Kuantum Üstünlüğüne Ulaşmak Mümkün Mü?

Bilim insanları bozon örneklemesi adı verilen yeni bir kuantum hesaplama türünün, hiçbir klasik bilgisayarın makul bir sürede gerçekleştiremeyeceği hesaplamaları yapabileceğini belirtmişlerdir. Kuantum üstünlüğü olarak bilinen bu başarı, Google'ın 2019'da Sycamore cihazının bunu başardığını söylemesinden sonra bir kuantum algoritması için ikinci kez iddia edilmiştir. Bozon örneklemesi, tek bir ışık huzmesini farklı yönlerde yayılan iki ışına bölen bir ışın ayırıcıdan geçerken görüntülenen fotonların yani ışık parçacıklarının garip bir kuantum özelliğine dayanmaktadır. Bilim insanları iki özdeş foton ışın ayırıcıya tam olarak aynı anda çarparsa, birbirlerinden ayrılmayacaklarını, bunun yerine, birbirlerine yapışacaklarını ve her ikisinin de aynı yönde ilerleyeceklerini belirtmişlerdir. Bir dizi ışın ayırıcıdan çok sayıda fotonu arka arkaya çekerseniz, fotonların yollarında klasik bilgisayarlarla benzetimi veya tahmin edilmesi olağanüstü zor olan desenler ortaya çıkmaya başlar. Bu kurulumda olası foton yolu kümelerini bulmaya bozon örneklemesi denmekle birlikte bir bozon örnekleme cihazının, çok dar bir amaca sahip olsa da bir tür kuantum bilgisayarı olduğu belirtilmiştir. Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi'nden Jian-Wei Pan liderliğindeki bir ekip, 300 ışın ayırıcı ve 75 aynadan oluşan bir labirente gönderilen lazer darbelerini kullanarak Jiuzhang adlı bir bozon örnekleme cihazı inşa ettiklerini bildirmişlerdir. Araştırmacılar mükemmel bir bozon örnekleyicisinin birçok denemede aslına uygunluğunun 1 olacağını, yani teorik tahminlerle tamamen eşleşeceğini ifade etmişlerdir. Ekip, Jiuzhang'ın sadakatinin 0.99 olduğunu belirtmiştir. Araştırmacılar, klasik bir bilgisayarda bozon örneklemesini böylesine yüksek bir sadakatle simüle etmenin imkansız olacağını hesaplamış olmakla birlikte dünyanın en güçlü klasik bilgisayarı olan Japon Fugaku süper bilgisayarının, Jiuzhang'ın sadece 200 saniyede yapabildiklerini gerçekleştirmek için 600 milyon yıl alacağını, en güçlü dördüncü süper bilgisayar olan Sunway TaihuLight için 2,5 milyar yıl süreceğini belirtmişlerdir.

Google'ın kullandığı süper iletken kübitlerden tamamen farklı bir donanım

Austin Texas Üniversitesi'nden Scott Aaronson, bunun, birçok insanın şüphe duyduğu fotonik bozon örneklemesini kullanarak kuantum üstünlüğüne ulaşmanın mümkün olduğunu gösterdiğini ve Google'ın kullandığı süper iletken kübitlerden tamamen farklı bir donanım paternini temsil ettiğini ifade etmiştir. Bu etkileyici bir başarı olsa da, kuantum üstünlüğü yalnızca bu cihazın son derece özel bir görevde klasik bilgisayarlardan daha iyi olduğu anlamına gelmektedir. Aaronson, bunun ölçeklenebilir bir kuantum bilgisayar veya evrensel bir kuantum bilgisayar veya yararlı bir kuantum bilgisayarı inşa etmek anlamına gelmediğini sözlerine eklemiştir. Bilim insanları bozon örnekleme mekanizmasının araştırmacıların deneyi duraklatmasına, ölçümler yapmasına ve bazı fotonları yeniden yönlendirmesine izin verecek şekilde değiştirilmesine, farklı hesaplama türleri yapmasına izin verebileceğini ancak bir sonraki adıma ulaşmanın olağanüstü zor olacağını belirtmişlerdir. Ayrıca o zamana kadar, bozon örneklemesinin çok az pratik kullanımı olabileceğini vurgulamışlardır. Aaronson, bozon örneklemesinin, kuantum üstünlüğünü göstermenin yanı sıra kendi içinde herhangi bir uygulaması olup olmadığının açık olmadığını belirtmiş bununla birlikte, kuantum kimyasında veya şifreleme için rastgele sayılar üretmenin yararlı olabileceğini sözlerine eklemiştir.