Google‘ın kuantum yapay zeka araştırmacıları, kullanılan kübit sayısını artırarak kuantum hesaplamalarındaki hataları azaltmanın mümkün olduğunu ortaya çıkardı. Bu kulağa basit geliyor olabilir ancak kuantum sistemleriyle uğraşırken işler normal bilgisayarlardan çok farklı ilerliyor. Google’ın attığı bu adım kuantum bilgisayarlar için bir dönüm noktası olarak nitelendiriliyor.

Google’daki fizikçiler, kullanışlı bir kuantum bilgisayara giden yolda ikinci kilometre taşı olarak tanımladıkları noktaya ulaştıklarını bildirdi. Kaliforniya, Santa Barbara’daki laboratuvarda araştırmacılar kuantum kodlarını büyüterek hesaplamalardaki hata oranını düşürebileceklerini keşfettiler.

Nature dergisinde 22 Şubat’ta yayınlanan bu başarı, Google kuantum bilgisayarının sıradan bir bilgisayarda binlerce yıl sürecek bir hesaplamayı çok kısa sürede gerçekleştirerek ‘kuantum avantajı’ elde ettiği ünlü 2019 deneyinden sonraki en büyük atılım niteliğinde. Bu başarıya giden yol da tıpkı ilk başarı gibi son derece zorlu.

Kuantum bilgisayarlarda devrimsel adım

Google CEO’su Sundar Pichai’nin de vurguladığı gibi, kübitler o kadar hassastır ki başıboş bir ışık gibi küçücük bir şey bile hesaplama hatalarına neden olabilir. Dolayısıyla en iyi kuantum algoritmalarının bugün sahip olduğumuzdan çok daha düşük hata oranları gerektirdiği düşünüldüğünde, kuantum bilgisayarların anlamlı bir geleceğe sahip olması için hatalar, üstesinden gelinmesi gereken bir sorun olarak görülüyor. İşte bu noktada kuantum hata düzeltme devreye giriyor.

Pichai, kuantum hata için “mantıksal bir kübit” oluşturarak bilgiyi birden fazla fiziksel kübit boyunca kodlanmasını, bu nedenle yayılan bilgi sayesinde daha düşük hata oranlarına sahip olunabileceğine inanıyordu. Bu inancı Google’ın araştırmacıları tarafından resmen onaylandı.

Yapılan laboratuvar testlerinde Google, 49 fiziksel kübitten oluşan mantıksal bir kübit oluşturdu. Yapılan simülasyonlarda 17 kübitle çalışan bir kuantum bilgisayarına karşı mantıksal kübitin olduğu sistem daha iyi performans gösterdi. Bu da ekibe kuantum hata düzeltmenin sadece teoride değil pratikte de işe yaradığını gösterdi.

Hollanda’daki Delft Teknoloji Üniversitesi’nde kuantum hata düzeltme konusunda uzmanlaşmış bir teorik fizikçi olan Barbara Terhal, “Google’ın başarısı etkileyici, çünkü büyük kod boyutuyla daha iyi performans elde etmek çok zor” ifadelerini kullandı. Google araştırmacıları ise, iyileşmenin hala küçük olduğunu ve hata oranının çok daha fazla düşmesi gerektiğini söylüyor.

Detay arayanlar için: Kuantum hataları düzeltme

Bu içeriği yazdığım bilgisayarlar gibi tüm bilgisayarlar hatalara maruz kalır. Sıradan bir bilgisayar çipi bilgiyi bitler halinde (0 ya da 1’i temsil edebilir) depolar ve bilginin bir kısmını yedek ‘hata düzeltme’ bitlerine kopyalar. Bir hata çip olduğunda bu sayede sorunu otomatik olarak tespit edip düzeltebilir.

Ancak kuantum bilgisayarlarda bu durum mümkün değil. Kuantum bilgisayarlar, ‘0’ ve ‘1’ durumlarının bir karışımı halinde bulunabilen kübit adı verilen kuantum durumlarına dayanır. Bu süperpozisyon nedeniyle bilgiyi basitçe yedek kübitere kopyalamak imkansız oluyor.

Ancak teorisyenler bu sorunu çözmek için ayrıntılı ‘kuantum hata düzeltme‘ şemaları geliştirdiler. Bunlar mantıksal kübit olarak adlandırılan bir bilgi kübitinin tek bir kübit yerine fiziksel kübitlerden oluşan kodlanmalara dayanıyor. Yani basitçe kübit sayısı artırılıyor diyebiliriz. Artan kübit sayısı ve mantıksal kübitler ile hataların tespiti ve giderimi daha iyi hale getiriliyor. Bu durum ölçeklenebilir olduğu için de önemli bir avantaj elde edilmiş oluyor. Ancak daha fazla fiziksel kübit eklemek aynı anda bir hatadan etkilenme olasılığını da artırıyor. Araştırmacılar bu durumu test edebilmek için 17 kübit ve 49 kübitli iki sistemin aynı hatayı giderme performansına baktı. Sonuç olarak 49 kübit kullanan sistem biraz daha iyi performans gösterdi.

Google için gidilecek çok daha uzun bir yol var. Google kendisi için 6 temel mihenk taşından oluşan bir kuantum bilişim yol haritası belirledi. İlk mihenk taşı “kuantum avantajı” olarak bilinen 2019 deneyiydi. İkincisi yapılan hata düzeltme başarısıydı. Google altıncı mihenk taşı için kodlanmış 1000 mantıksal kübiten ve 1 milyon fiziksel kübitten oluşan bir makine oluşturmak. Bu noktada Google ticari bir değerden söz etmenin mümkün olacağına inanıyor.