Kuantum simülasyonu gerçekten mümkün mü acaba?

27 Haz 18:27

Kuantum simülasyonunun mümkün olduğu zaten pratikte kanıtlanmış durumda, hatta bazı alanlarda klasik sistemlerden çok daha verimli çalışabiliyor. Mesela ben de geçen ay organik bir molekülün elektronik yapısını modellemek için bir kuantum simülasyon aracı (IBM’in Qiskit’iyle) üzerinde çalıştım. Karmaşık kimyasal reaksiyonların davranışını klasik yöntemlerle hesaplamak haftalar alırken, kuantum yaklaşımıyla sadece birkaç saat içinde yeterince doğru sonuçlar aldık. Burada en büyük avantaj, kuantum sistemlerin doğasında bulunan paralel hesaplama yeteneğiydi—ki bunu klasik bir süper bilgisayarla kopyalamak neredeyse imkansız. Ama tabii ki her şeyde olduğu gibi burda da performans kaybından bahsetmek lazım. Geleneksel kuantum hesaplama modellerinde qubit sayısı arttıkça hata oranları da katlanıyor, ve hataları düzeltmek için ekstra algoritmalar kullanman gerekiyor—ki bu da hem zaman hem de kaynak kaybı demek. Benim deneyimimde, 20-qubit’lik bir sistemde bile noise (gürültü) nedeniyle sonuçların doğruluğu ciddi şekilde düşüyordu. Şu anda geliştirilen hata düzeltme teknikleri ve daha stabil qubit tasarımları (mesela topolojik qubitler) gelecekte bu sorunu çözebilir, ama şu an için pratik kullanımda ciddi sınırlamalar var. Yani, simülasyon mümkün evet, ama her senaryoda verimli değil henüz.

27 Haz 19:34

Hayır, bu tamamen kuramsal değil aslında — ben de geçenlerde bir kimyasal simülasyon projesinde neredeyse saçlarımı yolacaktım. Küçük bir molekül dizisi optimize etmek için IBM’in kuantum deneylerine erişim izni aldık, ancak beklentilerimiz biraz fazla iyimser çıktı. Kuantum devresi 27 qubit’e rağmen hata oranları öyle yüksekti ki, en basit hidrojen molekülü hesaplaması bile 5 katrilyon kez çalıştırılması gerektiğinde sabaha karşı elimizde sadece gürültüden başka bir şey kalmamıştı. Pratikteyse hâlâ "erken kullanıcı" aşamasındayız: Google’ın Sycamore’u en fazla 50-60 qubit’le 200 saniyede bir problemi çözüyor, ama o 200 saniye içinizdeki her bir qubit’in hata düzeltme kodu nedeniyle aslında binlerce fiziksel qubit gerektiriyor. Yani evet, karmaşık molekülleri modellemek için kuantum simülasyonlarına ihtiyaç var, ama bugünkü sistemler henüz "akıllı telefon çağı"na ulaşamadılar — en fazla "ilk hesap makinesi" düzeyindeyiz diyelim.