IBM, kuantum bilgisayar alanında iki yeni işlemci tanıttı. Bu yeni işlemciler, önümüzdeki yıl kuantum avantajına ulaşma ve 2029'a kadar tam hata toleranslı bir kuantum bilgisayar geliştirme yolunda önemli bir adım olarak öne çıkıyor.
Tanıtılan ilk işlemci, 120 kübitlik IBM Quantum Nighthawk. Bu çip, şirketin önceki işlemcisi R2 Heron'un işleyebileceğinden yüzde 30 daha karmaşık kuantum hesaplamaları gerçekleştirebiliyor.
IBM, ayrıca 112 kübitlik IBM Loom adlı başka bir işlemciyi de duyurdu. Bilim insanlarına göre bu işlemci, kuantum bilgisayarların gerçek zamanlı olarak tüm hataları kendi kendine algılayıp düzeltebilmesi için gereken tüm hata toleransı unsurlarını barındırıyor.
Yeni Kuantum İşlemcilerle Yapısal Gelişmeler
Nighthawk işlemcisinde, 120 kübitin her biri, kare kafes yapısı sayesinde en yakın dört komşusuyla bağlantı kurabiliyor. Bu, önceki Heron işlemcisine göre yüzde 20 iyileştirilmiş 218 ayarlanabilir kuplör sayesinde mümkün oluyor. Bu kuplörler, çip üzerindeki bireysel kübitler arasındaki bağlantıları yöneten bileşenlerdir.
Bu mimari, bilim insanlarının kuantum hesaplamaları için gereken 5.000 adet iki-kübitlik geçit (gate) ile ilgili problemleri incelemesine olanak tanıyacak. IBM yetkilileri, Nighthawk'ın gelecekteki versiyonlarının 2026 sonuna kadar 7.500, 2027'de ise 10.000 geçit kapasitesine ulaşmasını hedefliyor. Ardından, 2028'de IBM bilim insanları, uzun menzilli kuplörler kullanılarak birbirine bağlanmış 1.000 kübitlik Nighthawk tabanlı sistemler oluşturarak 15.000 adet iki-kübitlik geçide ulaşmayı planlıyor.
Loom ise 112 kübitlik daha küçük bir çip. IBM bilim insanları, bu çipin hata toleranslı kuantum hesaplamaları için gerekli tüm donanım unsurlarını sergilediğini belirtiyor. Bu teknolojiler, kübitlerdeki son derece yüksek hata oranlarını ele almak için geliştirildi. Bu alana kuantum hata düzeltme (QEC) adı veriliyor ve kuantum işlemcilerin sadece kübit sayısı olarak değil, aynı zamanda karmaşıklık olarak da gelişmesinin ana nedenlerinden biri QEC'dir.
Örneğin, Aralık 2023'te IBM bilim insanları Condor adında devasa bir 1.000 kübitlik çip üretmişti. Ancak, 113 kübitlik daha küçük kuzeni Eagle, hata oranının beş kat daha düşük olması nedeniyle araştırma açısından daha heyecan verici bulunmuştu. Nighthawk ile Loom arasındaki durum da benzerdir.
IBM Quantum CTO'su Oliver Dial, bilim insanlarının hata düzeltme kodlarını ve uzun vadede kullanmayı planladıkları kuplörleri uygulamak için işlemcilerde yeni özelliklere ihtiyaç duyduklarını belirtti. Bu özellikler arasında, bir kübitin dört yerine altı komşusuyla bağlantı kurabilmesini sağlayan altı yönlü bağlantılar ve çipin yüzeyinde daha fazla yönlendirme katmanı yer alıyor. Ayrıca, kübiti uyarılmış durumdan temel duruma sıfırlayan "sıfırlama araçları"na da ihtiyaç duyuldu.
Dial, "Loom ile ilk defa bu özelliklerin tamamını 112 kübitlik bir cihaz üzerinde birlikte test ediyoruz. Ancak, hata toleranslı bellek olarak işlev görmesi için, çipteki bu özelliklerin her bir kopyasının olağanüstü iyi çalışması gerekiyor. Umduğumuz sonuç bu olsa da, gerçekçi olmak gerekirse, bu kadar karmaşık bir cihazda başlangıçta verimlilik düşük olabilir. Bu, bir sonraki yıl çıkacak Kookaburra'dan önce sorunları gidermemizi ve öğrenmemizi sağlamayı amaçlıyor." dedi.
Kookaburra, 2026'da piyasaya sürülmesi beklenen başka bir kavram kanıtlama işlemcisi olacak. IBM temsilcileri, bu işlemcinin, mantık operasyonlarını bellekle birleştiren, kodlanmış bilgiyi depolamak ve işlemek için tasarlanmış ilk modüler tasarımlı QPU olacağını belirtiyor.
Kuantum Avantajına Ulaşmak ve Ötesi
İki yeni QPU'nun piyasaya sürülmesinin yanı sıra IBM, bir kuantum avantaj izleyicisi de oluşturdu. Kuantum avantajı, bir kuantum bilgisayarın klasik bir süper bilgisayarın yeteneklerinin ötesinde problem çözme yeteneğini gösterdiği zamandır.
Kuantum avantajını göstermek zorludur çünkü klasik bilgisayarlar, kuantum sistemleri tarafından ele alınan problemleri kolayca doğrulayamaz veya tekrarlayamaz. İzleyicinin bir parçası olarak başlatılan ilk üç zorluk, "gözlemlenebilir tahminler", "varyasyonel problemler" ve "klasik olarak doğrulanabilir problemler"dir.
Şirket ayrıca, 300 mm'lik (12 inç) bir wafer üzerinde kuantum işlemci üretimi hakkında bir güncelleme sundu. Işığı gökkuşağı renklerinde yansıtan bu büyük disk şeklindeki yarı iletken formatı, her işlemciyi üretme süresini yarıya indirirken, kuantum çiplerinin fiziksel karmaşıklığında 10 kat artış sağlıyor.
Bu wafer'ları üretmek için uzun silikon silindirleri ince disklere ayrılıyor ve mühendisler elektrik devreleri tasarlamak için yazılım kullanıyor. Otomatik makineler daha sonra bu devreleri silikon üzerine kazıyor, yeni metaller biriktiriyor ve wafer'ları işleyerek disk üzerinde bilgisayar çipleri için dikdörtgen bir ızgara oluşturuyor. Mühendisler birden fazla wafer türü üretiyor ve ardından ek işlem adımlarını tamamlıyor. Bu parçalar katmanlanıp 3D bir yığın halinde birleştiriliyor ve kontrol elektroniğine bağlanıyor.
IBM bilim insanları, şirketin kuantum yol haritasına göre, 2029 yılına kadar ilk hata toleranslı kuantum hesaplama çipi olan Starling'i ve 2033 yılına kadar 2.000 kübitlik devasa Blue Jay çipini sunmayı umuyor.
