Bugün Google, yeni nesil kuantum işlemcileri Sycamore'da kuantum hata düzeltmesinin bir tanıtımını duyurdu. Sycamore'daki yineleme dramatik değil - aynı sayıda kübit, sadece daha iyi performansla. Ve kuantum hata düzeltmesi almak gerçekten yeni bir haber değil - birkaç yıl önce çalışmasını sağlamayı başardılar.
Bunun yerine, ilerleme belirtileri biraz daha ince. Önceki nesil işlemcilerde, kübitler hataya o kadar yatkındı ki, bir hata düzeltme şemasına daha fazlasını eklemek, düzeltmelerdeki kazançtan daha büyük sorunlara neden oluyordu. Bu yeni yinelemede, daha fazla kübit eklemek ve hata oranını düşürmek mümkün.
Biz bunu tamir edebiliriz
Bir kuantum işlemcinin işlevsel birimi, bir kuantum durumunu depolamak ve manipüle etmek için kullanılabilen herhangi bir şey olan bir atom, bir elektron, bir süper iletken elektronik parçası olan bir kübittir. Ne kadar çok kübitiniz varsa, makine o kadar yeteneklidir. Birkaç yüze erişiminiz olduğunda, geleneksel bilgisayar donanımında yapılması zor hatta imkansız olan hesaplamaları yapabileceğiniz düşünülür.
Yani, tüm kübitlerin doğru davrandığını varsayarsak. Hangisi, genel olarak, yapmazlar. Sonuç olarak, bir soruna daha fazla kübit atmak, bir hesaplama tamamlanmadan önce bir hatayla karşılaşma olasılığınızı artırır. Yani, artık 400'den fazla kübit içeren kuantum bilgisayarlarımız var, ancak 400'ün tamamını gerektiren herhangi bir hesaplama yapmaya çalışmak başarısız olur.
Hata düzeltmeli bir mantıksal kübit oluşturmak, genellikle bu sorunun çözümü olarak kabul edilir. Bu yaratma süreci, bir kuantum durumunu bir dizi bağlı kübit arasında dağıtmayı içerir. (Hesaplama mantığı açısından, tüm bu donanım kübitleri tek bir birim olarak ele alınabilir, dolayısıyla "mantıksal kübit.") Hata düzeltme, mantıksal kübitin her bir üyesine komşu olan ek kübitler tarafından etkinleştirilir. Bunlar, mantıksal kübitin parçası olan her kübitin durumunu anlamak için ölçülebilir.
Şimdi, mantıksal kübitin bir parçası olan donanım kübitlerinden birinde bir hata varsa, mantıksal kübitin bilgilerinin yalnızca bir kısmını tutması, kuantum durumunun mahvolmadığı anlamına gelir. Ve komşularını ölçmek, hatayı ortaya çıkaracak ve onu düzeltmek için bir miktar kuantum manipülasyonuna izin verecektir.
Mantıksal bir kübite ne kadar çok donanım kübiti ayırırsanız, o kadar sağlam olmalıdır. Şu anda sadece iki sorun var. Birincisi, yedeklenecek donanım kübitlerimizin olmaması. En yüksek kübit sayılarına sahip işlemcilerde güçlü bir hata düzeltme şeması çalıştırmak, bir hesaplama için 10 kübitten daha az kullanmaya bakmamıza neden olur. İkinci sorun, donanım kübitlerinin hata oranlarının bunların herhangi birinin çalışması için çok yüksek olmasıdır. Mantıksal bir kübite mevcut kübitleri eklemek onu daha sağlam yapmaz; aynı anda düzeltilemeyecek kadar çok hataya sahip olma olasılığını artırır.
Aynı ama farklı
Google'ın bu sorunlara yanıtı, bir öncekiyle aynı sayıda ve donanım kübit düzenine sahip yeni nesil Sycamore işlemcisini oluşturmak oldu. Ancak şirket, daha karmaşık işlemleri bir arıza yaşamadan yapabilmek için bireysel kübitlerin hata oranını düşürmeye odaklandı. Bu, Google'ın hatası düzeltilmiş mantıksal kübitleri test etmek için kullandığı donanımdır.
 |
| Küçük versiyonun kırmızıyla ve büyük versiyonun maviyle gölgelendiği iki hata düzeltme kurulumu. Her ikisinde de veri ve hata düzeltme kübitleri birbirine komşudur. |
Makale, iki farklı yöntemin testlerini açıklamaktadır. Her ikisinde de, veriler kare bir kübit ızgarasında saklandı. Bunların her biri, hata düzeltmeyi uygulamak için ölçülen komşu kübitlere sahipti. Tek fark ızgaranın boyutuydu. Bir yöntemde, üç kübite üç kübitti; ikincisinde beşe beşti. İlki toplamda 17 donanım kübiti gerektiriyordu; son 49 kübit veya neredeyse üç katı.
Araştırma ekibi çok çeşitli performans ölçümleri gerçekleştirdi. Ancak kilit soru basitti: Hangi mantıksal kübitlerin hata oranı daha düşüktü? Donanım kübitlerindeki hatalar baskınsa, hata oranını artırmak için donanım kübitlerinin sayısını üçe katlamayı beklersiniz. Ancak Google'ın performans ayarlamaları, donanım kübitlerini yeterince iyileştirdiyse, daha büyük, daha sağlam düzen hata oranını düşürmelidir.
Daha büyük plan kazandı, ancak yakın bir şeydi. Genel olarak, daha büyük mantıksal kübitin hata oranı yüzde 2,914 iken küçük olanınki yüzde 3,028'di. Bu pek bir avantaj sayılmaz, ancak bu tür bir avantaj ilk kez gösteriliyor. Ve her iki hata oranının da karmaşık bir hesaplamada bu mantıksal kübitlerden birini kullanmak için çok yüksek olduğu vurgulanmalıdır. Google, büyük mantıksal kübitlere açık bir avantaj sağlamak için donanım kübitlerinin performansının yüzde 20 veya daha fazla artması gerektiğini tahmin ediyor.
Eşlik eden bir basın paketinde Google, "2025-plus" da bu noktaya - uzun ömürlü tek bir mantıksal kübit çalıştırarak - ulaşacağını öne sürüyor. Bu noktada, IBM'in şu anda üzerinde çalıştığı sorunların birçoğuyla karşı karşıya kalacak: Bir yongaya sığdırabileceğiniz çok sayıda donanım kübiti var, bu nedenle çok sayıda yongayı tek bir bilgi işlem biriminde ağ oluşturmanın bir yolu, dizilmek. Google, çözümleri burada ne zaman test edeceğine dair bir tarih vermeyi reddetti. (IBM, bu yıl ve gelecek yıl çeşitli yaklaşımları test edeceğini belirtiyor.)
Dolayısıyla, açık olmak gerekirse, Google'ın işlemcisinin kabaca yarısının tek bir kübit barındırmasını gerektiren hata düzeltmede yüzde 0,11'lik bir iyileştirme, herhangi bir hesaplama ilerlemesini temsil etmiyor. Şifrelemeyi kırmaya dün olduğundan daha yakın değiliz. Ancak, zaten kübitlerimizin işleri daha da kötüleştirmemek için yeterince iyi olduğu bir yerde olduğumuzu ve insanların donanım kübitlerinin nasıl daha iyi performans göstereceğine dair fikirleri tükenmeden çok önce bu noktaya geldiğimizi gösteriyor. Ve bu, aşmamız gereken teknik engellerin qubit donanımıyla daha az ilgisi olduğu yere daha yakın olduğumuz anlamına geliyor.