Kuantum Hesaplama Koşulsuz Üstel Hızlanma Sağlıyor

Daha önce sadece kağıt üzerinde ifade edilen şey artık eylemde gösterildi. Kuantum bilgisayarın vaadi gerçekte gerçekleşti, çünkü onlar klasik bilgisayarları üstel ve koşulsuz bir şekilde yeniyor¹.

Bunun için, USC Viterbi Mühendislik Okulu’nda Elektrik & Bilgisayar Mühendisliği profesörü Daniel Lidar liderliğindeki bir araştırmacı ekibi, akıllı hata düzeltme ve IBM’in güçlü 127 kuantum bitlik işlemcilerini kullanarak Simon probleminin bir varyasyonunu ele aldılar ve kuantum makinelerinin artık klasik sınırlamalardan kurtulduğunu gösterdiler.

Kuantum Hesaplama Nasıl Klasik Sınırlamaları ve Gürültüyü Aşar

Onlarca yıldır klasik bilgisayarlar normdu. Ancak son yıllarda, kuantum bilgisayar önemli bir gelişim gösterdi. 

Bilgisayar biliminin yeni bir alanı olan kuantum bilgisayar, kuantum teorisinin (atomik ve alt‑atomik seviyelerde maddenin ve enerjinin doğasını ve davranışını açıklayan) ilkelerini kullanarak hesaplama hızlarını büyük ölçüde artırır.

Kuantum fiziğini kullanarak, kuantum bilgisayar günlük olarak kullandığımız klasik bilgisayarların çözmekte zorlandığı problemleri çözmeyi hedefler. Aslında, kuantum bilgisayar bazı karmaşık simülasyon problemlerini, geleneksel bir süper bilgisayarın yüz binlerce yıl alacağı sürede çözebilir.

Klasik bilgisayarlara karşı gerçek bir algoritmik avantaj elde etmek, kuantum bilgisayarın kimya, kriptografi, optimizasyon ve diğer alanlarda gelecekteki atılımları mümkün kılmak için temel hedeflerinden biridir.

Bununla birlikte, süperpozisyon ve dolaşıklık gibi kuantum özelliklerinden yararlanan özel kuantum donanımı ve algoritmalar gereklidir. Ayrıca, gürültü kuantum bilgisayarlar için büyük bir sorundur.

Bugünün kusurlu ve gürültülü kuantum donanımı üzerinde klasik bilgisayarlara karşı algoritmik avantaj kanıtlamak ise hâlâ bir zorluktur.

Tasarımcılar NISQ makineleri gibi yeni çözümler keşfetmeye başladı, ancak bu gürültülü ara ölçekli kuantum (NISQ) cihazları birkaç yüz kuantum bitlik nispeten küçük bir ölçekle çalışabiliyor.

Ayrıca, decoherence (kuantum koheransının kaybı, yani bir sistemin çevresine bilgi kaybetmesi) ve kontrol hataları nedeniyle performans düşüşüne eğilimlidirler.

Bu nedenle, bu cihazlarda algoritmik kuantumu hızlandırmaya odaklanılıyor; bu sadece ölçekleme avantajıdır. Bu türden birçok gösterim yapılmış olsa da, seçilen problemler ya sınırlı bir klasik algoritma setinin zorluğuna ya da hesaplama karmaşıklığı varsayımlarına dayanıyordu.

Son zamanlarda, kanıtlanmamış varsayımlara dayanmayan bir algoritmik kuantum hızlanması, oracle modelinde gösterildi. Bu, IBM Quantum işlemcisine yerleştirildiğinde istenmeyen gürültünün dinamik ayrıştırma (DD) yöntemiyle ortadan kaldırıldığı bir Bernstein‑Vazirani algoritması için gözlemlendi; bu yöntem NISQ cihazları için yaygın bir hata bastırma tekniğidir.

Şimdi, Güney Kaliforniya Üniversitesi’nden araştırma ekibi, Simon probleminin bir varyasyonunu uygulayarak gürültü sorununu ele alıyor. Bu, teorik olarak kuantum algoritmalarının görevleri klasik muadillerine göre koşulsuz olarak üstel bir hızda çözebildiği bilinen bir örnek.

Simon problemi, kuantum bilgisayar alanını başlatmak için kullanılabilen Shor algoritmasının öncüsüdür.

Ayrıca, Oracle modelinde kanıtlanmış üstel bir kuantum hızlanmasına sahip orijinal problemler arasında yer alır. Bu problem klasik bir bilgisayarda üstel zaman alırken, gürültüsüz bir kuantum bilgisayarda sadece doğrusal zaman alır; Oracle sorguları sayıldığında, ancak yürütme için harcanan kaynakları hesaba katmadığımız varsayılır.

Bu problemde, Abelian gizli altgrup kimlik ve gizli bir dize b’yi içerir; amaç b’yi belirlemektir, yani temelde matematiksel bir fonksiyonda gizli bir tekrar eden deseni bulmaktır.

Daha basit bir ifadeyle, bu bir tahmin oyununa benzer; oyuncular, oyun sunucusu yani “oracle” dışındaki kimsenin bilmediği bir gizli sayıyı tahmin etmeye çalışır.

Kutsal sayı, bir oyuncunun oracle’ın aynı yanıt verdiği iki sayıyı tahmin etmesiyle ortaya çıkar ve o oyuncu kazanır. Klasik oyunculara kıyasla, kuantum oyuncular bu oyunu üstel bir hızda kazanabilir.

Koşulsuz Kuantum Hızlanmasını Başarmak

Yeni malzemeler keşfetmek, şifreleri kırmak ve yeni ilaçlar tasarlamak için kuantum bilgisayarların hesaplamayı hızlandırması gerektiğinden, bu bilgisayarların işlevsel olması gerekir.

Ancak yukarıda belirttiğimiz gibi, gürültü ve hatalar engel teşkil eder. Kuantum makinesinde yapılan hesaplamalar sırasında ortaya çıkan hatalar, kuantum bilgisayarları klasik bilgisayarlardan daha az güçlü hale getirir. Bu durum şimdiye kadar böyleydi.

USC’den Lidar, kuantum hata düzeltmesi üzerinde çalışıyor ve bulut üzerinde kuantum üstel ölçekleme avantajı gösterdi.

Bu, Lidar’ın USC ve Johns Hopkins’tan işbirlikçileriyle birlikte yürüttüğü ‘Abelian Gizli Altgrup Problemi için Algoritmik Kuantum Hızlanmasının Gösterimi’ adlı makalede ayrıntılı olarak ele alındı.

“Daha önce polinomsal bir hızlanma gibi daha mütevazı hızlanma türlerinin gösterimleri yapılmıştı. Ancak üstel bir hızlanma, kuantum bilgisayarlardan görmeyi beklediğimiz en çarpıcı hızlanma türüdür.”

– Lidar

Lidar’a göre kuantum bilgisayarın ana atılımı, genel bilgisayarlarımıza göre ölçekli bir hızlanma ile tüm algoritmaları gerçekten çalıştırabildiğimizi göstermektir. Ancak bu, işleri 100 kat daha hızlı yapabileceğiniz anlamına gelmez.

Ölçekli hızlanmanın ne anlama geldiği, “problemin boyutunu daha fazla değişken ekleyerek artırdıkça, kuantum ve klasik performans arasındaki farkın büyüdüğüdür. Üstel bir hızlanma ise, her ek değişken için performans farkının yaklaşık iki katına çıktığını” Lidar açıkladı.

Ardından, ekibin gösterdiği hızlanmanın “koşulsuz” olduğunu belirtti. Bu, hızlanmanın herhangi bir kanıtlanmamış varsayıma bağlı olmadığı anlamına gelir.

Önceki hızlanma iddiaları, kuantum algoritmasını karşılaştırmak için daha iyi bir klasik algoritma olmadığı varsayımına dayanıyordu.

Bu ekip, kuantum bilgisayar için “Simon problemi”nin bir varyasyonunu çözmek üzere bir algoritmayı uyarladı.

Şimdi, üstel hızlanmayı elde etmek için, “anahtar, donanımdan her bir performans birimini sıkıştırmaktır: daha kısa devreler, daha akıllı darbe dizileri ve istatistiksel hata azaltma,” diye USC doktora araştırmacısı ve ilk yazar Phattharaporn Singkanipa belirtti.

Ekip bunu dört farklı yolla başardı. Araştırmacılar önce izin verilen gizli sayıların sayısını sınırlayarak veri girişini kısıtladı. Teknik olarak bu, gizli sayıların ikili temsili içinde 1’lerin sayısını sınırlamakla yapılır. Bu, gereksiz yere daha az kuantum mantık işlemi gerektirdi ve böylece hata birikme olasılığını azalttı.

Ardından, belirli bir kuantum cihazının topolojisine uyacak şekilde verilen girdiyi yeniden yazarak, transpilasyon yoluyla gerekli kuantum mantık işlemlerini sıkıştırdılar.

Sonra, “dinamik ayrıştırma” adı verilen bir yöntem uygulandı ve araştırmacıların kuantum hızlanmasını göstermedeki en büyük etkisini yarattı. Bu yöntem, bir kuantum bitinin davranışını gürültülü ortamından ayırmak ve kuantum işlemeyi doğru yönde tutmak için özenle tasarlanmış darbe dizileri uygulamayı içerir.

Son olarak, araştırmacılar ölçüm hatası azaltma (MEM) uygulayarak belirli hataları bulup düzelttiler. Bu adımın amacı, algoritmanın sonunda kuantum bitlerinin durumunu ölçmedeki kusurlardan dolayı dinamik ayrıştırma tarafından bırakılan hataları düzeltmektir.

Kuantum Kullanımını Sağlamaya Giden Yol

Kuantum bilgisayar, kuantum mekanik fenomenlerini kullanarak karmaşık problemleri çözerek lojistik, malzeme bilimi, finansal modelleme, yapay zeka ve siber güvenlik gibi alanlarda önemli avantajlar sundukça, piyasa önemli katkılar ve büyüme görüyor.

Topluluk da kuantum işlemcilerin hedeflenen görevlerde klasik muadillerini nasıl geride bırakabileceğini göstermeye başladı.

“Sonuçlarımız, bugünün kuantum bilgisayarlarının zaten ölçekli bir kuantum avantajı tarafında kesin bir konumda olduğunu gösteriyor.” dedi Lidar, aynı zamanda USC Dornsife College of Letters, Arts and Science’de Kimya ve Fizik profesörü ve kuantum kullanımını ölçekli bir şekilde sağlayıp kullanıcıları kuantum bilgisayarlarla birleştiren Quantum Elements’in kurucu ortağı.

Birkaç ay önce, Quantum Elements ekibi bir atılım gerçekleştirdiklerini bildirdi. Yenilikçi teknikleri, mantıksal dinamik ayrıştırma, kuantum bilgisayarlarda sürekli bir zorluk olan mantıksal hataları ele alıyor.

Ekip, bu özel yolun geleneksel hata düzeltme kodlarının çözemediği hataları önlediğini ve aynı zamanda sınırlı bir kuantum bit ayak izini koruduğunu gösterdi.

Hata düzeltmeyi mantıksal dinamik ayrıştırma ile birleştirerek, ekibin birbirine dolanmış mantıksal kuantum bitlerinin sadakatini önemli ölçüde artırmasını sağladılar; bu da pratik kuantum uygulamalarını gerçeğe çok daha yakın bir konuma getirdi.

En son araştırmalarla birlikte, Lidar, “kuantum performans avantajı giderek tartışılmaz bir hâle geliyor,” dedi; çünkü gösterilen üstel hızlanma “koşulsuz” olduğundan performans farkı geri döndürülemez.

Çalışma, iki farklı IBM Quantum işlemcisi kullanarak problemin kısıtlı Hamming ağırlıklı (HW) bir versiyonu için kesin bir algoritmik kuantum hızlanması gösteriyor. Araştırmacılar, hesaplamanın DD ile korunduğunda artırılmış bir kuantum hızlanması buldu. MEM kullanımı ise ölçekleme avantajını daha da artırdı.

MEM ve dinamik ayrıştırma, hata bastırma için kullanıldı ve problemi gerçek kuantum cihazlarına uyarlamak için değiştirildi. Donanım sınırlamalarına rağmen kuantum koheransını korumaya ve doğruluğu artırmaya yardımcı oldular.

Deneyimleriyle, araştırmacılar NISQ algoritmalarını Shor algoritmasıyla bir kuantum hızlanması gösterimine çok daha yaklaştırdı ve bu tür bir gösterimde kuantum hata bastırma tekniklerinin kilit rolünü vurguladı.

Araştırmacılara göre, gerçek kuantum donanımında problemi çözerken üstel bir hızlanma göstermek “alan için önemli bir kilometre taşı.” Teori ve pratiği birleştirmenin yanı sıra, sonuçları mevcut kuantum işlemcilerin artan yeteneklerini de vurguluyor. Çalışma şunu belirtiyor:

“Donanım geliştikçe, yaklaşımımız yakın gelecekte daha güçlü kuantum avantajı gösterimlerine giden yolu açıyor.”

Tüm bunlara rağmen, teknolojinin tahmin oyunlarını kazanmanın ötesinde pratik bir uygulaması yok. Bu durum, alandaki diğer ilerlemeler için de geçerli olmuştur.

“Kuantum için bir ChatGPT anına ihtiyacımız var,” dedi VC firması Runa Capital’den ortak Francesco Ricciuti, Google’ın kuantum bilgisayarında büyük bir atılım olduğunu söylediği yeni çipi tanıttığı Aralık ayında CNBC’ye.

Google’ın kuantum çipi Willow olarak adlandırılıyor; 105 kuantum bite sahip ve kuantum bit sayısı artırıldıkça hataları “üstel” olarak azaltabiliyor. Bu, “alanın yaklaşık 30 yıldır peşinde olduğu kuantum hata düzeltme konusundaki temel bir sorunu çözüyor,” dedi Google Quantum AI kurucusu Hartmut Neven.

Willow, bugün en hızlı süper bilgisayarların 10 sekstilyon yıl süreceği bir hesaplamayı beş dakikadan kısa bir sürede gerçekleştirdi.

“Normal bilgisayarlar için gerçekten yüksek bir problemi tanımlamaya çalışıyorlar ve bunu kuantum bilgisayarlarla çözebiliyorlar. Bunun yapabilmeleri şaşırtıcı ama bu gerçekten faydalı olduğu anlamına gelmiyor,” dedi Ricciuti o sırada.

Google bile RCS benchmark’ının “bilinen gerçek dünya uygulaması olmadığını” ve yaptıkları “bilimsel olarak ilginç kuantum sistem simülasyonlarının” yeni bilimsel keşiflere yol açtığını, ancak bunların da “hala klasik bilgisayarların erişiminde olduğunu” söyledi.

Büyük teknoloji şirketi, klasik bilgisayarların erişiminin ötesinde olan ve aynı zamanda “gerçek dünya, ticari açıdan ilgili problemler için faydalı” algoritmalara adım atmak için çalışıyor.

Bu yılın başlarında, Google Quantum AI donanım direktörü Julian Kelly, “kuantum bilgisayarında ancak çözülebilecek gerçek bir atılım, yani pratik bir uygulamaya yaklaşık beş yıl uzakta olabiliriz” dedi.

Nvidia CEO’su Jensen Huang da kuantum bilgisayarın “olağanüstü bir etki yaratabileceğine” inanıyor, ancak teknolojinin “çılgınca karmaşık” olduğunu belirtti.

Lidar’a göre, “kuantum bilgisayarların pratik bir gerçek dünya problemini çözdüğü iddia edilebilmesi için çok daha fazla çalışmaya ihtiyaç var.” Ve bu, cevabı önceden bilen oracle’lara bağlı olmayan hızlanmalar gerektirir. Ayrıca, decoherence ve gürültüyü daha da azaltma yöntemlerinde önemli ilerlemeler kaydetmemiz gerekir.

Yine de, daha önce sadece “kağıt üzerindeki bir vaat” olan üstel hızlanmaları göstererek, araştırmacılar kutlanmaya değer büyük bir kilometre taşı başardı.

Kuantum Teknolojisine Yatırım

Kuantum bilgisayarlar, bilgi işlem yeteneğinde büyük bir sıçrama işareti olduğundan, dünya çapında sayısız laboratuvar, üniversite, şirket ve devlet kurumu kuantum bilgisayar teknolojisi geliştiriyor. 

Bu yüzden, yatırım fırsatlarından bahsederken, kuantum donanımının öncüsü Amazon (AMZN ), Intel (INTC ), ve Microsoft (MSFT ) gibi şirketlerin bu alana aktif olarak baktığını görüyoruz. Ancak bugün, kuantum donanımının öncüsü IBM (IBM )‘in yatırım potansiyeline bir göz atacağız, 

International Business Machines Corporation (IBM )

IBM’in 127 kuantum bitlik işlemcileri USC deneyinde kullanıldı. Kasım 2021’in sonlarında IBM bu işlemciyi Eagle adıyla tanıttı; bu, 2020’de piyasaya sürülen 65 kuantum bitlik ‘Hummingbird’ işlemcisinin ve bir yıl önceki 27 kuantum bitlik ‘Falcon’ işlemcisinin ardından geldi.

USC aslında bir IBM Quantum Innovation Center iken, Quantum Elements IBM Quantum Network içinde bir startup.

Alana odaklı çabalar için şirket, ilk büyük ölçekli hata toleranslı kuantum bilgisayarı inşa etmeyi hedefleyen IBM Quantum adlı özel bir platforma sahip. Teknoloji devi, 2029 yılına kadar 200 mantıksal kuantum bit üzerinde 100 milyon kapıyı doğru bir şekilde çalıştıran bir sistem sunmayı amaçlıyor. Bu sistemle IBM, “kuantum bilgisayarların tam gücünü gerçekleştirmek için ilk uygulanabilir yolu açacak.”

IBM, New York kampüsünde “Starling” adlı bu kuantum bilgisayarını inşa ediyor ve derin, hata düzeltilmiş bir devreyi destekleyecek. Yol haritasına göre, şirket bu yılın ilerleyen zamanlarında yeni bir IBM Quantum Nighthawk işlemcisi çıkarmayı da planlıyor.

Geçen ay, Japonya’daki bir araştırma merkezine Quantum System Two’yi kurdu. Ve bu hafta, teknoloji devi, CEO’sunun bu yıl “kuantum avantajının burada olduğuna güvenle” bir gösterim yapmayı beklediği Qedma adlı startup’ın 26 milyon dolarlık finansman turuna katıldı. Qedma, IBM’in Qiskit Functions Catalog aracılığıyla zaten mevcut ve kuantumu son kullanıcılar için erişilebilir kılıyor.

Kuantum teknolojisinde lider olmasına rağmen, şirket esas olarak bulut, yapay zeka ve danışmanlık uzmanlığıyla tanınıyor; bu hizmetleri Yazılım, Danışmanlık ve Altyapı segmentleri aracılığıyla sunuyor.

IBM’nin piyasa performansına bakarsak, 268,6 milyar dolarlık piyasa değerine sahip şirketin hisse senetleri yazı itibarıyla 289 dolar seviyesinde, YTD %30,85 artış gösteriyor. IBM hisseleri son üç yılda %145 artışla yeni zirvelere ulaşarak, kendisini bir sonraki nesil kurumsal teknoloji sağlayıcısı olarak konumlandırdı.

Şirketin EPS (TTM) değeri 5,85, P/E (TTM) 49,81 ve ROE (TTM) 21,95% olarak bulunuyor. Hissedarlar için temettü getirisi ise çekici bir %2,31.

Finansal performansına gelince, IBM 2025’in ilk çeyreğinde gelirini %1 artırarak 14,5 milyar dolara yükseltti. GAAP brüt kar marjı %55,2, non‑GAAP brüt kar marjı %56,6 oldu. Faaliyetlerden elde edilen net nakit 4,4 milyar dolar, serbest nakit akışı ise 2 milyar dolar.

CEO Arvind Krishna, gelirin, kârlılığın ve serbest nakit akışının beklentileri aşmasını “güçlü jeneratif AI talebi”ne bağladı ve IBM’in “teknoloji ve küresel ekonomi için uzun vadeli büyüme fırsatları konusunda iyimser” kalmaya devam ettiğini belirtti.

En Son IBM Hisse Senedi Haberleri ve Gelişmeler

Sonuç

Problemin boyutuyla ölçeklenen bir algoritmik kuantum hızlanmasını göstermek, kuantum bilgisayarların kullanımını kanıtlamanın anahtarıdır. Bu nedenle, koşulsuz bir üstel hızlanmanın gösterimi, kuantum bilgisayarında dönüm noktasıdır ve bugünkü cihazların klasik sınırlamalardan kurtulabildiğini kanıtlamaktadır.

Araştırmacıların bu başarısı, oracle algoritmaları için kuantum hızlanmalarının kapsamını önemli ölçüde genişletiyor, ampirik kuantum avantajı sonuçlarının sınırlarını genişletiyor ve pratik açıdan ilgili algoritmaların nihayet erişilebilir olduğunu gösteriyor.

Genel olarak, kuantum bilgisayarların pratik, günlük uygulamalara doğru yolculuğu hâlâ devam ediyor ve kuantum teknolojisinin tam gücünü ortaya çıkarmak için sürekli iyileştirmeler yapılıyor!

En iyi kuantum bilgisayar şirketlerinin listesi için buraya tıklayın.

Referans Alınan Çalışmalar:

1. Singkanipa, P.; Kasatkin, V.; Zhou, Z.; Quiroz, G.; Lidar, D. A. Abelian Gizli Altgrup Problemi için Algoritmik Kuantum Hızlanmasının Gösterimi. Phys. Rev. X 2025, 15 (2), 021082. https://doi.org/10.1103/PhysRevX.15.021082
2. Vezvaee, A.; Tripathi, V.; Morford-Oberst, M.; Butt, F.; Kasatkin, V.; Lidar, D. A. Transmons Kullanarak Yüksek Doğruluklu Dolanık Mantıksal Kuantum Bitlerinin Gösterimi. arXiv 2025, arXiv:2503.14472. https://doi.org/10.48550/arXiv.2503.14472