Amazon Web Services, bugün önemli bir duyuru gerçekleştirdi ve ilk kuantum bilgi işlem çipini geliştirdiğini açıkladı.
Bu önemli çip hakkında Amazon’dan gelen resmi açıklama şöyle oldu: “Amazon Web Services (AWS), kuantum hata düzeltme maliyetlerini yüzde 90’a kadar azaltabilen birinci nesil kuantum bilgi işlem çipi Ocelot’u geliştirdiğini duyurdu. California Teknoloji Enstitüsü AWS Kuantum Bilgi İşlem Merkezi’ndeki ekip tarafından geliştirilen bu çip, herhangi bir geleneksel bilgisayarın çözemeyeceği ticari ve bilimsel sorunları çözebilen, hata toleranslı kuantum bilgisayarlar oluşturma yarışında önemli bir adımı temsil ediyor. Kuantum bilgisayarlar, kriptografiden asal malzemelerin geliştirilmesine kadar geniş bir yelpazede toplumda ve teknolojide büyük ilerlemeler sağlama potansiyeline sahip. Bugün kullanılan geleneksel veya ‘klasik’ bilgisayarlar ile kuantum bilgisayarlar arasındaki temel fark, klasik bilgisayarların en temel dijital bilgi birimi olan ve genellikle 1 veya 0 değeri ile temsil edilen bitleri kullanması. Ancak kuantum bilgisayarlar hesaplama yapmak için kuantum bitlerini veya ‘kübitleri’ (genellikle elektronlar veya fotonlar gibi temel parçacıklar) kullanıyor. Bilim adamları, kübitin aynı anda hem 1 hem de 0 değerini taşıması anlamına gelen ‘kuantum durumunu’ manipüle etmek için hassas bir şekilde zamanlanmış ve ayarlanmış elektromanyetik darbeler uygulayabiliyor. Bu işlem birçok kübit üzerinde gerçekleştirildiğinde bir kuantum bilgisayarın bazı önemli sorunları klasik bir bilgisayarın yapabileceğinden çok daha hızlı bir şekilde çözmesine olanak tanıyor.
Kuantum bilgisayarlarla ilgili en büyük zorluklardan biri, ortamlarındaki en küçük değişikliklere veya ‘gürültüye’ karşı inanılmaz derecede hassas olmaları. Titreşimler, ısı, cep telefonlarından ve WIFI ağlarından gelen elektromanyetik parazitler ve hatta uzaydan gelen kozmik ışınlar ve radyasyon, kübitleri kuantum durumlarından çıkararak gerçekleştirilen kuantum bilgi işleminde hatalara neden olabiliyor. Bu durum, yüksek karmaşıklıkta, güvenilir ve hatasız hesaplamalar yapabilen kuantum bilgisayarlar oluşturmayı son derece zorlaştırıyor.
Kuantum hata düzeltme, kuantum bilgilerini çevreden korumak için ‘mantıksal kübitler’ olarak adlandırılan birden çok kübit üzerinde özel bir kuantum bilgisi kodlaması kullanıyor. Bu aynı zamanda hataların oluştukları anda tespit edilmesini ve düzeltilmesini de sağlıyor. Ne yazık ki kuantum hata düzeltme, gerekebilecek kübit sayısının fazlalığı nedeniyle potansiyel olarak büyük bir maliyeti de beraberinde getiriyor.
AWS, kuantum hata düzeltmeyi verimli ve etkili bir şekilde uygulamak için Ocelot’un mimarisini sıfırdan tasarladı. Ocelot, kuantum hata düzeltme için gereken kaynakları geleneksel yaklaşımlara kıyasla 5-10 kat azaltma potansiyeline sahip. Adını ünlü Schrödinger’in kedisi deneyinden alan, kedi kübitleri adı verilen bir tür kübit teknolojisi kullanıyor. Kedi kübitleri, belirli hata türlerini bastırarak yapılması gereken kuantum hata düzeltmesini basitleştiriyor ve azaltıyor. AWS, Ocelot’u geliştirerek elektronik endüstrisi süreçleri ile üretilebilecek bir mikroçipe kedi kübiti teknolojisini ve kuantum hata düzeltme bileşenlerini entegre edebileceğini gösterdi.
AWS Kuantum Donanımı Başkanı Oskar Painter, “Pratik kuantum bilgisayarlar yapacaksak, öncelikle kuantum hata düzeltmeden başlamamız gerektiğine inanıyoruz. Ocelot ile bunu yaptık. Mevcut bir mimariyi alarak buna hata düzeltmeyi dahil etmeye çalışmadık. Kübitimizi ve mimarimizi seçerken kuantum hata düzeltmeyi en önemli gereksinim olarak belirledik,” dedi. Painter ve ekibi, Ocelot’u “dönüştürücü toplumsal etki yaratabilecek tam teşekküllü bir kuantum bilgisayara” ölçeklendirmek için, standart olarak kuantum hata düzeltme yaklaşımlarıyla ilişkilendirilen kaynakların onda birini kullanmanın yeterli olacağını tahmin ediyor.
AWS bilim insanları, Ocelot’un mantıksal kübit düzeyinde bilgiyi ne kadar iyi depolayabildiğini ve saklayabildiğini incelemek için deneyler yaptı. Bu deneyler hem hata oranını hem de yaklaşımın ölçeklenebilirliğini incelemek için hata düzeltme işleminin tekrar tekrar uygulanarak test edilmesini içeriyordu. Painter, “Bu, algoritma çalıştırdığımız bir iş yükü değildi. Kuantum bilgisini ne kadar süre depolayabileceğini görmek için çipi tekrar tekrar ölçtük. Açıkçası, bu testleri yapmadan önce, bu mimarinin ve kedi kübiti yaklaşımının performansı koruyarak ölçeklenebilir olup olamayacağı konusunda şüphelerim vardı. Ocelot ile gördüklerimizden sonra bu yaklaşımın uygulanabilir olduğuna ikna oldum ve daha büyük, daha performanslı sistemler oluşturma aşamasında önemli teknik faydalar sağlayacağını düşünüyorum.” dedi.
Ocelot, pratik kuantum bilgi işlem çağına düşündüğümüzden daha kısa sürede ulaşmamıza yardımcı olabilir. Ancak umut verici bir başlangıç olsa da, hâlâ sadece bir laboratuvar prototipi. AWS, bu alandaki yaklaşımını geliştirmeye devam edecek. Painter konuyla ilgili şunları söyledi: “Birkaç ölçeklendirme aşamasını daha geçmemiz gerekiyor ve üstesinden gelmemiz gereken bir dizi mühendislik zorluğu bulunuyor. Bu, aşılması çok zor bir sorun ve bir yandan temel araştırmalara yatırım yapmaya devam ederken bir yandan da akademide yapılan önemli çalışmalarla bağlantıda kalmamızı ve onlardan öğrenmeyi sürdürmemizi gerektiriyor. Şu anda görevimiz, kuantum bilgi işlem yığınında inovasyon yapmaya devam etmek, doğru mimariyi kullanıp kullanmadığımızı incelemeyi sürdürmek ve bu öğrendiklerimizi mühendislik çalışmalarımıza dahil etmek. Buna sürekli bir iyileştirme ve ölçeklendirme döngüsü diyebiliriz.”
