Kendi kendini onaran kuantum bilgisayarlar: Hatasız ve hataya dayanıklı

• Yazar:
• Yazar adı

  Kuantumrun Öngörüsü
• Şubat 14, 2023

Analiz özeti

Kuantum hesaplama, bilgisayar işlemede bir paradigma değişimini temsil eder. Bu sistemler, klasik bilgisayarların gerçekleştirmesi yıllar, bazen yüzyıllar alacak karmaşık hesaplamaları dakikalar içinde çözme potansiyeline sahiptir. Bununla birlikte, kuantum teknolojilerinin tam potansiyelinden yararlanmanın ilk adımı, çıktılarını kendi kendilerine onarabilmelerini sağlamaktır.

Kendi kendini onaran kuantum bilgi işlem bağlamı

2019 yılında, 54 kübit içeren Google Sycamore çipi, normalde klasik bir bilgisayarın bitirmesi 200 yıl sürecek olan bir hesaplamayı 10,000 saniyede gerçekleştirebildi. Bu başarı, Google'ın kuantum üstünlüğünün katalizörü oldu ve dünya çapında kuantum hesaplamada büyük bir atılım olarak kabul gördü. Daha sonra, bu alanda daha fazla araştırma ve ilerlemeler doğurdu.

2021'de Sycamore, hesaplama hatalarını düzeltebileceğini göstererek ileriye doğru bir adım daha attı. Ancak, sürecin kendisi daha sonra yeni hatalar getirdi. Kuantum hesaplamada olağan bir sorun, hesaplamalarının doğruluk oranlarının klasik sistemlere kıyasla hala eksik olmasıdır. 

Verileri depolamak için iki olası duruma (0 ve 1) sahip bitleri (bilgisayar verilerinin en küçük birimi olan ikili basamaklar) kullanan bilgisayarlar, standart bir özellik olarak hata düzeltme ile donatılmıştır. Bir bit 0 yerine 1 olduğunda veya tam tersi olduğunda, bu tür bir hata yakalanıp düzeltilebilir.

Her kuantum biti veya kübit aynı anda 0 ve 1 durumunda olduğundan, kuantum hesaplamadaki zorluk daha karmaşıktır. Değerlerini ölçmeye çalışırsanız, veriler kaybolur. Uzun süredir devam eden potansiyel bir çözüm, birçok fiziksel kübiti tek bir "mantıksal kübit" (kuantum algoritmaları tarafından kontrol edilen kübitler) halinde gruplamak olmuştur. Mantıksal kübitler daha önce var olsa da, hata düzeltme için kullanılmadılar.

Yıkıcı etki

Birkaç araştırma kurumu ve yapay zeka laboratuvarı, kendi kendini düzeltebilen mantıksal kübitlerin nasıl yapılacağını araştırıyor. Örneğin, ABD merkezli Duke Üniversitesi ve Ortak Kuantum Enstitüsü, 2021'de tek bir birim olarak işlev gören mantıksal bir kübit oluşturdu. Bunu bir kuantum hata düzeltme koduna dayandırarak, hatalar daha kolay tespit edilip düzeltilebilir. Ek olarak ekip, söz konusu hataların olumsuz etkilerini kontrol altına almak için kübiti hataya dayanıklı hale getirdi. Bu sonuç, mantıksal bir kübitin oluşturulmasında gerekli olan diğer tüm adımlardan daha güvenilir olduğunun ilk kez gösterilmesiydi.

Ekip, Maryland Üniversitesi'nin iyon tuzağı sistemini kullanarak, bir çip üzerindeki elektrotlar üzerinde askıya almadan önce lazerlerle 32 ayrı atomu soğutmayı başardı. Her bir atomu lazerlerle manipüle ederek onu bir kübit olarak kullanabildiler. Araştırmacılar, yenilikçi tasarımların kuantum hesaplamayı mevcut hata durumundan bir gün kurtarabileceğini gösterdi. Hataya dayanıklı mantıksal kübitler, çağdaş kübitlerdeki kusurları giderebilir ve gerçek dünya uygulamaları için güvenilir kuantum bilgisayarların bel kemiği olabilir.

Kendi kendini düzelten veya onaran kuantum bilgisayarlar olmadan, doğru, şeffaf ve etik olan yapay zeka (AI) sistemleri yapmak imkansız olurdu. Bu algoritmalar, otonom araçları güvenli hale getirmek ve Nesnelerin İnterneti (IoT) cihazlarını destekleyebilen dijital ikizler yapmak da dahil olmak üzere potansiyellerini gerçekleştirmek için büyük miktarda veri ve bilgi işlem gücü gerektirir.

Kendi kendini onaran kuantum hesaplamanın sonuçları

Kendi kendini onaran kuantum hesaplamaya yapılan yatırımların daha geniş etkileri şunları içerebilir: 

• Hataları gerçek zamanlı olarak yakalarken daha yüksek hacimli verileri işleyebilen kuantum sistemleri geliştirmek.
• Araştırmacılar, yalnızca kendi kendini onarmakla kalmayıp kendi kendini test edebilen otonom kuantum sistemleri geliştiriyor.
• Milyarlarca bilgiyi işleyebilen ancak daha az enerji gerektiren bilgisayarlar oluşturmak için kuantum araştırması ve mikroçip geliştirmede artan finansman.
• Trafik ağları ve tam otomatik fabrikalar dahil olmak üzere daha karmaşık süreçleri güvenilir bir şekilde destekleyebilen kuantum bilgisayarlar.
• Tüm sektörlerde kuantum hesaplamanın eksiksiz endüstriyel uygulaması. Bu senaryo ancak şirketler, karar verme sürecini yönlendirmek veya yüksek değerli sistemleri çalıştırmak için kuantum hesaplama çıktılarının doğruluğundan yeterince emin olduklarında mümkün olacaktır.

Dikkate alınması gereken sorular

• Kararlı kuantum bilgisayarların diğer potansiyel faydaları nelerdir?
• Bu tür teknolojiler gelecekte işinizi nasıl etkileyebilir?