AWS’in yeni çipi Ocelot, hata düzeltmeyi yüzde 90’a kadar azaltmak için ölçeklenebilir bir mimari kullanıyor ve kuantum bilgi işlem uygulamalarının geliştirilmesini hızlandırıyor
Amazon Web Services (AWS), kuantum hata düzeltme maliyetlerini mevcut yaklaşımlara kıyasla yüzde 90'a kadar azaltabilen yeni bilgi işlem çipi Ocelot'u geliştirdiğini duyurdu.
California Teknoloji Enstitüsü AWS Kuantum Bilgi İşlem Merkezi'ndeki ekip tarafından geliştirilen Ocelot, günümüzün geleneksel bilgisayarlarının çözemeyeceği ticari ve bilimsel sorunları çözebilen, hata toleranslı kuantum bilgisayarlar oluşturma yolunda önemli bir atılım olma özelliği taşıyor.
AWS, kuantum hata düzeltmeyi göz önünde bulundurarak Ocelot’un mimarisini sıfırdan tasarladı ve mimaride ‘kedi kübitleri’ kullandı.
Adını ünlü Schrödinger'in kedisi deneyinden alan kedi kübitleri, belirli hata türlerini bastırarak kuantum hata düzeltme için gereken kaynakları azaltıyor.
AWS araştırmacıları, Ocelot ile geliştirdikleri bu yeni yaklaşım sayesinde elektronik endüstrisi süreçleri ile ölçeklenebilir bir şekilde üretilebilecek bir mikroçipe ilk kez kedi kübiti teknolojisini ve kuantum hata düzeltme bileşenlerini entegre etmiş oldu.
Tarih, bilgi işlem alanındaki önemli ilerlemelerin donanım bileşenlerinin temelden yeniden düşünülmesi ile sağlandığını gösteriyor. Çünkü bu durum, maliyet, performans ve hatta yeni bir teknolojinin uygulanabilirliği üzerinde önemli bir etkiye sahip olabiliyor.
Bilgisayar devrimi, transistörün vakum tüplerinin yerini alması sonucu gerçek anlamda başladı ve oda büyüklüğündeki bilgisayarlar küçültülerek günümüzün kompakt ve çok daha güçlü, güvenilir ve düşük maliyetli dizüstü bilgisayarlarına dönüştürüldü.
Bu nedenle ölçeklenebilmek için doğru yapı taşlarını seçmek büyük önem taşıyor ve AWS’in bu duyurusu, pratik, hata toleranslı kuantum bilgisayarlar geliştirme yolunda önemli bir adımı temsil ediyor.
AWS Kuantum Donanımı Direktörü Oskar Painter konuyla ilgili şunları söyledi:
“Kuantum araştırmalarındaki son ilerlemelerle birlikte artık pratik, hata toleranslı kuantum bilgisayarların gerçek dünyada kullanılıp kullanılamayacağını değil ne zaman kullanılacağını konuşmaya başlıyoruz. Ocelot, bu yolda atılmış önemli bir adım.
Gelecekte, Ocelot mimarisiyle oluşturulan kuantum çipleri, hata düzeltme için gereken kaynakların büyük ölçüde azaltılması sayesinde mevcut yaklaşımların beşte biri maliyete sahip olabilir. Somut olarak, bunun pratik bir kuantum bilgisayara giden zaman çizelgemizi beş yıl kadar hızlandıracağına inanıyoruz.”
AWS bilim insanları, bulgularını Nature dergisinde bir araştırma makalesi olarak yayınladı. Ocelot hakkında daha teknik bir makaleye Amazon Science web sitesinden ulaşabilirsiniz.
Kuantum bilgi işlemin en ön büyük zorluğu:
Kuantum bilgisayarlarla ilgili en büyük zorluklardan biri, ortamlarındaki en küçük değişikliklere veya 'gürültüye' karşı inanılmaz derecede hassas olmalarıdır.
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. Painter, “En büyük zorluk daha fazla kübit oluşturmak değil, onları güvenilir bir şekilde çalıştırabilmek” dedi.
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, doğru sonuçlar elde etmek için gereken kübit sayısının büyüklüğü göz önüne alındığında, kuantum hata düzeltmeye yönelik mevcut yaklaşımlar büyük bir maliyetle birlikte geliyor, bu da onları neredeyse imkansız hale getiriyor.
Kuantum hata düzeltmeye yeni bir yaklaşım:
AWS araştırmacıları, kuantum hata düzeltmeyle ile ilgili mevcut sorunları çözmek için Ocelot’u geliştirdi. Ocelot, mimarisine hata düzeltme başından beri dahil olacak şekilde sıfırdan tasarlandı.
Painter, “Diğer araştırmacıların kuantum hata düzeltmeye nasıl yaklaştığını inceledik ve farklı bir yol izlemeye karar verdik.
Mevcut bir mimariyi alarak buna hata düzeltmeyi dahil etmeye çalışmadık. Kübitimizi ve mimarimizi seçerken kuantum hata düzeltmeyi en önemli gereksinim olarak belirledik. Pratik kuantum bilgisayarlar yapacaksak, öncelikle kuantum hata düzeltmeden başlamamız gerektiğine inanıyoruz” 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.
Kuantum hata düzeltmeyi, üretimde aşamasındaki kalite kontrol süreci olarak düşünebilirsiniz; tüm kusurları yakalamak için 10 kontrol noktası yerine yalnızca bir kontrol noktasının yeterli olması arasında büyük fark var.
Başka bir deyişle, aynı sonuca daha az kaynakla ve genel olarak iyileştirilmiş bir üretim süreciyle ulaşabildiğinizi düşünün. Ocelot gibi yaklaşımlar, ihtiyaç duyulan kaynak miktarı azaltarak kuantum bilgisayarların daha küçük, daha güvenilir ve daha düşük maliyetlerle üretilmesi sağlayabilir.
Tüm bunlar, kuantum bilgi işlemin yeni ilaçların daha hızlı keşfedilmesi ve geliştirilmesi, yeni malzemelerin üretimi ve finansal piyasalardaki risk ve yatırım stratejileri hakkında daha doğru tahminlerde bulunma yeteneği gibi alanlara daha hızlı entegre edilmesini sağlayabilir.
Bilim kurguyu gerçeğe dönüştürme:
Ocelot umut verici bir başlangıç olsa da hâlâ sadece bir prototip. AWS, kuantum araştırmalarına yatırım yapmaya ve yaklaşımını geliştirmeye devam edecek.
AWS, x86 sistemlerini (merkezi işlem birimleri için yaygın olarak kullanılan bir bilgisayar mimarisi) güvenli ve güvenilir bir şekilde büyük ölçekte çalıştırmak için yıllarca süren bir geliştirme ve öğrenme sürecinin ardından Graviton’u bulutun önde gelen çipi haline getirdi ve kuantum bilgi işlem için de benzer bir yaklaşımı benimsiyor. Painter, “Daha yeni başlıyoruz ve geçmemiz gereken birkaç ölçeklendirme aşaması daha 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” şeklinde konuştu.
Kuantum bilgi işleme nasıl başlayabilirsiniz:
Müşteriler, AWS’deki Amazon Braket ile kuantum bilgi işlemi denemeye bugün başlayabilir. Amazon Braket, bilim insanlarının, geliştiricilerin ve öğrencilerin üçüncü taraf kuantum bilgi işlem donanımları, yüksek performanslı simülatörler ve kuantum bilgi işleme başlamayı kolaylaştıran farklı yazılım araçlarıyla çalışmasına olanak tanıyan tam olarak yönetilen bir kuantum bilgi işlem servisi.
Ocelot hakkında kısa bilgiler:
Ocelot, AWS'in kuantum hata düzeltme mimarisinin etkinliğini test etmek için tasarlanmış bir prototip kuantum bilgi işlem çipi
İki entegre silikon mikroçipten oluşuyor.
Her çip yaklaşık 1 cm²’lik bir alana sahip. Çipler, elektrikle bağlı bir çip yığınında üst üste yerleştirilmiş olarak bulunuyorlar.
Her silikon mikroçipin yüzeyinde, kuantum devresi elemanlarını oluşturan ince süper iletken malzeme katmanları bulunuyor.
Ocelot çipi 14 temel bileşenden oluşuyor: 5 veri kübiti (kedi kübitleri), veri kübitlerini stabilize etmek için 5 'tampon devre' ve veri kübitlerindeki hataları tespit etmek için 4 ek kübit.
Kedi kübitleri, bilgi işlem için kullanılan kuantum durumlarını depoluyor.
Bunu yapmak için, sabit aralıklarla tekrarlayan bir elektrik sinyali üreten, osilatör adı verilen bileşenler kullanıyorlar.
Ocelot'un yüksek kaliteli osilatörleri, Tantal adı verilen süper iletken ince film bir malzemeden yapıldı. AWS malzeme bilimcileri, osilatörlerin performansını artırmak için Tantal'ı silikon çip üzerinde işlemenin özel bir yöntemini geliştirdiler.
Kuantum bilgisayarlar nasıl çalışıyor?
Kuantum bilgisayarlar, kriptografiden asal malzemelerin geliştirilmesine kadar geniş bir yelpazede toplumda ve teknolojide büyük ilerlemeler sağlama potansiyeline sahip.
Bugün kullandığımız 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 insanları, 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 gerçekleştirildiğine bir kuantum bilgisayarın bazı önemli sorunları klasik bir bilgisayarın yapabileceğinden çok daha hızlı bir şekilde çözmesine olanak tanıyor.
