Kuantum bilişimin ilerleme çabaları, klasik bilişimin de sınırlarını zorluyor ve bu geleneksel sistemlerin henüz işini bitirmediğini gösteriyor.
Özel olarak ayarlanmış bir klasik bilgisayar sistemi, kuantum bilgisayarlar olmadan imkansız olduğu düşünülen bir fizik problemini çözmeyi başardı.
Bu problem, küçük atom altı düzeydeki mıknatısların kaotik bir şekilde konumlandığı bir madde hali olan spin glass simülasyonuydu.
Spin glasslar aynı zamanda kuantum doğasına sahiptir ve üst üste binme (süperpozisyon) durumunda bulunurlar; bu da olası hizalanmaların belirsiz bir birleşimi anlamına gelir.
Geçtiğimiz yıl, araştırmacılar D-Wave Advantage2 kuantum bilgisayarını kullanarak bir kuantum spin glass sistemini modellemişlerdi. O dönemde bunun yalnızca kuantum sistemleri tarafından yapılabilecek etkileyici bir başarı olduğu iddia edilmişti.
Şimdi ise ABD'deki Flatiron Enstitüsü'nden bir ekip, klasik bir bilgisayar kurulumuyla benzer sonuçlara ulaştı. Bu başarıdaki kilit yenilik, gerekli matematiksel yükü daha verimli bir şekilde işleyen yeni sıkıştırma algoritmaları oldu.
Fizikçi Joseph Tindall, "Bu, çok etkili olabilen çok güçlü bir sıkıştırma, ancak oldukça karmaşık bir matematiksel nesne," diyor.
Tindall, "Bu gerçekten bir sınır bölgesi çünkü bu nesnelerle, özellikle üç boyutlu olarak çalışmak oldukça az keşfedilmiş bir alan," diye ekliyor.
Tindall ve Flatiron Enstitüsü ekibi, klasik bilgisayarların kapasitesini geliştirmek için akıllıca yollar bulma konusunda oldukça yetenekli görünüyor. 2024'te klasik bilişimin yapabileceklerine dair beklentileri yıkarak bunu başarmışlardı ve şimdi tekrar başardılar.
Bu son zorluğun önemli bir kısmı, spin glassların kuantum dolanıklık (entanglement) sergilemesidir. Bu, malzemedeki düzensiz mıknatısların giderek karmaşıklaşan şekillerde birbirine 'bağlı' olması anlamına gelir. Sistem büyüdükçe, bunu takip etmek için gereken sayısal işlem miktarı üstel olarak artar.
Çözüm ise tensör ağları oldu: Sistemdeki en temel bağlantılara odaklanarak her şeyin çıkarılabileceği bir yöntem. Bu yaklaşım, bir sabit diskteki sıkıştırılmış zip dosyasına benzer şekilde gereksiz bilgileri temizliyor.
Tensör ağları, simülasyondan bilgi çıkaran inanç yayılımı (belief propagation) olarak bilinen eski bir algoritmayla birleştirildi. Tensör ağları gibi, inanç yayılımı da inanılmaz derecede verimlidir; o kadar verimlidir ki, ilk hesaplamaların bazıları normal bir dizüstü bilgisayarda yapılabilirdi.
Fizikçi Miles Stoudenmire, "Diğer bazı yöntemlere göre biraz daha yaklaşıktır, ancak çok daha ucuzdur ve daha zorlu birçok problem üzerinde doğrudan çalıştırabiliriz," diyor.
Araştırmacıların modellediği daha büyük spin glass geometrileri, standart bir dizüstü bilgisayardan ziyade pahalı, üst düzey bir yonga seti ve ekran kartı gerektirse de, hala geleneksel anlamda çok klasik bir bilgisayar kullanıyorlardı.
Ve ekibin yürüttüğü simülasyonlar, silindirik, elmas ve kübik kafes yapılarına sahip spin glass sistemleri için kuantum bilgisayar tarafından elde edilen sonuçlar kadar iyi, hatta daha iyi sonuçlar gösterdi.
Bu, şüphesiz akıllıca eklenmiş matematiksel yöntemlerle klasik bilişim için bir başarı olarak görülebilir, ancak kuantum bilişim için bir kayıp değildir.
Kuantum bilgisayarların mevcut donanımlara karşı gerçekten avantaj sağladığı (ve sağlamadığı) alanları anlamak, gelecekteki araştırmaları odaklamaya yardımcı olacaktır.
Ayrıca, klasik bilgisayar sistemlerinin kuantum bilgisayarlar için nasıl kontrol ve destek görevi görebileceğini de gösteriyor.
Kuantum bilişim ve potansiyel yetenekleri hakkında hala birçok soru var ve bu tür çalışmalar, araştırmacıların daha hızlı cevaplara ulaşmasına yardımcı olacaktır.
Tindall, "Klasik ve kuantum bilişim tartışmasının iyi yanı, ilgilendiğimiz simülasyon türü ile yazdığımız kodlar ve bu kuantum bilgisayarlarda gerçekleştirilebilecekler arasında büyük bir sinerji olmasıdır," diyor.
Tindall, "Bu bize rehberlik edebilir ve kuantum bilişim araştırmacılarına da yol gösterebilir, çünkü bizim için belirli şeyleri simüle etmenin giriş engeli, onlar için olduğu kadar zor değil, çünkü bir kuantum bilgisayar inşa etmek zorunda değiliz," diye ekliyor.
Araştırma, Science dergisinde yayınlanmıştır.
