekibi, Çinli bir araştırma ekibinin, geleneksel bilgisayarların sınırlarının ötesinde kuantum bilgisayarların hesaplama gücünü gösteren ‘kuantum aşkınlığı’ gösterdiğini duyurdu. Bu, Google'dan sonra önemli bir başarı, ancak süperiletkenlik kullanan Google'ın aksine fotonların kullanımı büyük önem taşıyor.

    Geçen yıl Ekim ayında, Google, bir prototip kuantum bilgisayar kullanarak dakikalar içinde süper bir bilgisayarda bile 10.000 yıl sürecek bir hesaplamayı tamamladığı için dünya tarafından övüldü. Bu, "kuantum aşkınlığın", yani kuantum bilgisayarın geleneksel bilgisayarların sınırlarının ötesinde bir hesaplama gücüne sahip olduğunu kanıtladığı andı.

    Bunu Çin'in Quantum Research Group'un 3 Aralık ( ABD saati ) izlediğini, kendi kuantum aşkınlığını başardığını "Science" dergisinde duyurdu . "Zoujan" adlı bir kuantum bilgisayar prototipini kullanarak, dünyanın en büyük üçüncü süper bilgisayarı bile dakikalar içinde 2 milyar yıldan fazla süren hesaplamaları tamamladı.

    Ancak bu iki sistemin mekanizmaları farklıdır. Google, ultra düşük sıcaklık, ultra iletken metallerle kuantum devreleri oluşturur. Aksine, Anhui Eyaleti, Aihi Şehrindeki Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi'ndeki bir ekip, ışık parçacıkları olan fotonları manipüle ederek kuantum aşkınlığı gerçekleştirdi.

Kuantum bilgisayarların güçlü yönleri

    Kuantum bilgisayarların hiçbiri henüz pratik uygulama aşamasındadır. Ancak, iki radikal farklı teknoloji kullanan süper bilgisayarların bilgi işlem gücünü aşma potansiyelini göstermek, bu erken endüstriye umut verecek ve yatırımı artıracaktır.

    Google ve rakipleri IBM, Microsoft, Amazon, Intel ve birkaç yeni şirket, kuantum bilgisayar donanımı geliştirmeye büyük yatırım yapıyor. Bunların arasında Google ve IBM, kuantum bilgisayarların en son prototiplerini İnternet üzerinden kullanıma sundu. Microsoft ve Amazon bulut platformlarının her biri, Honeywell gibi bir dizi başka şirketin kuantum donanımını barındırır.

    Kuantum bilgisayarların potansiyeli, kuantum bitleri adı verilen birimlerden gelir. Veriler, geleneksel bilgisayar bitlerinde olduğu gibi "0" ve "1" kullanılarak temsil edilir, ancak kuantum bitleri, kuantum mekaniği ilkelerine bağlı olarak hem "0" hem de "1" olasılığına sahiptir. Adlı benzersiz bir durum var.

    Bu nedenle, yeterli kuantum biti varsa, geleneksel bir bilgisayarla yapılamayacak şekilde "hızlı bir şekilde" hesaplanabilir. Ek olarak, işbirliği içinde çalışan kuantum bitlerinin sayısı ne kadar fazla olursa, bu değer o kadar büyük olur.

Spacon'da 3 dakikadan biraz fazla bir sürede 2 milyar yılı aşkın hesaplama

    Mühendisler hala yeterli sayıda kuantum bitini güvenilir bir şekilde koordine edemediklerinden, kuantum bilgisayarlar henüz dünyaya hakim değil. Kuantum bilgisayarların altında yatan kuantum mekaniği etkileri çok hassastır. Bu koşullar altında, Google ve Çin'deki araştırma grupları, nispeten çok sayıda kuantum biti taşıyabildikleri için kuantum aşkınlığı üzerine deneyler yapabildiler.

    Google'ın deneyleri, "Sycamore" adlı süper iletken bir çipi 54 kuantum bit ile mutlak sıfırın hemen üzerindeki bir sıcaklığa soğutarak devam etti. Kuantum bitlerinden biri bozulmuştu, ancak dikkatle seçilmiş istatistiksel problemlerin hesaplamalarında, kalan 53 kuantum biti tek başına geleneksel bilgisayarlardan daha iyi performans gösterdi. Bir kuantum bilgisayarın önemli hesaplamalar yapması için gereken kuantum bitlerinin sayısı bilinmemektedir. Uzmanlar bunun yüzlerce ile milyonlar arasında olduğunu tahmin ediyor.

    Çinli ekip ayrıca kuantum aşkınlığı elde etme konusunda ısrar etmek için istatistiksel testler kullanıyor. Bununla birlikte, Çin ekibinin kullandığı kuantum verileri, bir laboratuvar masasına yerleştirilmiş bir optik devre aracılığıyla bir ayna tarafından yönlendirilen fotonlar şeklindedir. İşlemin sonunda okunan foton, hesaplamanın sonucunu veren bir kuantum bitine karşılık gelir.

    Araştırmacılar, "Bölüm 9" kuantum bilgisayarını kullanarak 76'ya kadar fotonu ölçtüğünü bildirdi. Ancak, ortalama 43'tü ve bu bundan daha az.

    Çinli bir araştırma ekibi, dünyanın en hızlı üçüncü Çin süper bilgisayarı Kamui Taiko Nomitsu'da bir kuantum sisteminin hesaplanmasını simüle etmek için kod yazdı, ancak sonuçlar Bölüm 9'un çok altındaydı. .. Araştırmacılar, bir süper bilgisayarın "Bölüm 9" un yaptığı hesaplamaları üç dakikadan biraz fazla bir sürede gerçekleştirmesinin iki milyar yıldan fazla süreceğini hesapladılar.

Birden fazla fizibilite gösteren sonuçlar

    Deney, fizikçi Pan Jang Wei liderliğindeki büyük bir araştırma ekibi tarafından yönetildi. Çin hükümetinin kuantum teknolojisini güçlendirme stratejisinden yararlandılar ve rekor mesafelerde kuantum şifrelemeyi kanıtlama konusunda kanıtlanmış bir geçmişe sahipler. Kuantum kripto uydusu "Sumiko" yu kullanarak Çin ile Avusturya arasında bir video görüşmesini şifrelemeyi başardı. Kuantum mekaniğine dayalı şifreleme teoride kırılamaz ( aslında hala kırılabilir ).

    Çin'deki "Bölüm 9" ile Google'ın "Sycamore" u arasında bir fark var. Fotonlu prototipler için yeniden programlamak ve farklı hesaplamalar yapmak kolay değildir. Bunun nedeni, ayarların optik devrede sabit kodlanmış olmasıdır.

    Yine de, Bölüm 9'un başarıları, kuantum hesaplamanın gerçekleştirilmesi için birden fazla uygulanabilir yol olduğunu fark etmemizi sağladıkları için dikkate değerdir. Toronto'nun kuantum hesaplama girişimi Xanadu'nun kurucusu ve CEO'su Christian Weedbrook'un da foton hesaplamasında yer aldığı şey bu. "Bu, foton hesaplamasında bir dönüm noktası, ancak diğer yöntemler üzerinde çalışan insanlar için de iyi bir haber."

    Hem endüstride hem de akademide birkaç farklı kuantum donanımı türü geliştirilmiştir, ancak Google ve IBM'in büyük yatırımları nedeniyle, süper iletken devreleri kullanan kuantum bitleri eksiktir. Honeywell ve IonQ gibi endüstri liderleri, bir elektrik alanında yüzen ayrı atomları kullanan kuantum bitlerinden oluşan iyon tuzakları adı verilen kuantum bilgisayarlar sunuyor. Bu kuantum bilgisayarlara Amazon ve Microsoft bulut hizmetleri aracılığıyla erişilebilir.

Her yöntemin avantajları

    Weedbrook liderliğindeki Xanadu, ilk prototipini erken kullanıcılar için Eylül ayında çevrimiçi olarak yayınladı. Ekiplerinin Çin'in "Bölüm 9" una göre daha esnek cihazlar yaratabileceğini söylüyor. Ve foton bilgisayarlarının yakında süper iletken çiplerle aynı seviyede olacağına inanıyor. Bunun nedeni, birçok iletişim ağında kullanılan aynı parçaları kullanabilme avantajına sahip olmasıdır.

    Foton hesaplama ve iyon tuzaklarını yöneten araştırmacılar, teknolojilerinin IBM ve Google süper iletken çiplerinden daha kolay ve daha büyük olması gerektiğini savunuyor. Çok düşük sıcaklıkta bir buzdolabında cihaz yapmaya gerek yoktur.

    Bununla birlikte, önce hangi kuantum hesaplamanın pratik kullanıma sokulacağını kimse bilmiyor. Weedbrook, "Her yöntemin avantajları ve dezavantajları vardır" diyor.