Fujitsu Limited ve Osaka Üniversitesi Kuantum Bilgi ve Kuantum Biyolojisi Merkezi, bugün yaptıkları açıklamada, erken dönem hata toleranslı kuantum hesaplama (early Fault-Tolerant Quantum Computing – early FTQC) çağında kuantum bilgisayarların endüstriyel kullanımını hızlandırmayı hedefleyen yeni bir teknolojiyi duyurdu. Araştırmacılar, yüksek verimliliğe sahip faz döndürme kapısı (phase rotation gate) tabanlı özgün STAR mimarisinin üçüncü sürümünü, yeni bir moleküler model optimizasyon tekniğiyle birleştirerek hesaplama için gerekli kaynak miktarını önemli ölçüde azalttı.
Bu teknolojik atılım, katalizör molekülleri gibi kimyasal yapıların tasarımında kritik öneme sahip enerji hesaplamalarının, erken dönem FTQC kuantum bilgisayarları üzerinde gerçekçi sürelerde gerçekleştirilebilmesini mümkün kılıyor. Söz konusu hesaplamalar, günümüzün klasik bilgisayarlarıyla pratik olarak gerçekleştirilemezken, STAR mimarisinin önceki sürümleri kullanıldığında dahi tamamlanmasının binlerce yıl süreceği öngörülmektedir. Geliştirilen teknolojilerin; ilaç keşfi süreçlerinin hızlandırılması, amonyak sentezinde verimliliğin artırılması ve karbon geri dönüşüm teknolojilerinin geliştirilmesi gibi önemli toplumsal ve endüstriyel problemlerin çözümüne katkı sağlaması beklenmektedir.
Arka Plan
Kuantum hesaplama; ilaç keşfi, kriptografi ve finans başta olmak üzere birçok alanda devrim niteliğinde uygulamalar sunma potansiyeline sahiptir. Ancak günümüz kuantum sistemleri hata oranlarının yüksek olması nedeniyle henüz pratik kullanım için yeterli değildir. Bu nedenle, genel kabul gören görüşe göre, gerçek dünya uygulamalarının gerçekleştirilebilmesi için milyonlarca kübit kapasitesine sahip hata toleranslı kuantum bilgisayarlara ihtiyaç duyulmaktadır.
Hata düzeltme mekanizmalarını geliştirmek ve kuantum hesaplamanın pratik kullanımını hızlandırmak amacıyla Fujitsu ve Osaka Üniversitesi, 23 Mart 2023’te STAR Mimarisi’nin 1. sürümünü, ardından 28 Ağustos 2024’te ise 2. sürümünü geliştirdi. Gelişmiş faz rotasyon kapılarıyla donatılan ikinci sürüm, hesaplama kapasitesini önemli ölçüde artırarak yüksek sıcaklık süperiletkenliği gibi katı hâl malzemelerine ilişkin özelliklerin erken dönem FTQC sistemlerinde hesaplanabilmesinin önünü açtı.
Buna karşın, pratik uygulamalar için kritik öneme sahip karmaşık moleküler enerji hesaplamaları hâlâ çok yüksek hesaplama kaynakları gerektirmektedir. Önceki yöntemler ise ya yetersiz hesaplama kapasitesi nedeniyle ya da gerçekçi olmayan işlem süreleri yüzünden bu tür hesaplamaları pratik olarak gerçekleştirememekteydi.
Yeni Geliştirilen Teknoloji
Yürütülen bu ortak araştırma [1], aşağıda belirtilen iki teknolojinin bir araya getirilmesiyle, kimyasal maddelere ilişkin enerji hesaplamalarının yeterli doğrulukta ve pratik sürelerde gerçekleştirilebildiğini ortaya koymuştur.
1. STAR Mimarisi Versiyon 3’ün Geliştirilmesi
- STAR Mimarisi’nin 1. ve 2. sürümleri, geleneksel T-kapısı (T-gate) tabanlı hata toleranslı kuantum hesaplama (FTQC) mimarilerine kıyasla, özgün faz rotasyon kapıları sayesinde daha verimli kuantum hesaplamalarının gerçekleştirilebileceğini ortaya koymuştu.
- 3. sürümde ise faz rotasyon kapıları, mantıksal T-kapıları (logical T-gates) ile entegre edilerek hesaplama doğruluğu, 2. sürüme kıyasla 10 katın üzerinde artırılmıştır.
- Bu gelişme, aynı sayıda kübit kullanılarak daha karmaşık moleküler hesaplamaların gerçekleştirilebilmesini sağlarken, kübitlerin karşılaması gereken hata oranı gereksinimlerini de önemli ölçüde azaltmaktadır.
2. Moleküler Model Optimizasyonu Teknolojisi
- Bu moleküler model optimizasyon teknolojisi, STAR Mimarisi’nin 3. sürümünü kullanan kuantum bilgisayarlar için geliştirilmiş olup, moleküler modellerden kuantum devrelerinin oluşturulması aşamasında uygulanmaktadır.
- Teknoloji, moleküler modeli çok sayıda terime ayıran mevcut yöntemi geliştirerek, her terimin önem derecesine göre zaman evrimi (time evolution) ve rastgele örnekleme (random sampling) tekniklerinden uygun olanını seçici biçimde uygulamakta ve böylece hesaplama kaynaklarını daha verimli kullanmaktadır.
- Ayrıca yöntem, yaklaşımın doğruluğunu koruyarak moleküler modeli yeniden düzenlemekte, terimlerin önem dağılımını optimize etmekte ve bu iki teknik arasındaki dengeyi en uygun hâle getirmektedir. Sonuç olarak, moleküler enerji hesaplamalarında kullanılan kuantum devrelerindeki kapı sayısı önemli ölçüde azaltılmakta ve geleneksel yöntemlere kıyasla hesaplama süresi büyük ölçüde kısalmaktadır.
Geliştirilen teknolojilerin etkinliğini doğrulamak amacıyla araştırmacılar, endüstriyel ölçekte gerçekleştirilebilecek enerji hesaplamaları için gerekli kübit sayısını ve hesaplama sürelerini üç farklı molekül üzerinde değerlendirdi. Bunlar; ilaç keşfinde önemli rol oynayan oksitleyici enzim Sitokrom P450 (Cytochrome P450), amonyak sentezi ve enerji metabolizmasında görev alan katalitik protein yapıları olan demir-kükürt kümeleri (iron–sulfur clusters) ile sentetik kimyanın önemli katalizörlerinden rutenyum katalizörleridir.
Bu moleküllere ait yüksek hassasiyetli enerji hesaplamaları, mevcut klasik bilgisayarların bellek kapasitesi yetersiz olduğu için pratik olarak gerçekleştirilememektedir. STAR Mimarisi’nin 2. sürümü kullanıldığında dahi bu hesaplamaların tamamlanmasının binlerce yıl süreceği ve hesaplama ölçeğinin büyüklüğü nedeniyle yüksek doğrulukta sonuçlar elde etmenin son derece güç olacağı öngörülmektedir.
Doğrulama sonuçları, öncelikle STAR Mimarisi’nin 3. sürümünün, geleneksel hata toleranslı kuantum hesaplama (FTQC) mimarilerine kıyasla gerekli kübit sayısını 15 ila 80 kat azalttığını (başka bir ifadeyle 1/15 ile 1/80 seviyesine düşürdüğünü) göstermektedir.
Araştırmacılar ayrıca, kübitlerin fiziksel hata oranı gereksinimi önceki %0,01 seviyesinden %0,10 seviyesine yükseltilmesine rağmen, hesaplamaların erken dönem FTQC kuantum bilgisayarlarında uygulanabilirliğini koruduğunu doğrulamıştır.
Bunun yanı sıra, moleküler model optimizasyon teknolojisi, kullanılmadığı duruma kıyasla hesaplama süresini üç büyüklük mertebesi (yaklaşık bin kat) azaltmıştır. Fujitsu ve Osaka Üniversitesi, kübitlerin fiziksel hata oranının %0,10 olması durumunda hesaplama süresinin yaklaşık 35 güne, %0,01 hata oranında ise yaklaşık 10 güne kadar düşürülebileceğini göstermiştir.
Araştırmacılara göre, gelecekte kuantum bilgisayarların fiziksel hata oranlarının daha da azaltılması ve birden fazla kuantum bilgisayarın paralel olarak kullanılabilmesi sayesinde hesaplama süreleri daha da kısalacaktır. Böylece, bu tür karmaşık enerji hesaplamalarının endüstriyel uygulamalar için yeterince pratik hâle gelmesi beklenmektedir.
Gelecek Planları
Fujitsu ve Osaka Üniversitesi, STAR mimarisini ve moleküler model optimizasyon teknolojisini geliştirmeye devam ederek, kuantum bilgisayarların erken dönem hata toleranslı kuantum hesaplama (early FTQC) çağındaki pratik kullanım alanlarını daha da genişletmeyi hedeflemektedir.
Araştırma ekibi, bu teknolojileri ilaç keşfi, yeni nesil malzeme geliştirme ve finans başta olmak üzere çeşitli endüstriyel alanlarda uygulayarak, önemli toplumsal ve teknolojik problemlerin çözümüne katkı sağlamayı amaçlamaktadır.
Çeviren: Büşra Özer
Redaktör: Ali İmran Tüzün
Bilimsel Redaktör: Yasemin Poyraz Koçak
Kaynaklar
- https://global.fujitsu/en-global/pr/news/2026/03/25-01
- https://global.fujitsu/-/media/Project/Fujitsu/Fujitsu-HQ/pr/news/2026/03/25-01/news-20260325-01e-en.pdf?rev=921aafbb0d964f09a29f0d2b5a626f7b&hash=0259EA492D5B1C805827D9A05A8FE560
Görsel Kaynak
- Gemini
