Tarihte Bir İlk: Google’ın Yeni Kuantum Çipi Willow, Süper Bilgisayarları 13.000 Kat Geride Bıraktı

Google’ın Quantum AI ekibi, geliştirdiği yeni algoritmanın kuantum hesaplamayı gerçek dünyada etkili hale getirmeye bir adım daha yaklaştırabileceğini açıkladı.

Quantum Echoes adı verilen yöntem, gelecekte bilim insanlarının ilaç, katalizör, polimer ve batarya tasarımlarını çok daha verimli biçimde geliştirmelerine yardımcı olabilir. Henüz “kuantum üstünlüğü” seviyesine ulaşılmamış olsa da araştırmacılar, elde edilen sonuçların pratik faydalara giden yolda önemli bir dönüm noktası olduğunu belirtiyor.

Willow Çipinde 13.000 Kat Hız Artışı

Kuantum bilgisayarlar, klasik bilgisayarların kullandığı bitler yerine kuantum bitleri (qubit) kullanıyor. Qubit’ler aynı anda birden fazla durumu temsil edebildiği için, bilgi işleme gücü klasik sistemlere göre üstel biçimde artıyor. Ne kadar çok qubit birbiriyle bağlantılıysa, sistemin işlem kapasitesi o kadar yüksek oluyor.

Google, 2019’da geliştirdiği 54-qubit Sycamore işlemcisiyle yalnızca 200 saniyede çözdüğü bir problemin klasik bir süper bilgisayarın 10.000 yılını alacağını açıklamıştı. 2024’te ise şirketin 105-qubit Willow çipi, dünyanın en hızlı süper bilgisayarı olan Frontier’in 10 sekstilyon yılda tamamlayabileceği bir hesaplamayı gerçekleştirdi ancak bazı uzmanlar, testlerin gerçek bir avantaj göstermediğini savunmuştu. Google’ın önceki “kuantum üstünlüğü” iddiaları, random circuit sampling adlı, karmaşık ancak pratikte işe yaramayan bir yöntemle desteklenmişti. Rastgelelik, farklı kuantum sistemleri arasında sonuçların doğrulanmasını da zorlaştırmıştı.

Google şimdi, geliştirdiği Quantum Echoes algoritmasının bahsi geçen eksikliği giderdiğini söylüyor. Ekip, algoritmayı Willow’un 65 qubit’inde çalıştırdığında, sistemin aynı işlemi Frontier’e göre yaklaşık 13.000 kat daha hızlı tamamladığını belirtti. En önemlisi, algoritma doğrulanabilir sonuçlar üretti ve farklı kuantum işlemcilerde tekrarlanabilir ölçümler yapılabildi.

Google Quantum AI ekibinden Thomas O’Brien, “Doğrulamanın temel yönü, uygulamalara kapı aralayabilmesidir. Verinin doğru olduğunu kanıtlayamazsam, onunla ne yapabilirim ki?” sözleriyle yöntemin önemini vurguladı.

Quantum Echoes Algoritmasının Çalışma Prensibi

Algoritma üç aşamada işliyor. İlk olarak, bir molekülün davranışını simüle etmek gibi bir dizi kuantum işlemi gerçekleştiriyor. Ardından, sistemdeki qubit’lerden biri hafifçe bozulmaya uğratılıyor. Son aşamada ise orijinal işlemler tersine çevrilerek her iki sonuç karşılaştırılıyor.

Söz konusu ileri-geri işleme döngüsü, küçük bir değişikliğin tüm moleküler sistemi nasıl etkilediğini ortaya çıkarıyor. Böyle bir analiz, en güçlü klasik süper bilgisayarları bile zorlayan bir işlem yoğunluğu gerektiriyor. O’Brien, qubit’lerdeki küçük değişiklikleri kelebek etkisine benzetiyor: küçük bir titreşim tüm sistemi etkileyebiliyor.

Google’ın kuantum donanımının baş bilim insanı ve Nobel ödüllü Michel Devoret, deneyin başarısını Willow çipinin 105 qubit kapasitesine ve %0,1 hata oranına bağlıyor. O’Brien, 2019’daki testle kıyaslama yaparak, “O zaman toplanan verilerin yalnızca %0,1’i doğruydu. Şimdi ise verilerin yalnızca %0,1’i yanlış olabilir.” diyor.

Gerçek Dünya Uygulamalarına Doğru

Araştırmacılar, Quantum Echoes algoritmasının, teknik adıyla “out-of-time-order correlator”, gelecekte NMR (nükleer manyetik rezonans) spektroskopisini geliştirebileceğini düşünüyor. Bu teknoloji, tıpta kullanılan MRI’a benzer biçimde moleküler yapıların görüntülenmesini sağlıyor.

İlk testlerde, 15 qubit’e kadar gerçekleştirilen deneyler doğru moleküler modeller ortaya koydu. California Üniversitesi, Berkeley’den Ashok Ajoy, “Henüz erken aşamada olmasına rağmen, NMR’nin kimya, biyoloji ve malzeme bilimi gibi geniş alanlarda kullanımını düşünürsek bu yöntem gelecekte geniş uygulamalara yol açabilir.” ifadelerini kullandı.

O’Brien, sonuçların henüz klasik bilgisayarların ötesine geçmediğini kabul ediyor. Yine de hata düzeltme teknolojilerindeki gelişmelerin, kuantum üstünlüğünün gerçek problemlerde elde edilmesini sağlayacağına inanıyor.

Google Quantum AI’nın kurucusu ve yöneticisi Hartmut Neven ise iyimser bir bakış sunuyor: “Beş yıl içinde yalnızca kuantum bilgisayarlarla mümkün olan gerçek dünya uygulamalarını göreceğimize inanıyoruz.” 

Çalışma, Nature dergisinde yayımlandı.

‍

‍

‍

‍

‍

Kaynak: https://interestingengineering.com/innovation/google-verifiable-quantum-edge-willow-chip