IBM, kuantum bilgisayarların önündeki en büyük teknik engellerden biri olarak görülen hata düzeltme sorununu çözdüğünü öne sürdü. Şirketin bilim insanları, bu gelişmeyle birlikte 2029’a kadar dünyanın ilk büyük ölçekli, hatalara dayanıklı kuantum bilgisayarını piyasaya sürmeyi planladıklarını duyurdu.

20 BİN KAT GÜÇLÜ

IBM’in araştırması, mevcut kuantum sistemlerinden 20 bin kat daha güçlü bir sistemin mümkün olduğunu ortaya koyuyor. Şirketin “Starling” adını verdiği yeni sistemin, yaklaşık 200 mantıksal kübit kullanarak 100 milyon kuantum işlemi gerçekleştirebilmesi bekleniyor. IBM temsilcileri bunun yaklaşık olarak 10 bin fiziksel kübite eşdeğer olduğunu söyledi.

Bu sistemin ardından 2033’te daha büyük ölçekli “Blue Jay” adlı modelin devreye alınması planlanıyor. Blue Jay, 2 bin mantıksal kübit ile 1 milyar kuantum işlemi gerçekleştirebilecek.

KÜBİT NEDİR?

Günümüzdeki bilgisayarlar dijital bilgiyi temsil eden en küçük birim olan “bit”ler üzerinden işliyor. Bir bit, yalnızca iki farklı değerden birine sahip olabiliyor: 0 veya 1. Tüm veri, bu 0 ve 1’lerin kombinasyonlarıyla ifade ediliyor. Örneğin, metin, resim ve ses gibi dosyalardaki bilgiler, bitlerin belirli şekillerde düzenlenmesiyle saklanıp işleniyor.

Bu bit’leri, gündelik ihtiyaçlar için elektriği açıp kapatmaya yarayan anahtarlar gibi düşünmek de mümkün. “0” kapatma, “1” ise açma işlevini yerine getiriyor olsun. Bilgisayarlardaki tüm veriler de belirli örüntüler halinde “açılıp kapanarak” çalışıyor.

Kuantum bilgisayarlar ise “kuantum bit”lerini, yani “kübit”leri kullanıyor. Kuantum mekaniğinin süperpozisyon özelliği sayesinde kübitler hem 0 hem de 1 değerini aynı anda taşıyabiliyor. Yani kübitler, elektriğin hem açık hem de kapalı olmasına benziyor. Süperpozisyon prensibi, kübitlerin aynı anda birçok hesaplamayı yapabilmesini sağlıyor.

MANTIKSAL KÜBİT DEVRİMİ

Mantıksal kübit (logical qubit), birden çok fiziksel kübitin bir araya gelmesiyle oluşturulan ve hata düzeltme algoritmalarıyla korunan, daha güvenilir sanal bir kübit türü. Bir mantıksal kübit oluşturmak için yaklaşık 50 ila 100 fiziksel kübit gerekebiliyor. Bu sayı kullanılan hata düzeltme yöntemine göre değişiyor.

Kuantum bilgisayarlar teorik olarak çok güçlü olsalar da, gerçek dünyada çalışan fiziksel kübitler (physical qubits) çok hassas ve kolayca hata yapıyor. Bu da kuantum hesaplamanın en büyük sorunlarından biri.

ÖLÇEKLEMENİN ANAHTARI: LDPC KODU

IBM’in 2 ve 3 Haziran’da arXiv sitesinde erişime açtığı iki yeni çalışmada, kuantum sistemlerdeki hata oranlarını azaltmaya yönelik yeni hata giderme ve düzeltme teknikleri tanıtıldı. Bu yöntemler sayesinde donanımın öncekine göre dokuz kat daha verimli ölçeklenebildiği, yani sistemin daha az kaynakla daha fazla işlem gücü elde edecek şekilde büyütülebildiği ifade edildi.

Araştırmalarda öne çıkan unsur, düşük yoğunluklu parite kontrolü (LDPC) kodları. Bu yeni yaklaşım, kuantum bilgisayarlarda önceki hata düzeltme paradigmalarına kıyasla daha az kübit kullanarak daha etkili sonuçlar alınmasını sağlıyor. IBM, bu sayede kuantum donanımını geçmişteki sınırlamaların ötesine taşıyabilecek bir “hataya dayanıklılık paradigması” geliştirildiğini belirtiyor.

IBM Kuantum Operasyonları Başkan Yardımcısı Jay Gambetta, Live Science’a verdiği röportajda, “Artık bilimsel engeller aşıldı. Geriye sadece mühendislik kaldı” dedi.

HATA DÜZELTMEDEN DAYANIKLILIĞA

Kuantum bilgisayarlar halihazırda var olmasına rağmen, sadece belirli test senaryolarında klasik bilgisayarlardan daha hızlı çalışabiliyor. Bunun temel nedeni, kuantum işlem birimlerinin (QPU) ölçeklenmesinde yaşanan zorluklar. Her yeni kübit sisteme eklendiğinde, kuantum mekaniğinin doğasından kaynaklanan “gürültü”, yani hata oranı artıyor.
LDPC kodları sayesinde bu sorunun büyük ölçüde aşıldığı ifade ediliyor.
Yeni kodlama sistemi, hata giderme işlemlerinde yüzde 90 daha hızlı çalışıyor. IBM, bu teknolojiyi mevcut Heron mimarisinin halefi olan Loon QPU mimarisine entegre edeceğini duyurdu.

100 MİLYON İŞLEM

“Starling” sisteminin, 200 mantıksal kübit kullanarak 100 milyon kuantum işlemine imkan tanıması bekleniyor. IBM yetkilileri, bu hedefin yalnızca LDPC gibi teknolojiler sayesinde mümkün olacağını belirtiyor.

Şirket ayrıca, geliştiricilerin bu yeni kuantum sistemlerine hazırlıklı olabilmesi için Qiskit 2.0 adlı açık kaynaklı yazılım geliştirme kitini duyurdu.

IBM Kuantum Motoru Lideri Blake Johnson, “Amaç hata gidermeden, gerçek hata düzeltmeye geçmek” diyerek artık kuantum alanının deneysel donanım testlerinden çıkıp kullanıma hazır bir teknolojiye dönüşmekte olduğunu vurguladı.