Yılın sonu, kuantum hesaplama dünyasında şirketlerin önemli kilometre taşlarına ulaştıklarını duyurmak için yarıştığı yoğun bir dönem olma eğilimindedir. Bu yıl da istisna olmadı. Bu duyuruların tamamı ilgi çekici yeni mimariler içermese de, alandaki ilerlemeyi kaydetmek için iyi birer gösterge niteliğindedir ve genellikle alanın ilerlemesi için gereken küçük, aşamalı adımları içerir.
İşte son birkaç haftada dikkatimizi çeken, potansiyel olarak ilginç bulduğumuz bazı duyurulara hızlı bir bakış:
IBM Farkını Ortaya Koyuyor
IBM, bu yıl yepyeni bir mimari duyuran şirketlerden biri. Bu durum, şirketin Haziran ayında böyle bir açıklama yapacağını vaat etmesi göz önüne alındığında hiç de şaşırtıcı değil; bu hafta şirket, yılın başlarında belirttiği iki işlemciyi de ürettiğini doğruladı. Bunlardan biri, IBM'in hata düzeltilmiş mantıksal kübitleri barındırmak için kullanacağı mimariye odaklanan Loon adını taşıyor. Loon, şirket için iki önemli değişikliği temsil ediyor: komşu kübitlere bağlantıların kullanımına geçiş ve uzun mesafeli bağlantıların eklenmesi.
IBM daha önce, birbirini izleyen kübitlerin iki veya üç komşusuna bağlandığı, iç içe geçmiş altıgen yapılar oluşturan "heavy hex" mimarisini kullanıyordu. Loon'da şirket, her kübitin en yakın dört komşusuna bağlantısı olan kare bir ızgara kullanıyor. Bu daha yüksek bağlantı yoğunluğu, hesaplamalar sırasında kübitlerin daha verimli kullanılmasına olanak tanır. Ancak Loon'daki kübitler, IBM'in taahhüt ettiği belirli hata düzeltme türü için gerekli olacak, çipin diğer bölümlerine ek uzun mesafeli bağlantılara sahiptir. Bu, kullanıcıların kritik bir gelecekteki özelliği test etmelerini sağlar.
İkinci işlemci olan Nighthawk, günümüze odaklanıyor. Bu işlemci de komşu kübit bağlantılarına ve kare bir ızgara yapısına sahip, ancak uzun mesafeli bağlantılardan yoksun. Bunun yerine, Nighthawk'ın odak noktası hata oranlarını düşürmek, böylece araştırmacılar kuantum avantajı için algoritmaları test etmeye başlayabilirler - kuantum bilgisayarların klasik algoritmalara göre net bir avantaja sahip olduğu hesaplamalar.
Ek olarak şirket, klasik ve kuantum algoritmaları için kod ve performans verilerini topluluğun yatırabileceği, göreceli performansı titizlikle değerlendirmeye olanak tanıyan bir GitHub deposu başlattı. Şu anda bu veriler, IBM'in doğrulanabilir bir kuantum avantajı göstermesi en olası üç algoritma kategorisine ayrılmıştır.
Bu, IBM'in Haziran ayındaki duyurusunun tek devamı değil; şirket aynı zamanda mantıksal kübitlerindeki hataları belirlemek ve bunları düzeltmek için gerekli düzeltmeleri yapacak algoritmayı da açıklamıştı. Ekim sonlarında şirket, algoritmanın AMD ile işbirliği içinde üretilen bir FPGA üzerinde çalıştırıldığında gerçek zamanlı olarak çalışabildiğini doğruladığını bildirdi.
Rekor Seviyede Düşük Hata Oranları
Birkaç yıl önce, Oxford Ionics adlı bir şirketi haberleştirmiştik. Bu şirket, tuzaklanmış iyonları kullanarak bazı kübit işlemlerinde rekor düşük hata oranına ulaştığını duyurmuştu. Çoğu tuzaklanmış iyon kuantum bilgisayarı, elektromanyetik alanları manipüle ederek kübitleri hareket ettirir, ancak hesaplama işlemlerini lazerler kullanarak gerçekleştirir. Oxford Ionics, işlemleri elektromanyetik alanlar kullanarak gerçekleştirmenin bir yolunu buldu; bu da işlemcilerinin daha fazlasının, devreyi hassas bir şekilde üretme yeteneğimizden faydalanabileceği anlamına geliyordu (lazerler hala kübitlerin okunması gibi görevler için gerekliydi). Ve belirttiğimiz gibi, bu hesaplama işlemlerini son derece etkili bir şekilde gerçekleştirebiliyordu.
Ancak Oxford Ionics, teknolojisini daha ayrıntılı olarak açıklamak için bize iyi bir bahane verecek büyük bir duyuru hiç yapmadı. Şirket sonunda tuzaklanmış iyon alanında bir rakip olan IonQ tarafından satın alındı.
Şimdi IonQ, Oxford Ionics'ten elde ettiklerini temel alarak, iki kübit kapıları için %99,99'un üzerinde bir fidelite ile yeni, rekor seviyede düşük hata oranı duyurdu. Bu, şirket için kritik olabilir, çünkü donanım kübitleri için düşük bir hata oranı, hata düzeltilmiş kübitlerden iyi performans elde etmek için daha az kübitin yeterli olması anlamına gelir.
Ancak iki kübit kapılarının ayrıntıları, hata oranından belki de daha ilginç. İki kübit kapıları, her iki kübiti de yakın mesafeye getirmeyi içerir; bu da genellikle onları hareket ettirmeyi gerektirir. Bu hareket, sisteme bir miktar enerji pompalar, iyonların sıcaklığını yükseltir ve onları hatalara karşı biraz daha duyarlı hale getirir. Sonuç olarak, iyonların herhangi bir hareketi genellikle soğutmayı takip eder; bu soğutmada, lazerler enerjiyi kübitlerden geri çekmek için kullanılır.
Bu süreç, iki ayrı soğutma adımını içerir ve yavaştır. O kadar yavaştır ki, işlemlerde harcanan zamanın üçte ikisi kadar süreyi donanım, yeni hareket ettirilmiş iyonların tekrar soğumasını bekleyerek geçirir. Yeni IonQ duyurusu, iyonların tamamen soğumasını gerektirmeyen iki kübit kapısı gerçekleştirme yöntemini içeriyor. Bu, iki soğutma adımından birinin tamamen atlanmasına olanak tanır. Aslında, bir kübit kapılarıyla ilgili önceki çalışmalarla birleştirildiğinde, tüm makinenin hala çok soğuk ama biraz daha yüksek bir sıcaklıkta çalışabilmesi olasılığını artırır, bu da iki soğutma adımından birine olan ihtiyacı ortadan kaldırır.
Bu, işlem sürelerini kısaltacak ve araştırmacıların bir kuantum sisteminin koherans sınırına ulaşmadan önce daha fazlasını yapmasına olanak tanıyacaktır.
Son Teknoloji mi?
Son duyuru, başka bir tuzaklanmış iyon şirketi olan Quantum Art'tan geliyor. Birkaç hafta önce, donanımındaki işlemler için daha verimli bir derleyici ile sonuçlanan Nvidia ile bir işbirliği duyurdular. Tek başına bu, özellikle ilginç değil. Ancak not etmeye değer bir eğilimin bir örneğidir ve tuzaklanmış iyon hesaplamalarının verimliliğini artırmak için farklı bir yaklaşım benimseyen Quantum Art'ın teknolojisine bakmamız için bize bir fırsat sunuyor.
İlk olarak eğilim: Nvidia'nın kuantum hesaplamalarına ilgisi. Şirket, kuantum yönleriyle (en azından kamuoyu önünde) ilgilenmiyor; bunun yerine, yüksek performanslı hesaplama alanında daha fazla yer edinme fırsatı görüyor. GPU'ların hesaplama kapasitesinin rol oynayabileceği üç alan var. Biri, kullanıcıların gerçek bir sisteme erişim ödemeye karar vermeden önce algoritmaların ilk testini yapmalarını sağlayan kuantum işlemcilerin küçük ölçekli modellemesidir. Bir diğeri, Quantum Art'ın duyurduğu şey: GPU'ları, belirli bir kuantum donanımında bir algoritmanın yürütülmesinin daha verimli yollarını bulmak için gereken tüm hesaplamaları yapmak üzere bir derleyici zincirinin parçası olarak kullanmak.
Son olarak, hata düzeltmede potansiyel bir rol var. Hata düzeltme, birkaç donanım kübitinin dolaylı ölçümlerini içerir ve daha büyük bir koleksiyonun (mantıksal kübit adı verilir) hangi durumda olduğunu belirlemeyi amaçlar. Bu, gerçek zamanlı olarak bir kuantum sistemini modellemeyi gerektirir ve bu da oldukça zordur - bu nedenle Nvidia'nın karşılamayı umduğu hesaplama talepleri. Tam rolü ne olursa olsun, Quantum Art'ınkine benzer şekilde sürekli bir duyuru akışı olmuştur: kuantum teknolojisi yaygınlaşırsa şirketin donanımının dahil olmasını sağlayacak bir Nvidia ortaklığı.
Quantum Art'ın durumunda, bu teknoloji biraz sıra dışı. Şimdiye kadar ele aldığımız tuzaklanmış iyon şirketleri, aynı yere farklı yollarla ulaşıyorlar: bir veya iki iyonu işlemlerin gerçekleştirilebileceği bir yere hareket ettirmek ve ardından bir veya iki kübit kapıları çalıştırmak. Quantum Art'ın yaklaşımı, çok daha büyük iyon koleksiyonlarıyla kapılar gerçekleştirmektir. Derleyici düzeyinde, hangi kübitlere belirli bir işlemin yapılması gerektiğini belirlemek, onları bir araya getirmek ve hepsini bir anda yapmak gibi olacaktır. Açıkçası, burada potansiyel verimlilik artışları var.
Ancak bu kümeleri oluşturmak için bu kadar çok kübiti hareket ettirmek normalde zorluk yaratır. Fakat Quantum Art, iyonları bir satırda "sabitlemek" için lazerler kullanır, böylece sağdakileri soldakilerden izole ederler. Her küme daha sonra ayrı ayrı işlenebilir. İşlemler arasında, pimler yeni konumlara taşınarak bir sonraki işlem seti için farklı kümeler oluşturulabilir. (Quantum Art her iyon kümesine "çekirdek" adını veriyor ve bunu çok çekirdekli kuantum hesaplama olarak sunuyor).
Şu anda Quantum Art, kübit sayısı ve ilginç gösteriler gerçekleştirme açısından bazı rakiplerinin gerisinde ve o kadar hızlı ölçekleneceğini taahhüt etmiyor. Ancak şirketin kurucuları, bu kadar çok bireysel işlemi yapmanın ve bu kadar çok iyonu hareket ettirmenin karmaşıklığının bu rakiplerle yetişeceğine, çoklu kübit kapılarının ek verimliliğinin ise daha iyi ölçeklenmesine olanak tanıyacağına inanıyor.
Bu, bu sonbahardan gelen tüm duyuruların sadece küçük bir örneğidir, ancak alanın ne kadar hızlı ilerlediği hakkında size bir fikir vermelidir - teknoloji gösterimlerinden, kuantum donanımının gerçek bir avantaja sahip olduğu durumları belirlemeye ve bu ilk başarıların ötesinde ilerlemeyi sürdürmenin yollarını keşfetmeye kadar.
