1000’den fazla kübite sahip dünyanın ilk evrensel kuantum bilgisayarı olan IBM CONDOR’un 2023 yılında piyasaya sürülmesi planlanıyor. IBM’in de 2025 yılına kadar 4.000 kübitten fazla kuantum bilgisayar üretmesine yardımcı olabileceğini söylediği yeni bir modüler kuantum işlemci sürüsünün ilki olan Heron’u piyasaya sürmesi bekleniyor.

Kuantum bilgisayarlar teorik olarak klasik bilgisayarların çözmesi uzun sürecek sorunlara hızla yanıt bulabilirken, günümüzün kuantum donanımı hala kübit bakımından yetersiz ve bu da kullanışlılığını sınırlıyor. Kuantum hesaplama için gerekli olan dolanıklık ve diğer kuantum durumları, ısıya ve diğer bozulmalara karşı hassas olmaları nedeniyle son derece kırılgandır ve bu da kübit sayısını artırmayı büyük bir teknik zorluk haline getirmektedir.

Bununla birlikte, IBM kübit sayılarını istikrarlı bir şekilde artırmıştır. 2016 yılında, her biri mutlak sıfıra yakın soğutulmuş bir süper iletken devre olan 5 kübitlik bir cihaz olan ilk kuantum bilgisayarı herkesin deneyebileceği şekilde buluta yerleştirdi. Şirket 2019’da 27 kübitlik Falcon’u; 2020’de 65 kübitlik Hummingbird’ü; 2021’de 100’den fazla kübite sahip ilk kuantum işlemci olan 127 kübitlik Eagle’ı ve 2022’de 433 kübitlik Osprey’i yarattı.

Bu diyagram IBM’in 2023’te (Condor ve Heron), 2024’te (Flamingo ve Crossbill) ve 2025’te (Kookaburra) hazır olmasını beklediği kuantum işlemcileri göstermektedir.

Diğer kuantum bilgisayarlar IBM’in 1.121 kübitlik Condor işlemcisinden daha fazla kübite sahip; örneğin D-Wave Systems 2020’de 5.000 kübitlik bir sistem tanıttı. Ancak D-Wave’in bilgisayarları optimizasyon problemlerini çözmeye yönelik özel makinelerken, Condor dünyanın en büyük genel amaçlı kuantum işlemcisi olacak.

IBM’in kuantum altyapısı direktörü Jerry Chow, “Bin kübit, gerçekten entegre edebileceklerimiz açısından sınırları zorluyor” diyor. Araştırmacılar, Eagle ile başlayan bir stratejiyle, okuma ve kontrol için gereken kabloları ve diğer bileşenleri kendi katmanlarına ayırarak, kübitleri bozulmaya karşı daha iyi koruyabileceklerini ve daha fazla sayıda kübiti bir araya getirebileceklerini söylüyorlar. Chow, “Yukarı doğru ölçeklendirdikçe, ‘Bu şunun üzerinden geçebilir; bu bunun üzerinden geçemez; bu alan bu görev için kullanılabilir’ gibi tasarım kurallarını öğreniyoruz” diyor.

Daha fazla kübite sahip başka kuantum bilgisayarlar da mevcut, ancak Condor dünyanın en büyük genel amaçlı kuantum işlemcisi olacak.

IBM’in 2023 için planladığı diğer kuantum işlemcisi Heron, yalnızca 133 kübit ile Condor’a kıyasla mütevazı görünebilir. Ancak IBM, yükseltilmiş mimarisi ve modüler tasarımının güçlü kuantum bilgisayarlar geliştirmek için yeni bir stratejinin habercisi olduğunu söylüyor. Condor, kübitlerini bağlamak için sabit bağlantı mimarisi kullanırken, Heron, kübitleri taşıyan süper iletken halkalar arasına Josephson bağlantıları ekleyen ayarlanabilir bağlantı mimarisi kullanacak. Bu strateji, kubitler arasındaki çapraz konuşmayı azaltarak işlem hızını artırıyor ve hataları azaltıyor. (Google 53 kübitlik Sycamore işlemcisiyle zaten böyle bir mimari kullanıyor).

Buna ek olarak, Heron işlemcileri birbirleriyle gerçek zamanlı klasik iletişim için tasarlanmıştır. Bu bağlantıların klasik doğası, kuantum işlemcilerin bilindiği türden hesaplama gücü artışları için kübitlerinin Heron çipleri arasında dolanamayacağı anlamına geliyor. Yine de bu klasik bağlantılar, kuantum bilgisayarların klasik bilgisayarlardan yardım alabileceği “circuit-knitting” tekniklerini mümkün kılmaktadır.

Örneğin, IBM araştırmacıları “entanglement forging” olarak bilinen bir teknik kullanarak, moleküller gibi kuantum sistemlerini tipik olarak ihtiyaç duyulanın yalnızca yarısı kadar kübit kullanarak simüle edebileceklerini keşfettiler. Bu yaklaşım bir kuantum sistemini ikiye böler, her bir yarıyı bir kuantum bilgisayarında ayrı ayrı modeller ve daha sonra her iki yarı arasındaki dolaşıklığı hesaplamak ve modelleri birbirine bağlamak için klasik bilgi işlem kullanır.

İşlemciler arasındaki bu klasik bağlantılar yararlı olsa da, IBM sonunda bunların yerini almayı planlıyor. Şirket 2024 yılında, kısa menzilli kuantum iletişim bağlantılarıyla birbirine bağlanan üç mikroçipten oluşan 408 kübitlik bir işlemci olan Crossbill’i ve yaklaşık 1 metre uzunluğundaki kuantum iletişim bağlantılarıyla 1.386 kübitlik bir sistemde birleştirmeyi planladığı 462 kübitlik bir modül olan Flamingo’yu piyasaya sürmeyi hedefliyor. Bu bağlantı deneyleri başarılı olursa IBM, 2025 yılında 1.386 kübitlik Kookaburra modülünü ortaya çıkarmayı ve kısa ve uzun menzilli kuantum iletişim bağlantılarıyla bu tür üç modülü 4.158 kübitlik bir sistemde birleştirmeyi hedefliyor.

Japonya’daki Riken araştırma enstitüsünün Teorik Kuantum Fiziği Laboratuvarı’nda baş bilim adamı olan Franco Nori, IBM’in “adım adım iyileştirmeleri hedefleyen metodik stratejisinin çok makul olduğunu ve uzun vadede başarıya ulaşacağını” söylüyor.

IBM’in yazılım alanındaki kuantum sıçramaları

IBM ayrıca 2023 yılında, geliştiricilerin bulut üzerinden kuantum ve klasik hesaplamayı birlikte kullanmalarına yardımcı olmak için temel yazılımını geliştirmeyi planlıyor. Chow, “Kuantum merkezli bir süper bilgisayarın neye benzediğinin temellerini atıyoruz” diyor. “Kuantum işlemcileri tamamen entegre olarak değil, gevşek bir şekilde bir araya getirilmiş olarak görüyoruz.” Bu tür bir çerçeve, kuantum donanım ve yazılımının muhtemelen yaşayacağı sürekli yükseltmeleri karşılamak için gereken esnekliği sağlayacaktır.

IBM, 2023 yılında kuantum yazılım uygulamalarının prototipini oluşturmaya başlamayı planlıyor. Şirket, 2025 yılına kadar makine öğrenimi, optimizasyon problemleri, doğa bilimleri ve ötesinde bu tür uygulamaları sunmayı bekliyor.

Araştırmacılar nihayetinde kuantum işlemcilerin yapmaya eğilimli olduğu hataları telafi etmek için kuantum hata düzeltmeyi kullanmayı umuyor. Bu şemalar kuantum verilerini yedekli kübitlere yayarak her bir yararlı mantıksal kübit için birden fazla fiziksel kübit gerektiriyor. IBM bunun yerine, bu hataları ilk etapta önlemek için 2024’ten itibaren platformuna hata azaltma şemalarını dahil etmeyi planlıyor. Ancak hatalarla mücadele etmek çok daha fazla kübit gerektirse bile IBM, 1.121 kübitlik Condor’u ile iyi bir konumda olacaktır.

Kaynak: https://spectrum.ieee.org/ibm-condor