IBM’in Nighthawk r2 kuantum işlemcisi, bir süper bilgisayarın yaklaşık 110 yıl süreceği tahmin edilen bir hesaplama görevini yalnızca 19 saniyede tamamlayarak bir milyon örnek üretti. ABD’deki BlueQubit’ten fizikçi Tigran Sedrakyan liderliğindeki araştırmacılar, bu başarıyı, uzman olmayan kullanıcıların dahi kolayca uygulayabileceği, geniş çapta erişilebilir bir kuantum işlemcisinde rastgele devre örneklemesi için kuantum avantajının ilk göstergesi olarak nitelendirdi.
Deneyin sonuçları, henüz hakem değerlendirmesinden geçmeyen bulgularıyla arXiv platformunda yayımlandı.
Süper bilgisayarlar ile kuantum bilgisayarlar arasındaki teknoloji yarışı, 2018 yılından bu yana devam ediyor. Temel amaç, klasik bir bilgisayarın gerçekleştirmesinin son derece zor veya imkansız olduğu bir kuantum hesaplaması bulmak. Araştırmacılar, 2018’de rastgele devre örneklemesi (RCS) adı verilen bir görevin bu işlevi yerine getireceğine dair güçlü teorik kanıtlar sundu.
Kuantum devresi, kübitler üzerinde gerçekleştirilen bir dizi işlemden oluşur. RCS işlemlerinde, giderek daha karmaşık bir kuantum durumu oluşturmak için büyük ölçüde rastgele seçimler yapılır. İşlemci, bu durumu tekrar tekrar ölçerek örnekler olarak bilinen birler ve sıfırlar dizileri üretir. Kübit ve işlemci sayısı arttıkça, aynı sonuçları klasik bir bilgisayarda elde etmek için gereken olasılığı hesaplamak zorlaşır.
Daha önce Google, 2019’da 53 kübitlik Sycamore işlemcisinin klasik bir süper bilgisayarın pratik erişiminin ötesinde bir RCS deneyi gerçekleştirdiğini duyurmuştu. Ancak bu gelişmeleri, klasik bilgisayar araştırmacılarının geleneksel bilgisayarları zorlamanın yaratıcı yollarını bulması ve kuantum araştırmacılarının sistemlerini daha ileriye taşıması takip etti.
Sedrakyan ve meslektaşları, bu yeni çalışmada özel bir deneysel işlemci yerine IBM’in bulut platformu üzerinden erişilebilen 120 kübitlik süper iletken kuantum işlemcisi Nighthawk r2’yi kullandı. İşlemciden 61 kübit seçilerek 40 döngüye kadar artan karmaşıklıkta rastgele devrelere tabi tutuldu. Bu süreçte, 61 kübitin manipüle edildiği tekrarlanan operasyon turları gerçekleştirildi.
Devrenin 918 iki kübitlik kapı içerdiği 36 döngüde en uygun nokta belirlendi. Bu koşul altında Nighthawk r2, sadece 19 saniyede bir milyon örnek üretti. Araştırmacılar, klasik bir bilgisayarda kuantum devresini simüle etmenin hesaplama maliyetini tahmin eden tensör ağı daraltma tekniğini kullanarak, bir milyon örneği yeniden üretmenin yaklaşık 1,2 çarpı 10 üzeri 27 hesaplama işlemi gerektireceğini ortaya koydu.
Bu değer, saniyede bir kentilyondan fazla işlem kapasitesine sahip dünyanın en hızlı süper bilgisayarı Frontier referans alındığında, Nighthawk r2’nin başarısının yaklaşık 110 yıllık bir hesaplama süresine denk geldiğini gösteriyor. Araştırmacılar, bu sürenin klasik bilgisayarlar için temel bir hız sınırı olmadığını, yalnızca belirli bir yeniden üretim yöntemine dayalı bir tahmin olduğunu vurguladı. Ancak, hiçbir klasik bilgisayarın bu kıyaslamaya göre Nighthawk r2’nin performansına ulaşamayacağı belirtildi.
Deneyi genel bulut üzerinden erişilebilen ticari bir donanımda gerçekleştirdiklerini belirten araştırmacılar, sonuçların başkaları tarafından da test edilebilmesi için devreleri, örnekleri ve analiz kodlarını paylaştı.
