Google, son günlerde yaptığı açıklamalarla tüm dünyada büyük bir heyecan yarattı. Google, Willow olarak adlandırdığı yeni çipin, en güçlü süper bilgisayarların 10 septilyon(1025) yıl çözebileceği bir problemi yalnızca 5 dakikada çözebildiğini duyurdu. Willow, özellikle kuantum bilgisayarlarda hata düzeltme (error correction) alanında Google’ın ciddi bir ilerleme kaydettiğini gösteriyor.
Google, Willow adını verdiği 105 kübitlik yeni bir çip tanıttı. Credit:science.org
Google, yeni duyurdukları 105 kubitlik Willow çipinin, kuantum hesaplamada önemli bir dönüm noktası olduğunu söyleyebiliriz. Willow, özellikle kuantum bilgisayarlarda hata düzeltme (error correction) alanında Google’ın ciddi bir ilerleme kaydettiğini gösteriyor. Bu, kuantum üstünlüğü (quantum supremacy) açısından önemli bir başarı olarak görülüyor. Ancak, bu heyecana kapılmadan önce, gelişmelere temkinli bir şekilde yaklaşmakta fayda var.
Kuantum Hata Düzeltme
Google’ın yaptığı açıklamaların altında yatan en büyük başarı, şüphesiz ki hata düzeltme konusunda elde ettikleri ilerlemedir. Kuantum bilgisayarların en büyük zorluklarından biri, çok hassas olan kubitlerin dış etmenlere karşı aşırı duyarlı olmaları ve bu yüzden hatalı çalışmalarıdır. Şu anda var olan kuantum işlemciler bu hatalar nedeniyle doğru hesaplamalar gerçekleştirmekten uzaklar. Bunu aşmanın bir yolu kuantum hata düzeltme (quantum error correction) adı verilen tekniklerden faydalanmak.
Kuantum hata düzeltmedeki temel kavramlardan biri “mantıksal kubit” yaklaşımı. Mantıksal kubitler, bir grup fiziksel kubitin birlikte çalışarak oluşturduğu, daha az hata yapan ve daha güvenilir bir hesaplama birimi olarak görülebilir. Eğer fiziksel kubitlerin hata oranı yüksekse, hata düzeltme ters etki yaratabilir – daha fazla fiziksel kubit eklemek mantıksal kubitleri iyileştirmez, aksine kötüleştirir. Ancak hata oranı belirli bir eşik seviyesinin altına düştüğünde, eklediğiniz her fiziksel kubit, mantıksal kubiti daha dayanıklı hale getirir.
Mark Belan/Quanta Magazine
2023 yılında, Harvard Üniversitesi’nden bir ekip ve QuEra adlı start-up, soğutulmuş rubidyum atomlarından yapılan kubitleri kullanarak 48 mantıksal kubit ile şimdiye kadar elde edilen en fazla mantıksal kubit sayısını elde etti. Bu yıl ise, Microsoft ve Atom Computing’den araştırmacılar 28 mantıksal kubit ile işlem yapabildiklerini gösterdiler. Google’ın yaklaşımı ise daha farklı. Google, mantıksal kubit sayısını artırmak yerine, tek bir mantıksal kubiti daha iyi hale getirmeye odaklanıyor. Esas heyecan verici olansa, Nature’da yayınladıkları makalede, mantıksal kubiti elde etmek için kullandıkları fiziksel kubit grubuna daha fazla fiziksel kubit ekledikçe mantıksal kubitin hata oranının düştüğünü göstermeleri.
Kuantum Üstünlüğü: Gerçekten Ulaşılabilir Bir Hedef mi?
Kuantum üstünlüğü bir kuantum bilgisayarının, en güçlü süper bilgisayarların tamamlamasının yıllar süreceği bir hesaplamayı, makul bir sürede yapması anlamına geliyor. Google, 2019 yılında 53 kubitliik Sycamore çipi ile kuantum üstünlüğü iddiasında bulunmuştu. Google’ın hemen ardından, IBM, Google’ın iddia ettiği gibi bu problemin 10.000 yılda değil, 2.5 günde çözülebileceğini iddia ederek Google’ın iddiasını çürütmeye çalıştı. Aradan geçen zamanda, pek çok ekip kuantum üstünlük iddiasıyla ortaya çıktı. Google’ın duyurduğu son gelişmeler ile, bu iddialara bir yenisi eklenmiş oldu.
Peki bahsi geçen kuantum üstünlük deneylerindeki kuantum bilgisayarlar, klasik bilgisayarlarımızın çözmekte zorlandığı hangi problemi bu kadar hızlı çözüyor? Gerçekleştirilen pek çok kuantum üstünlük deneyinde, rastgele devre örnekleme (random circuit sampling) problemi ve bu problemin türevleri karşımıza çıkıyor. Burada bahsi geçen problem, rastgele oluşturulmuş bir kuantum devresinin çıktılarından bir örneklem almak. Bu problemin, kuantum bilgisayarların klasik bilgisayarlardan çok daha hızlı çözebileceği şekilde seçilmiş olduğu apaçık ortada. Bu nedenle, gerçekleştirilen kuantum üstünlük deneyleri, teorik olarak kuantum bilgisayarların klasik bilgisayarlara göre ne kadar hızlı olabileceğini gösterse de, unutulmaması gereken nokta, bu tür hesaplamaların şu anda pratik bir uygulamaya sahip olmadığıdır.
Sonuç
Google’ın Willow çipiyle elde edilen başarılar oldukça etkileyici. Kuantum bilgisayarların sunduğu potansiyel elbette büyük ama hâlâ gelişim aşamasında olduklarını unutmamalıyız. Rastgele devre örnekleme gibi özel problemler, kuantum üstünlüğünü göstermek için önemli bir adım olabilir, ancak kuantum bilgisayarların endüstriye, sağlığa, finansa veya diğer gerçek hayattan problemlere katkı sağlaması için önümüzde uzun bir yol var.
Öte yandan, esas umut verici olanın Google’ın kuantum bilgisayarlarında hata düzeltme konusunda kaydettiği ilerleme olduğunu söyleyebiliriz. Bu, kuantum bilgisayarların hatasız bir şekilde daha büyük ve daha karmaşık hesaplamalar yapabilmesi için kritik bir adım. Bu ilerlemenin yalnızca teorik problemlerle mi sınırlı kalacağı yoksa pratik problemlere de uygulanabilir olup olmayacağını önümüzdeki dönemde göreceğiz.
Kaynakça
Meet Willow, our state-of-the-art quantum chip, Dec 09, 2024
https://blog.google/technology/research/google-willow-quantum-chip/
Padavic-Callaghan, Karmela. “Is Google’s new Willow quantum computer really such a big deal?” New Scientist, 9 December 2024. https://www.newscientist.com/article/2459318-is-googles-new-willow-quantum-computer-really-such-a-big-deal/
Brubaker, Ben. “Quantum Computers Cross Critical Error Threshold.” Quanta Magazine. 9 December 2024. https://www.quantamagazine.org/quantum-computers-cross-critical-error-threshold-20241209/
Google Quantum AI and Collaborators. Quantum error correction below the surface code threshold. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-08449-y
Science.org, Google passes milestone on road to an error-free quantum computer, 9 Dec 2024
Yazar: Özlem Salehi Köken
Redakte: Emine Elif Pekduru
