Japonya’daki araştırmacılar kuantum bilişim teknolojisini toplum için faydalı olmaya başlayacağı noktaya kadar ilerletmek için çok çalışıyorlar.
Japonya’daki Osaka Üniversitesi Kuantum Bilgi ve Kuantum Biyoloji Merkezi (QIQB) müdür yardımcısı Keisuke Fujii, kuantum bilgisayarların evriminin hangi aşamasında olduğuna dair bir fikir edinmek için geleneksel bilgisayarların tarihindeki saati 1945 yıllarına geri döndürmeyi öneriyor. Kuantum bilgisayarların şu anki durumunun o zamanki makinelere benzediğini söylüyor. Sadece çok az sayıda görevi yerine getirebilen nispeten küçük ölçekli sistemlerle hala çok erken aşamalardalar.
Bununla birlikte, kuantum bilgisayarlar toplum üzerinde, geleneksel bilgisayarların toplumu onlarsız yaşamı kavramanın zor olduğu bir noktaya kadar nasıl değiştirdiğiyle karşılaştırılabilir bir etkiye sahip olacak şekilde konumlandırılmıştır. Bu durum, kuantum bilgisayarları popüler bir konu olmadan önce araştırmaya başlayan Fujii için özellikle tatmin edici.
Ona göre, hem kuantum donanımının hem de yazılımının yaratılmasında hızlı bir ilerleme kaydediyoruz ve bu da kuantum bilişim tarihinde bir dönüm noktasına işaret ediyor. Bu gelişmeler, geleneksel bilgisayarların ilgi alanının çok dışında kalan zor sorunların üstesinden gelmek için ilgi çekici yeni olasılıkların önünü açıyor.
Kuantum bilgisayarların temel birimleri olan kübitlerin iki durumun herhangi bir kombinasyonunda var olabilmeleri, onlara güçlerini veren şeydir. Buna karşılık geleneksel bilgisayarlardaki bitler yalnızca sıfır ya da bir olabilir. Kübitlerin bu özelliği, daha fazla kübit eklendikçe kuantum bilgisayarları giderek daha karmaşık hale getirir ve kuantum bilgisayarların son derece paralel hesaplamalar yapmasını sağlar.
Örneğin, on kübitlik bir bilgisayar 1000’den biraz fazla durumun süperpozisyonuna sahip olacaktır, ancak 100 kübitlik bir makine – bugünün en büyük kuantum bilgisayarlarının ölçeği – 1030 durumdan oluşan şaşırtıcı bir süperpozisyona sahip olacaktır.
Kuantum bilgisayarlar, pratik uygulamalar için faydalı olduklarını henüz göstermemiş olsalar bile, çok sayıda sektör için büyük bir potansiyele sahiptir. Fujii’ye göre kuantum bilgisayarlar kimya, malzeme bilimi, şifreleme, finans mühendisliği ve makine öğrenimi gibi çeşitli alanlarda devrim yaratma potansiyeline sahip.
Bununla birlikte, hala hayal edilmemiş pek çok uygulama olması muhtemeldir. Araştırmacıların hala uygulamaları araştırdığını ve genişlettiğini iddia ediyor. Tıpkı geleneksel bilgisayarların ilk günlerinde Google gibi arama motorlarını ve Twitter gibi sosyal medya platformlarını hayal etmenin zor olması gibi, kuantum bilgisayarların gelecekteki kullanımları da hala bilinmiyor.
QIQB, 2018’deki kuruluşundan bu yana 70’ten fazla araştırmacıyı kapsayacak şekilde genişleyerek Japonya’daki en büyük kuantum merkezi haline geldi.
“Hataya dayanıklı” bir kuantum bilgisayar inşa etmek, merkezin kuantum hesaplama alanındaki hedeflerinden biri. Bu önemli çünkü kuantum durumları doğaları gereği kırılgan olduklarından ve çevreleriyle etkileşime girdiklerinde kolayca yok olduklarından hesaplamalar hatalı olabiliyor. Merkezdeki araştırmacılar bu soruna hem teorik hem de deneysel açıdan yaklaşıyor.
Kuantum Bilgisayarlarda Yapay Zekânın Kullanımı
Fujii’nin ekibi, klasik ve kuantum tekniklerini harmanlayan benzersiz bir makine öğrenimi yöntemiyle yapay zekayı (YZ) teorik açıdan araştırıyor. “Kuantum devre öğrenimi” olarak bilinen bu yöntem, kuantum bilgisayarlarda yapay zekânın kullanılmasını hızlandıracak olan, gelecekteki daha küçük kuantum işlemcilerle kullanım için umut vaat ediyor.
Kuantum makine öğreniminin gerçek dünyadaki sorunları çözmede klasik makine öğreniminden daha etkili olduğu henüz kanıtlanmamıştır. Fujii’nin ekibi, kuantum makine öğrenimi için klasik makine öğreniminden daha iyi performans göstermesini sağlayan bir veri seti oluşturarak bu alana olan ilgiyi artırmayı umuyor.
Fujii’nin ekibinin kuantum devre öğrenme stratejisini açıklayan 2018 tarihli bir çalışmasından 420’den fazla kez bahsedildi ve bu da hedefin başarılı göründüğünü gösteriyor. Bu araştırmanın erken başarısına rağmen Fujii, kuantum makine öğreniminin kuantum tarafından üretilen verileri analiz etmek için kullanıldığında gerçekten mükemmel olacağına inanıyor.
Ona göre kuantum yapay zeka, kuantum bilgisayarlar geliştikten ve kuantum hesaplama yoluyla kuantum veri üretebildikten ya da kuantum sensörler ve kuantum iletişim yoluyla kuantum veri toplayabildikten sonra tam olarak gelişecektir. Bu, henüz bilinmeyen malzeme özelliklerinin tahmin edilmesi gibi araştırmalar için yeni yollar açabilir.
Geleneksel bilgisayarlarda kuantum bilgisayarları taklit eden yazılımların oluşturulması, kuantum bilgisayarların davranışını modellemek için QIQB araştırmacıları tarafından takip edilen bir başka teorik hedeftir. Biz teknolojinin yetişmesini beklerken, kuantum bilgisayarları araştırmak için mükemmel oyun alanlarıdır. Dünyanın en hızlı kuantum simülatörlerinden biri olan Qulacs, Osaka Üniversitesi’ndeki araştırmacılar tarafından QIQB’den kurulan bir startup ile işbirliği içinde oluşturuldu.
Ekip bunu başarmak için açık kaynaklı bir strateji kullandı. Fujii, basitçe yeni yetenekler eklemek için ekibimiz içinde kendi simülatörümüzü oluşturmayı amaçladık. Ancak gerekli finansmana sahip olmadığımız için bunun yerine açık kaynaklı bir platform oluşturmayı tercih ettik. Yazılım paylaşım sitesi GitHub’da ücretsiz olarak erişilebilen Qulacs, yaklaşık 360.000 kez indirildi ve 170’ten fazla makalenin yayınlanmasına katkıda bulundu.
QIQB’deki araştırmacılar gerçek kuantum bilgisayarlar da inşa ediyorlar; 16 kübitlik bir kuantum çipi yarattıktan sonra 64 kübitlik bir işlemciye geçmeyi planlıyorlar. Süper iletken kübitlere dayalı kuantum bilgisayarları oluşturmak için Tokyo yakınlarındaki ulusal araştırma tesisi RIKEN’deki bir ekiple birlikte çalışıyorlar. Merkezdeki araştırmacılar kontrol sistemini inşa ederken, RIKEN’dekiler süper iletken kübit cihazları üzerinde çalışıyor. Fujii, “QIQB’de kuantum hesaplama sistemleri kuruyor ve işletiyoruz” diye ekliyor. “Kontrol sistemleri, buzdolapları ve RIKEN tarafından geliştirilen çipler gibi bileşenleri entegre ederek.”
Osaka Üniversitesi merkezindeki araştırmacılar, üniversitenin en yeni araştırma enstitüsü olan Premium Research Institute for Human Metaverse Medicine (PRIMe) ile ortaklık kurmanın yanı sıra, çok sayıda başka ortakla kuantum hesaplama ile ilgili çok çeşitli girişimlerde bulunmaktadır. QIQB’nin kuantum algılama alanındaki uzmanlığı sayesinde yaygın bir hastalığın oluşumu, seyri ve tedavisi daha iyi anlaşılmaktadır.
Japon hükümeti tarafından desteklenen birkaç önemli kuantum çalışması da QIQB’yi kullanıyor. Bunlardan biri, kuantum avantajını daha erken ortaya çıkarmak için bazen gürültülü orta ölçekli kuantum bilgisayarlar olarak da bilinen mevcut kuantum bilgisayarları sosyal ve akademik açıdan kritik sorunlara uygulamayı amaçlayan Q-LEAP Flagship Projesi’dir. QIQB, kuantum bilgisayar test yatağını kullanarak küresel sorunları ele almak üzere kuantum yazılımının araştırılması ve geliştirilmesi için endüstri-akademi ortak yaratımında işletmelerle işbirliği yapmaktadır.
Japon hükümetinin 2050 yılına kadar iş dünyası, hükümet ve güvenlik alanlarında devrim yaratacak hataya dayanıklı bir kuantum bilgisayar geliştirmeyi amaçlayan Moonshot Goal 6 programı QIQB’yi de kapsıyor. Merkezdeki araştırmacılar, bu programın Ağa Bağlı Kuantum Bilgisayarlı Kuantum Siber Uzay projesinin bir parçası olarak bir kuantum ağı inşa etmek için deneysel projeler yürütüyor.
Fujii kuantum bilişimin potansiyelini hayal ederken iyimser. “Çok heyecanlıyız ve kuantum teknolojisinin önümüzdeki yıllarda toplumu derinden etkileyeceğini tahmin ediyoruz” diye haykırıyor. Araştırma çabalarımız, gezegenin karşı karşıya olduğu en önemli sorunlardan bazılarını ele almak için tam potansiyelini ortaya çıkarmaya odaklanmıştır.
Kaynak: nature.com/articles
