Bir kuantum bilgisayarın kullanışlı olması için gereken minimum boyut nedir? Sussex Üniversitesi’nden fizikçileri yakın zamanda bu soruyu iki pratik hesaplama görevi bağlamında ele almaya başladılar. Bunlar bitcoin işlemlerinde kullanılan şifrelemeyi kırmak ve tarımda çok önemli bir nitrojen sabitleyici proteinin davranışını modellemektir. Ekibin üyeleri, teorik çalışmalarının, her bir aktivite için farklı türdeki kuantum bilgisayarların gerektireceği kuantum bitlerinin veya kübitlerin miktarını tahmin ederek, hangi tasarımların izleneceğini seçmede diğer araştırmacılara yardımcı olması gerektiğini söylüyor. Var olan ve bilinen zorluklara göre “Kuantum Bilgisayarlara Rağmen Bitcoin Şifrelemesi Yine de Güvenli” diyebiliriz.
Kuantum bilgisayarlar için standart bir donanım platformu olmamasına rağmen, süper iletkenler ve kapana kısılmış iyonlar, kübit oluşturmak için en yaygın yaklaşımlardan ikisidir. Mark Webber’e göre, her iki durumda da kuantum işlemlerini yapmak için erişilebilen kübitlerin sayısı çok önemlidir.
Mark Webber daha fazla kübit kullanmanın, kuantum bilgisayarların kritik gerçek dünya sorunlarını pratik zaman dilimlerinde çözmesine izin verebileceğini söylüyor. Hatta tuzaklanmış iyon makineleri ve süper iletken kübit makineleri gibi bireysel kübit işlemlerinin daha uzun sürdüğü platformlarda bile olabileceğini belirtiyor.
Webber ve meslektaşları, AVS Quantum Science’da yayınlanan bir makalede süper iletken ve kapana kısılmış iyon kübitleri için kübit sayısı ile işlem süreleri arasındaki dengeyi araştırmak için yola çıktılar.
“Temel soru şu: Kuantum bilgisayarınızın gerçekten önemli sorunları çözmek için ne kadar büyük olması gerekiyor?”
Sussex fizikçisi ve çalışmanın ortak yazarı Winfried Hensinger, ekibin yaklaşımının mevcut donanıma yakından bakarak “doğrudan yaratabileceğimiz gerçek donanım tasarımlarıyla ilgili olduğunu ve bu donanım tasarımlarının avantajlarından da yararlandığını” ekliyor.
Sussex ekibi işe bir kuantum bilgisayarda kullanılabilecek tipik algoritmik yaklaşımları düşünerek başladı. Daha da önemlisi, bilim adamları, hesaplama hatalarının meydana geleceğini varsayan ve kullanıcılar sonuçları görmeden önce bunları onarmak için yerleşik tekniklere sahip olan, kendi kendini düzelten kodlar ve algoritmalar üzerinde yoğunlaştı.
Avustralya’daki Macquarie Üniversitesi’nden araştırmaya dahil olmayan bir fizikçi olan Gavin Brennen, “Bu makale hem algoritma hem de kuantum hata düzeltme taraflarında en güncel yöntemlerden bazılarını kullanıyor” diyor. “Ve tüm dünyanın yararına olan iki ana konuya odaklandılar.”
Ekibin ilk araştırması, bakterilerin havadan nitrojen toplamak ve amonyak üretmek için kullandığı FeMo kofaktörü (FeMo-co) olarak bilinen bir kimyasala odaklandı. Gübre işinde, aynı süreç daha büyük bir ölçekte gerçekleştirilir, ancak önemli ölçüde daha az verimli bir şekilde, küresel enerji kullanımının %2’sinden fazlasını oluşturur.
FeMo-co’nun fiziğini anlamak, bu endüstriyel sürecin verimliliğini artırabilir, ancak Webber, davranışını simüle etmenin molekülün boyutu nedeniyle geleneksel bilgisayarların yeteneklerinin ötesinde olduğunu açıklıyor.
Takımın tahminlerine göre, on milyonlarca süper iletken kübit veya yüz milyonlarca tuzağa düşmüş iyon kübiti içeren bir kuantum bilgisayar, FeMo-co’yu yaklaşık on gün içinde çoğaltabilir. Bu arada, geleneksel bir bilgisayarın bu konuya herhangi bir dönemde önemli katkılar yapma olanağı yoktur.
Bitcoin kuantum açısından güvenli bir para birimi midir?
Bilim adamları, çalışmanın ikinci bölümünde Bitcoin işlemlerinde kullanılan şifrelemeyi kırmak için gereken fiziksel kübit sayısını belirlediler. Amerika Birleşik Devletleri’ndeki New York Üniversitesi’nde (NYU) fizikçi olan ve çalışmaya dahil olmayan Marek Narozniak’a göre, bu soru – kripto para birimlerinin kuantum bilgisayar saldırılarına karşı güvenli olup olmadığı – FeMo-co simülasyonunda bulunmayan ekstra kısıtlamalarla birlikte geliyor.
FeMo-co simülasyonları için 10 günlük bir hesaplama süresi kabul edilebilir olsa da Narozniak, Bitcoin ağının bu şekilde kurulduğuna dikkat çekiyor.
Hata düzelten bir kuantum bilgisayarı olan bir bilgisayar korsanının, bilgilerin kodunu çözmek ve fonları çalmak için yalnızca kısa bir zamanı olacaktır.
Webber ve işbirlikçilerine göre Bitcoin şifrelemesini bir saat içinde kırmak, yaklaşık 300 milyon kübit gerektirecektir. Narozniak, bu bulgunun sonucu olarak “Bitcoin’in oldukça güvenli” olduğuna inanıyor, ancak diğer kripto para birimlerinin aynı şekilde çalışmadığına dikkat çekiyor. “Daha savunmasız olabilecek diğer algoritmalarla farklı bir şekilde çalışan başka kripto para birimleri var” diye açıklıyor.
Günümüzün kuantum bilgisayarları en fazla birkaç yüz kübite sahipken, Narozniak’ın NYU’daki kuantum araştırma grubunun direktörü Tim Byrnes, bu makineleri Sussex ekibinin çalışmasında özetlenen milyonlarca kübite ölçeklendirmenin zor olmadığına inanıyor. “Bu büyük bir miktar gibi görünse de, ticari şirketler bu kübit değerleriyle ilgileniyor. “Tabii ki bugün değil,” diye devam ediyor, “ancak birkaç yıl içinde bu ulaşılamayacak bir şey değil.”
Yeni araştırma, çeşitli kuantum bilgisayar türleri için gerekli donanım özelliklerini analiz ettiğinden, farklı kuantum bilgisayar tasarımları arasındaki rekabete katkıda bulunuyor. Brennan, “Süper iletken sistemlerin, önemli ölçüde daha hızlı oldukları için iyonlara göre bir avantajı olduğu düşünülüyor” diye açıklıyor. “Ancak, bu çalışma, iki topolojinin belirli rejimlerde aslında oldukça rekabetçi olduğunu gösteriyor.”
Webber ve Hensinger, araştırmalarının rekabetçi, hata düzeltici tuzaklanmış iyon kuantum bilgisayar geliştirme ve mühendislik çabalarıyla desteklendiğini söylüyorlar. Hensinger, “Milyonlarca kübit içeren kuantum bilgisayarları oluşturmak için net bir geliştirme yolumuz var” diye belirtiyor. “Ancak, molekülleri simüle etmek veya şifrelemeyi kırmak gibi büyüleyici zorluklara ulaşmak için, önce hangi tür hata düzeltmenin gerekli olduğunu ve hangi avantajlardan yararlanabileceğimizi anlamalıyız.”
Kaynak: physicsworld
