Google'da görev yapan bilim insanları, kuantum işlemciler üzerinde karmaşık problemleri dünyanın en hızlı süper bilgisayarlarından bile 13.000 kat daha hızlı çözebilen yeni bir algoritma geliştirdi. Bu gelişme, ilaç keşfi, malzeme bilimi ve daha pek çok bilimsel alanda kuantum bilgisayarların kullanılmasının önünü açıyor.
Araştırmacılar tarafından Kuantum Yankıları (Quantum Echoes) olarak adlandırılan bu yeni algoritma, kuantum üstünlüğünü elde ederken aynı zamanda bağımsız olarak başka bir kuantum bilgisayar üzerinde de doğrulanabilen ilk algoritma olmasıyla büyük önem taşıyor.
Kuantum Yankıları algoritması, Google'ın Willow kuantum işlem birimi (QPU) üzerinde gerçekleştirilen bir performans deneme testinde bu olağanüstü hıza ulaştı. Araştırmacılar, algoritmanın çalışma prensiplerini 22 Ekim'de Nature dergisinde yayımlanan yeni bir çalışmada detaylandırdı.
Google Quantum AI araştırma bilimcilerinden Xiao Mi, konuyla ilgili olarak yaptığı açıklamada, "Kuantum algoritmaları, kuantum bilgisayarın problemleri en verimli şekilde nasıl çözeceğini belirler. Bu, klasik bilgisayarlardaki yazılım geliştirmelerine benzetilebilir. Klasik veya kuantum bilgisayarın gelecekte sorunları çözebilmesi için hem yazılım hem de donanım unsurlarının mevcut olması ve birlikte çalışması gerekir." ifadelerini kullandı.
Bilim insanları, yeni algoritmanın kuantum üstünlüğünü gösterirken aynı zamanda pratik bir probleme uygulanabileceğini de kanıtladı. 22 Ekim'de arXiv ön baskı veritabanında yayımlanan ikinci bir çalışmada, aynı ekip nükleer manyetik rezonans (NMR) spektroskopisi laboratuvarındaki moleküllerin dinamiklerini taklit etmek için bir kuantum devresi tasarladı.
Bu çalışma sonucunda, 15 ve 28 atomlu iki molekülün, yani [4-13C]-toluen ve [1-13C]-3',5'-dimetilbifenil (DMBP) atomlarının aralarındaki mesafeler ve yapıları hakkında daha önce bilinmeyen detaylar ortaya çıkarıldı.
Bu deneyde kullanılan sistem küçük ölçekte (15 kübit) olsa da, gelecekteki çalışmaların klasik simülasyonlarla imkansız olan bir ölçekte, dört kat daha büyük moleküllerin simüle edilmesine olanak tanıyacağı belirtildi.
Geçmişten Gelen Yankılar
Bu yeni araştırma, 1980'lerde başlayan ve bugün Kaliforniya Üniversitesi'nde fizik profesörü ve Google Quantum AI'nin kuantum donanım baş bilimcisi olan Michel Devoret'in çalışmalarıyla temelleniyor. Devoret, bu çalışmanın ortak yazarlarından biri ve kuantum alanındaki çalışmalarıyla 2025 Nobel Fizik Ödülü'nü paylaşan isimlerden biri.
Devoret, bir basın toplantısında, "Bugün, hesaplamanın yapıldığı ve niceliğinin doğrulanabilir olduğu yeni bir kilometre taşını temsil eden bu çığır açıcı algoritmayı duyuruyoruz. Yani, başka bir kuantum bilgisayarı aynı hesaplamayı yapsa da sonuç aynı olacaktır. Bu, tam ölçekli kuantum hesaplamalara doğru yeni bir adımı işaret ediyor. Bu Kuantum Yankıları algoritması sadece doğrulanabilir değil, aynı zamanda kuantum üstünlüğü sunuyor; klasik donanıma göre çok daha uzun sürecek bir hesaplamayı gerçekleştiriyor." dedi.
Kuantum Yankıları algoritması, birden fazla aşamada çalışıyor. Bu süreçte bir sinyal kuantum sistemine gönderilip tersine çevrilerek, yapıcı girişim (kuantum dalgalarının birbirini güçlendirerek daha güçlü hale gelmesi) ile güçlendirilmiş bir "yankı" dinleniyor.
İlk olarak, bilim insanları Willow QPU üzerindeki 105 kübitlik bir dizide bir dizi işlem (kuantum kapıları) gerçekleştirdi. Ardından, bir kübit hafifçe bozuldu (sapma gösterdi) ve aynı işlemler tam tersine uygulandı. Sonuç, kuantum sistemi hakkında bilgi açığa çıkarmak için kullanılabilecek tuhaf bir "kelebek etkisi" oldu. Bilim insanları daha sonra bu algoritmayı kullanarak iki moleküldeki atomlar arasındaki mesafeleri ölçtü.
Algoritmanın Willow'daki performansını klasik süper bilgisayarlarla karşılaştırmak için bilim insanları, siber güvenlik yöntemlerinden esinlenerek titiz "kırmızı takım" testleri yürüttü. Bu testler yaklaşık 10 yıl süren bir sürece eşdeğerdi.
Austin'deki Teksas Üniversitesi bilgisayar bilimi başkanı Scott Aaronson, "Bu kesinlikle, sonuçlarını klasik yollarla tekrarlamaya çalışan herhangi bir şüpheci için bir meydan okumadır. Önceki kuantum üstünlüğü gösterimlerine kıyasla buradaki büyük avantaj, çıktının bir dağılımdan alınan örnek yerine tek bir sayı olmasıdır. Bu nedenle, eğer klasik bir bilgisayarla değilse de en azından ikinci bir kuantum bilgisayarla verimli bir şekilde doğrulanabilir." değerlendirmesini yaptı.
Aaronson, doğrulanabilir kuantum üstünlüğünün alanın en büyük zorluklarından biri olduğunu ekledi. Google'ın her iki yeni çalışmadaki amacının ticari olarak faydalı bir problemi çözmek değil, klasik bir bilgisayara karşı net bir üstünlük elde etmek ve başka bir kuantum bilgisayarının cevabı bağımsız olarak doğrulamasını sağlamak olduğunu belirtti.
Google, Willow kuantum bilgisayar çipini geçen Aralık ayında tanıtmıştı. Yeni işlemci, kübit sayısı arttıkça hataların üstel olarak azaldığını göstererek kuantum bilgisayar araştırmalarında önemli bir kilometre taşına işaret etti. Ancak donanım geliştirmeleri tek başına yeterli değil; klasik bilgisayarları yenmek için gereken milyonlarca kübitlik ölçeğe ulaşılsa bile, yazılım ve donanım bileşenlerinin bir problemin en verimli çözüm yolunu bulmak için birlikte çalışması gerekiyor.
Google bilim insanları, yalnızca kuantum bilgisayarların mümkün kılabileceği pratik uygulamaları en az beş yıl içinde görmeye başlayacağımızı iddia ediyor. Ancak bunun için, günümüzde hayal etmesi zor olan, en güçlü kuantum bilgisayarların bile yalnızca yüzlerce veya binlerce kübite sahip olduğu bir ortamda, donanımı milyonlarca kübite ölçeklendirmemiz gerekecek.
