Foton tabanlı Kuantum Bilgisayar, sıradan bilgisayarların asla yapamayacağı bir hesaplama yapmakta. Çin'deki bir ekip, kuantum bilgisayarlarla ilgili ilk kesin gösterimi yaptıklarını iddia etti. Klasik bilgisayarlarda hesaplamalar yavaş bir şekilde gerçekleşirken Kuantum Bilgisayar, klasik bilgisayarlara karşı sezgisel işleyişten yararlanıyor. Çinli ekip Kuantum Bilgisayarlarının, Google'ın Kuantum Bilgisayarı'ndan (Sycamore) daha hızlı olduğunu iddia etti.
Normal bilgisayarlarda pratikte imkânsız olarak görülen matematiksel işlemleri yapmak için lazer ışığı demetleri kullandı. Çinli ekip ürettikleri bilgisayarda Dünya'nın yaşının yarısı kadar sürecek bir sürede birkaç dakika içinde işlem yapmayı başardı. Google'ın geçen yıl gerçekleştirdiği ilk kuantum avantajı gösterisinin aksine bu gösteride; herhangi bir klasik bilgisayar tarafından neredeyse gerçekleştirilemeyecek bir performansa imza atıldı. Sonuçlar 3 Aralık’ta Science dergisinde yayımlandı.
Hefei'deki Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi'nden Jian-Wei Pan, "Işığın temel birimi olan fotonları, kuantum hesaplama gücünü klasik muadilinin çok ötesinde göstermek için kullanabileceğimizi gösterdik" dedi. Bozon örnekleme problemi olarak gerçekleştirdikleri hesaplamanın sadece kuantum avantajını göstermek için uygun bir araç olmadığını, aynı zamanda grafik teorisi, kuantum kimyası ve makine öğreniminde potansiyel pratik uygulamalar üzerine de çalışmalar içerdiğini ekledi. Imperial College London'dan Fizikçi Ian Walmsley, "Bu kesinlikle bir kuvvet deneyi ve önemli bir dönüm noktası" açıklamasında bulundu.
Kuantum Bilgisayar Meydan Okuması Kabul Edildi!
Hem akademik hem de kurumsal laboratuvarlardaki ekipler, kuantum avantajını göstermek için yarıştılar. Geçen yıl Kaliforniya’nın Santa Barbara’da yer alan Google’ın laboratuvarındaki araştırmacılar, kuantum hesaplama ve kuantum avantajını ilk kez gösterdiklerini söylemişti. Ultra soğuk sıcaklıklarda tutulan süper iletken devrelerden yapılmış 53 kuantum biti (Kübit) içeren son teknoloji Sycamore cihazını da ayrıca kullandılar. Ancak bazı kuantum araştırmacıları, kuantumdan daha iyi performans gösteren daha iyi bir klasik algoritmanın var olabileceği gerekçesiyle bu iddiaya itiraz ettiler. IBM'deki araştırmacılar, klasik süper bilgisayarlarının prensipte aynı hesaplamaları 2,5 günde yapmak için zaten mevcut algoritmaları çalıştırabileceğini iddia etmişti. Kuantum avantajını ikna edici bir şekilde göstermek için test edilen görev için önemli ölçüde daha hızlı bir klasik yöntemin bulunma olasılığı bir hayli düşük.
Jian-Wei Pan ve Chao-Yang Lu liderliğindeki Hefei ekibi, gösterimleri için bozon örneklemesi adı verilen farklı bir problem seçti. 2 bilgisayar bilimcisi Scott Aaronson ve Alex Arkhipov tarafından 2011 yılında ilk olarak ve daha sonra Cambridge'deki Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nde tasarlanan kuantum dalgaları; parçacıkların konumunu esasen rastgele hale getirecek şekilde birbirine müdahale eden birçok bozonun- fotonları içeren bir temel parçacık kategorisi ve olasılık dağılımının hesaplanması gerektiğini ortaya çıkardı. Belirli bir pozisyonda bir bozonu tespit etme olasılığı bilinmeyenli birçok denklem üzerinde hesaplama yapmaya benziyor.
Çin’in Kuantum Bilgisayarı Problemi 200 Saniyede Çözdü
Aaronson ve Arkhipov, onlarca bozon için imkânsız derecede uzun hesaplamaları çözmesi için klasik bir kısayol kullanmadıklarını göstermiş oldu. Bununla birlikte bir Kuantum Bilgisayar, kuantum sürecini doğrudan simüle ederek kaba kuvvet hesaplamasından kaçabilir, bozonların müdahale etmesine ve ortaya çıkan dağılımı örneklemesine izin verebilir. Pan ve meslektaşları bunu yapmak için fotonları kübitleri kullanmayı seçtiler. Görevi oda sıcaklığında çalışan bir fotonik Kuantum Bilgisayarda gerçekleştirdiler.
Araştırmacılar, lazer darbelerinden başlayarak uzaysal konumdaki bilgileri ve belirli foton durumlarının polarizasyonunu- fotonların elektromanyetik alanların yönünü- kodladılar. Bu durum daha sonra birbirine müdahale etmek ve çıktıyı temsil eden foton dağılımını oluşturmak için bir araya getirildi. Ekip, bu dağılımı ölçmek için tek fotonları kaydedebilen fotodedektörler kullandı ve bu da aslında klasik olarak gerçekleştirilmesi çok zor olan hesaplamaları kodladı. Bu şekilde Pan ve meslektaşları, bozon örnekleme sorununa 200 saniyede çözüm buldu. Çin’in TaihuLight süper bilgisayarında hesaplamanın 2,5 milyar yıl alacağı tahmin ediliyor.
“Kuantum Bilgisayarlar, Klasik Bilgisayarları Toz İçinde Bırakacak”
Kanada'danın Toronto şehrinde yer alan Xanadu'nun Genel Müdürü Christian Weedbrook, "Bu, kuantum avantajının ışık veya fotonik kullanılarak ilk kez gösterilmesi” dedi. Imperial College London'dan Fizikçi Ian Walmsley, “Bu kuantum avantajı iddiasının ikna edici olduğunu söyledi. Deney; Aaronson-Arkiphov planına çok yakın olduğu için daha iyi bir klasik algoritmanın bulunma olasılığı düşük” dedi. Bununla birlikte Christian Weedbrook; Google’ın
Sycamore'unun aksine Çin ekibinin fotonik devresinin programlanabilir olmadığına dolayısıyla bu noktada pratik problemleri çözmek için kullanılamayacağına dikkat çekti. Ancak ekip yeterince verimli programlanabilir bir çip oluşturabilirse birkaç önemli hesaplama sorununun çözülebileceğini de ekledi. Chao-Yang Lu, bunların arasında proteinlerin birbirine nasıl bağlandığını ve moleküllerin nasıl titreştiğini tahmin etmek olduğunu belirtti. Christian Weedbrook, fotonik kuantum hesaplamanın diğer yaklaşımlardan daha geç başladığını, ancak artık potansiyel olarak geri kalana sıçrayabileceğini ifade etti. Her halükârda, "Kuantum bilgisayarların klasik bilgisayarları toz içinde bırakması sadece bir zaman meselesi" diye ekledi.