Kuantum Bilgisayarı Koşulsuz Üstel Hızlanma Sağlıyor

Daha önce sadece kağıt üzerinde ifade edilenler artık eylemle ispatlandı. Kuantum hesaplamanın vaadi gerçekte başarıldı, çünkü klasik bilgisayarları katlanarak ve koşulsuz olarak yen¹.

Bunun için USC Viterbi Mühendislik Okulu'nda Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği profesörü olan Daniel Lidar liderliğindeki bir araştırma ekibi, IBM'in akıllı hata düzeltme ve güçlü 127-kübit işlemcilerini kullanarak,Simon probleminin bir varyasyonu olan bu problem, kuantum makinelerinin artık klasik sınırlamalardan kurtulduğunu gösteriyor.

Kuantum Bilgisayarı Klasik Sınırları ve Gürültüyü Nasıl Aşar?

Onlarca yıldır klasik bilişim norm olmuştur. Ancak son yıllarda, kuantum hesaplama önemli bir gelişme kaydetti. 

Bilgisayar biliminin yeni ortaya çıkan bir alanı olan kuantum hesaplama, kuantum teorisinin (atomik ve atom altı düzeylerde maddenin ve enerjinin doğasını ve davranışını açıklayan) ilkelerinden yararlanarak hesaplama hızlarını önemli ölçüde artırır.

Kuantum fiziğini kullanarak, kuantum hesaplama günlük hayatta kullandığımız klasik bilgisayarlar için çok karmaşık olan sorunları çözmeyi amaçlar. Aslında, kuantum hesaplama geleneksel bir süper bilgisayarın bile yüz binlerce yılını alabilecek belirli karmaşık simülasyon sorunlarını çözebilir.

Kuantum bilişiminin temel hedeflerinden biri, kimya, kriptografi, optimizasyon ve diğer alanlarda gelecekte çığır açacak buluşlara olanak sağlamak için klasik bilgisayarlara kıyasla gerçek bir algoritmik avantaj elde etmektir.

Ancak bu, süperpozisyon ve dolanıklık gibi kuantum özelliklerinin avantajını kullanan özel kuantum hesaplama donanımı ve algoritmaları gerektirir. Ayrıca, gürültü kuantum bilgisayarlar için büyük bir sorundur.

Öte yandan, günümüzün kusurlu ve gürültülü kuantum donanımlarında klasik bilgisayarlara kıyasla algoritmik üstünlük sağlamak hâlâ bir zorluktur.

Tasarımcılar NISQ makineleri gibi yeni çözümler keşfetmeye başladılar, ancak bu gürültülü orta ölçekli kuantum (NISQ) cihazları, birkaç yüz kübitlik nispeten küçük ölçek.

Ayrıca, dekoherans (bir sistemin çevresine olan bilgisinin kaybolması anlamına gelen kuantum tutarlılığının kaybı) ve kontrol hataları nedeniyle performans düşüklüğü yaşamaya eğilimlidirler. 

Yani, bu cihazlarda algoritmik kuantumu hızlandırmaya odaklanılıyor, ki bu da basitçe bir ölçekleme avantajıdır. Bu tür gösterilerden birkaçı yapılmış olsa da, bunlarda seçilen problemlerin karmaşıklığı, ya kısıtlı bir klasik algoritma kümesinin zorluğuna ya da hesaplama karmaşıklığı varsayımlarına dayanıyordu.

Son zamanlarda, kanıtlanmamış varsayımlara dayanmayan algoritmik bir kuantum hızlandırma oracle modelinde gösterildi. Bu, NISQ aygıtları için yaygın bir hata bastırma tekniği olan dinamik ayırma (DD) yoluyla istenmeyen gürültünün ortadan kaldırıldığı bir IBM Quantum işlemcisine yerleştirildiğinde gözlemlenen bir Bernstein-Vazirani algoritması için gösterildi. 

Şimdi, Güney Kaliforniya Üniversitesi'ndeki araştırma ekibi, Simon'ın probleminin bir varyasyonunu uygulayarak gürültü sorununu ele alıyor. Bu, teoride kuantum algoritmalarının bir görevi klasik emsallerinden kat kat daha hızlı, koşulsuz olarak çözebildiği iyi bilinen bir örnektir.

Simon'un problemi, kuantum hesaplama alanını başlatmak için kullanılabilecek olan Shor algoritmasının öncüsüdür. 

Oracle modelinde kanıtlanmış bir üstel kuantum hızlandırma olması da orijinal problemler arasındadır. Problemin klasik bir bilgisayarda çözülmesi üstel zaman gerektirir, ancak sessiz bir kuantum bilgisayarda, Oracle sorgularının sayıldığını varsayarak yalnızca doğrusal zaman alır, ancak yürütmek için harcanan kaynakları hesaba katmayız.

Bu problemde, Abelian gizli alt grubu, özdeşliği ve gizli bir b dizesini içerir ve amaç b'yi belirlemektir; yani temel olarak matematiksel bir fonksiyonda gizli tekrar eden bir deseni bulmaktır.

Daha basit bir ifadeyle, oyuncuların oyun sunucusu yani "kahin" dışında kimsenin bilmediği gizli bir sayıyı tahmin etmeye çalıştığı bir tahmin oyununa benziyor.

Kutsal sayı, bir oyuncu kahinin verdiği cevapların aynı olduğu iki sayıyı tahmin ettiğinde ortaya çıkar ve o oyuncu kazanır. Klasik oyuncularla karşılaştırıldığında, kuantum oyuncuları bu oyunu kat kat daha hızlı kazanabilirler. 

Koşulsuz Kuantum Hızlandırmayı Elde Etmek

Kuantum bilgisayarların yardımıyla hesaplamayı hızlandırarak gerçek anlamda yeni malzemeler keşfetmek, kodları kırmak ve yeni ilaçlar tasarlamak için bunların işlevsel olması gerekiyor.

Ancak yukarıda belirttiğimiz gibi, gürültü veya hatalar engel teşkil eder. Kuantum makinesinde hesaplamalar sırasında üretilen hatalar, kuantum bilgisayarlarını klasik bilgisayarlardan bile daha az güçlü hale getirir. Şimdiye kadar öyleydi.

USC'den Lidar, kuantum hata düzeltme üzerinde çalışıyor ve buluta kıyasla kuantum üstel ölçekleme avantajı gösterdi.

Bu durum, Lidar'ın USC ve Johns Hopkins'ten işbirlikçileriyle birlikte çalıştığı 'Abelian Gizli Alt Grup Problemi için Algoritmik Kuantum Hızlandırmanın Gösterimi' adlı makalede ayrıntılı olarak açıklanmıştır.

"Daha önce polinomsal hızlanma gibi daha mütevazı hızlanma türlerinin gösterileri olmuştu. Ancak üstel hızlanma, kuantum bilgisayarlarından görmeyi beklediğimiz en dramatik hızlanma türüdür."

- Önderlik etmek

Lidar'a göre kuantum bilişimindeki en büyük atılım, genel bilgisayarlarımıza kıyasla ölçekleme hızında tüm algoritmaları gerçekten yürütebileceğimizi göstermektir. Ancak açıkladığı gibi, bu, işleri 100 kat daha hızlı yapabileceğiniz anlamına gelmez.

Ancak ölçekleme hızlandırmasının anlamı, "bir problemin boyutunu daha fazla değişken ekleyerek artırdıkça, kuantum ve klasik performans arasındaki farkın büyümeye devam etmesidir. Üstel bir hızlanma ise, performans farkının her ek değişken için yaklaşık iki katına çıkması anlamına gelir," diye açıkladı Lidar.

Ardından takımın gösterdiği hızın "koşulsuz" olduğunu belirtti. Şimdi, bu, hızlanmanın kanıtlanmamış herhangi bir varsayıma bağlı olmadığı anlamına geliyor. 

Önceki hızlandırma iddiaları, kuantum algoritmasını kıyaslayacak daha iyi bir klasik algoritmanın olmadığı varsayımına ihtiyaç duyuyordu. 

Buradaki ekip, kuantum bilgisayarı için uyarladıkları bir algoritmayı kullanarak "Simon'ın problemi"nin bir varyasyonunu çözdü.

USC'de doktora araştırmacısı olan ve makalenin ilk yazarı olan Phattharaporn Singkanipa, "Üstel hızlanmanın anahtarı donanımdan mümkün olan en iyi performansı almak: daha kısa devreler, daha akıllı darbe dizileri ve istatistiksel hata azaltma" şeklinde belirtti.

Ekip bunu dört farklı şekilde başardı. Araştırmacılar öncelikle, izin verilen gizli sayı sayısını kısıtlayarak veri girişini sınırladılar. Teknik olarak bu, gizli sayılar kümesinin ikili gösterimindeki 1 sayısını sınırlandırarak yapılır. Bu, normalde ihtiyaç duyulandan daha az kuantum mantık işlemine yol açarak hata oluşma olasılığını azalttı.

Daha sonra, belirli bir kuantum aygıtının topolojisine uyması için verilen bir girdiyi yeniden yazma süreci olan transpilasyon yoluyla gerekli kuantum mantık işlemlerini sıkıştırdılar.

Daha sonra, "dinamik ayrıştırma" adı verilen bir yöntem uygulandı ve araştırmacıların kuantum hızlandırma gösterme becerisi üzerinde en büyük etkiye sahip oldu. Bu yöntem, bir kübitin davranışını gürültülü ortamından ayırmak ve kuantum işlemeyi yolunda tutmak için dikkatlice tasarlanmış darbe dizileri uygulamayı içerir.

Son olarak, araştırmacılar belirli hataları bulup düzeltmek için Ölçüm Hatası Azaltma (MEM) yöntemini uyguladılar. Bu adımın amacı, algoritmanın sonunda kübitlerin durumunun ölçülmesindeki kusurlar nedeniyle dinamik ayrışmanın bıraktığı hataları düzeltmektir.

Kuantum Faydasına Giden Yolu Hazırlamak

Kuantum mekaniksel olguları kullanarak karmaşık sorunları çözen kuantum bilişiminin lojistik, malzeme bilimi, finansal modelleme, yapay zeka ve siber güvenlik gibi alanlarda önemli avantajlar sağlamasıyla, pazar önemli katkılar ve büyüme görüyor.

Topluluk ayrıca kuantum işlemcilerin hedeflenen görevlerde klasik emsallerinden nasıl daha iyi performans gösterebileceğini göstermeye başladı.

USC Dornsife Edebiyat, Sanat ve Bilim Fakültesi'nde Kimya ve Fizik profesörü ve aynı zamanda kuantum faydalarını ölçeklendirmenin ve kullanıcıları kuantum bilgisayarlarıyla buluşturmanın yolunu açan bir şirket olan Quantum Elements'in kurucu ortağı olan Lidar, "Sonuçlarımız, günümüz kuantum bilgisayarlarının ölçeklenebilir bir kuantum avantajına sahip olduğunu gösteriyor." dedi.

Birkaç ay önce Quantum Elements ekibi rapor² bir atılım gerçekleştiriyorlar. Onların yeni tekniği, mantıksal dinamik ayrıştırma, kuantum hesaplamada sürekli bir zorluk olan mantıksal hataları ele alıyor.

Ekip, bu özel yolun, geleneksel hata düzeltme kodlarının çözemediği hataları nasıl önlediğini ve bunu yaparken de sınırlı bir kübit ayak izini nasıl koruduğunu gösterdi. 

Hata düzeltmeyi mantıksal dinamik ayrıştırma ile birleştirerek ekibin, dolaşık mantıksal kübitlerin doğruluğunu önemli ölçüde artırmasına olanak tanıdılar ve pratik kuantum uygulamalarını gerçeğe çok daha yakın hale getirdiler.

Lidar, son araştırmayla birlikte "kuantum performans avantajının tartışılmasının giderek zorlaştığını", çünkü gösterilen üstel hızlanmanın "koşulsuz" olması nedeniyle performans ayrımının geri çevrilemeyeceğini söyledi.

MKS ders çalışma iki farklı IBM Quantum işlemcisi kullanılarak sorunun kısıtlı Hamming ağırlıklı (HW) versiyonu için kesin bir algoritmik kuantum hızlandırma gösterir. Araştırmacılar, hesaplama DD tarafından korunduğunda gelişmiş bir kuantum hızlandırma buldular. MEM kullanımı ölçekleme avantajını daha da artırdı.

Hata bastırma için MEM ve dinamik bağlantı kullanıldı ve gerçek kuantum aygıtları için sorunu uyarlamak üzere değiştirildi. Donanım sınırlamalarına rağmen kuantum tutarlılığını korumaya ve doğruluğu artırmaya yardımcı oldular. 

Araştırmacılar yaptıkları deneylerle, NISQ algoritmalarını Shor algoritması aracılığıyla kuantum hızlandırmanın bir gösterimine çok daha fazla yaklaştırdılar ve böyle bir gösterimde kuantum hata bastırma tekniklerinin oynadığı önemli rolü vurguladılar.

Araştırmacılara göre, gerçek kuantum donanımında sorunu çözmede üstel bir hızlanma göstermek, "alan için önemli bir dönüm noktası." Teori ile pratik arasındaki boşluğu kapatmanın yanı sıra, sonuçları aynı zamanda mevcut kuantum işlemcilerinin büyüyen yeteneklerini de vurguluyor. Çalışmada şunlar kaydedildi:

"Donanım gelişmeye devam ettikçe, yaklaşımımız yakın gelecekte kuantum avantajının daha da güçlü gösterimlerinin önünü açıyor." 

Tüm bunlara rağmen, tahmin oyunlarını kazanmanın ötesinde teknolojinin pratik bir uygulaması yok. Bu aslında alandaki diğer gelişmeler için de geçerli oldu.

Girişim sermayesi firması Runa Capital'de ortak olan Francesco Ricciuti, Google'ın kuantum hesaplamada büyük bir atılım olduğunu söylediği yeni çipi Aralık ayında tanıttığında CNBC'ye "Kuantum için bir ChatGPT anına ihtiyacımız var" demişti.

Google'ın kuantum çipi, 105 kübitlik Willow adını taşıyor ve kübit sayısı arttıkça hataları "üstel olarak" azaltabildiği bildiriliyor. Google Quantum AI'nın kurucusu Hartmut Neven, "bu, alanın neredeyse 30 yıldır uğraştığı kuantum hata düzeltme alanındaki temel bir zorluğun üstesinden geliyor" dedi.

Willow, günümüzün en hızlı süper bilgisayarlarının 10 septilyon yıl süreceği bir hesaplamayı beş dakikadan kısa bir sürede gerçekleştirdi.

Ricciuti o zamanlar, "Normal bilgisayarlar için kuantum bilgisayarlarla çözebilecekleri gerçekten yüksek bir problemi tanımlamaya çalışıyorlar. Bunu başarabilmeleri şaşırtıcı, ancak bunun gerçekten yararlı olduğu anlamına gelmiyor," demişti.

Google bile RCS kıyaslamasının “bilinen gerçek dünya uygulamalarının olmadığını” ve yaptıkları ve yeni bilimsel keşiflere yol açan “kuantum sistemlerinin bilimsel olarak ilginç simülasyonlarının” da “hala klasik bilgisayarların erişim alanında” olduğunu söyledi.

Ancak teknoloji devi, yalnızca klasik bilgisayarların erişiminin ötesinde değil, aynı zamanda "gerçek dünyadaki ticari açıdan önemli sorunlar için de yararlı" olan algoritmalar alanına adım atmak için çalışıyor.

Google Quantum AI'da donanım yöneticisi olan Julian Kelly, bu yılın başlarında, "gerçek bir atılımın, yalnızca bir kuantum bilgisayarında çözebileceğiniz pratik bir uygulamanın gerçekleşmesine yaklaşık beş yıl" kalabileceğimizi söylemişti.

Nvidia CEO'su Jensen Huang da kuantum hesaplamanın "olağanüstü etki yaratabileceğine" inanıyor ancak bu teknolojinin "çılgınca karmaşık" olduğunu da belirtti.

Lidar'a göre, "kuantum bilgisayarların pratik bir gerçek dünya sorununu çözdüğü iddia edilebilmesi için yapılması gereken çok daha fazla iş var." Ve bu, cevabı önceden bilen kahinlere bağlı olmayan hızlandırmalar gerektirecektir. Dahası, uyumsuzluğu ve gürültüyü daha da azaltmak için yöntemlerde önemli ilerlemeler kaydetmemiz gerekecektir. 

Yine de, kuantum bilgisayarlarının daha önce sadece "kağıt üzerinde bir vaadi" olan üstel hızlanmaları göstererek araştırmacılar, kutlanmaya değer önemli bir dönüm noktasına ulaştılar.

Kuantum Teknolojisine Yatırım Yapmak

Kuantum bilgisayarların hesaplama yeteneklerinde büyük bir sıçramaya işaret etmesiyle birlikte, dünya çapında çok sayıda laboratuvar, üniversite, şirket ve devlet kurumu kuantum hesaplama teknolojisi geliştiriyor. 

Yani yatırım fırsatlarına gelince, Amazon (AMZN + 1.32%), Intel (INTC + 9.38%), ve Microsoft (MSFT + 0.43%) diğerleri arasında uzayı aktif olarak keşfedenler de var. Ancak bugün, yatırım potansiyeline bir göz atacağız IBM (IBM + 0.93%)Kuantum donanımında öncü. 

International Business Machines Corporation (IBM + 0.93%)

IBM'in 127 kübitlik işlemcileri USC deneyinde de kullanıldı. IBM, Eagle adını verdiği bu işlemciyi ilk kez Kasım 2021'in sonlarında tanıttı. Bu işlemci, 65'de piyasaya sürülen 2020 kübitlik 'Hummingbird' işlemcisinin ve bir yıl önce piyasaya sürülen 27 kübitlik 'Falcon' işlemcisinin ardından geliyordu.

USC aslında bir IBM Quantum İnovasyon Merkezi iken, Quantum Elements ise IBM Quantum Network'teki bir girişimdir.

Sahada odaklanmış çabalar için şirket, ilk büyük ölçekli hata toleranslı kuantum bilgisayarını inşa etmeyi amaçlayan IBM Quantum adlı özel bir platforma sahiptir. Teknoloji devi, 100 yılına kadar 200 mantıksal kübitte 2029 milyon kapıyı doğru bir şekilde çalıştıran bir sistem sunmayı hedefliyor. IBM, bu sistemle "kuantum hesaplamanın tüm gücünü gerçekleştirmenin ilk uygulanabilir yolunu açacak."

IBM, New York kampüsünde "Starling" adlı bu kuantum bilgisayarını inşa ediyor ve bu bilgisayar derin, hata düzeltilmiş bir devreyi destekleyecek. Şirket, yol haritasına göre bu yılın ilerleyen zamanlarında piyasaya sürülecek yeni bir IBM Quantum Nighthawk işlemcisi de planlıyor.

Geçtiğimiz ay, Japonya'daki bir araştırma merkezinde bir Quantum System Two konuşlandırdı. Ve bu hafta, teknoloji devi, CEO'sunun bu yıl "kuantum avantajının burada olduğuna güvenle" kanıtlamayı beklediği Qedma adlı startup'ın 26 milyon dolarlık finansman turuna katıldı. Qedma, kuantumu son kullanıcılar için erişilebilir kılan IBM'in Qiskit Functions Catalog'u aracılığıyla halihazırda mevcuttur.

Kuantum teknolojisine öncülük eden şirket, esas olarak Yazılım, Danışmanlık ve Altyapı segmentleri aracılığıyla sağladığı bulut, yapay zeka ve danışmanlık uzmanlığıyla tanınıyor.

IBM'in piyasa performansına baktığımızda, 268.6 milyar dolarlık piyasa değerine sahip şirketin hisseleri, yazının yazıldığı tarih itibarıyla %289 artışla 30.85 dolardan işlem görüyor. IBM hisseleri, şirketin kendisini yeni nesil kurumsal teknoloji sağlayıcısı olarak tanıtmasıyla birlikte son üç yılda %145 oranında değer kazanarak iyi bir dönem geçiriyor.

5.85'lik bir EPS (TTM), 49.81'lik bir P/E (TTM) ve %21.95'lik bir ROE (TTM) oranına sahiptir. Bu arada, hissedarlara sunulan temettü getirisi cazip bir %2.31'dir.

Finansal performansına gelince, IBM 1'in ilk çeyreğinde gelirinde %14.5 artışla 2025 milyar dolara ulaştığını bildirdi. GAAP brüt kar marjı %55.2 ve GAAP dışı brüt kar marjı %56.6 idi. İşletme faaliyetlerinden elde edilen net nakit 4.4 milyar dolar iken, serbest nakit akışı 2 milyar dolardı.

CEO Arvind Krishna, gelir, karlılık ve serbest nakit akışının beklentileri aşmasını "üretken yapay zekaya olan güçlü talebe" bağladı ve IBM'in "teknoloji ve küresel ekonomi için uzun vadeli büyüme fırsatları konusunda iyimser" kaldığını belirtti.

En Son IBM Hisse Senedi Haberleri ve Gelişmeleri

Sonuç

Problemin büyüklüğüne göre ölçeklenen algoritmik bir kuantum hızlandırma göstermek, kuantum bilgisayarlarının faydasını ortaya koymanın anahtarıdır. Dolayısıyla, koşulsuz, üstel bir hızlandırmanın gösterilmesi, kuantum hesaplamada bir dönüm noktasıdır ve günümüz cihazlarının klasik sınırlardan kurtulabileceğini kanıtlar. 

Araştırmacıların bu başarısı, kehanet algoritmaları için kuantum hızlandırmalarının kapsamını önemli ölçüde genişletiyor, deneysel kuantum avantajı sonuçlarının sınırını genişletiyor ve pratik olarak ilgili algoritmaların nihayet ulaşılabilir olduğuna işaret ediyor.

Genel olarak, kuantum bilgisayarlarının pratik, günlük uygulamalara doğru yolculuğu, kuantum teknolojisinin tüm gücünü açığa çıkarmak için sürekli iyileştirmelerle birlikte hâlâ devam ediyor!

En iyi kuantum bilişim şirketlerinin listesi için buraya tıklayın.

Atıf Yapılan Çalışmalar:

1. Singkanipa, P.; Kasatkin, V.; Zhou, Z.; Quiroz, G.; Lidar, DA Abelian Gizli Alt Grup Problemi için Algoritmik Kuantum Hızlandırmasının Gösterimi. Fizik. 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, DA Transmons Kullanılarak Yüksek Doğrulukta Dolaşık Mantıksal Kübitlerin Gösterimi. arXiv 2025, arXiv:2503.14472. https://doi.org/10.48550/arXiv.2503.14472