VTT yakın zamanda Finlandiya’nın 20 süper iletken kübit kullanan ikinci kuantum bilgisayarının tamamlandığını duyurdu. IQM Quantum Computers ile ortaklaşa gerçekleştirilen çalışma, 2024 yılı sonuna kadar 50 kübitlik bir makine üretmeye yönelik yol haritasındaki bir başka adımdır.
Hükümet, Kasım 2020’de toplam bütçesi 20,7 milyon Euro’yu aşan “Finlandiya kuantum bilgisayar geliştirme eylemi” adlı bir proje başlatarak bu nihai hedefle yola çıktı. Beş kübit kullanan ilk kuantum bilgisayar 2021’de tamamlandı. 20 kübitlik ikincisi ise Ekim 2023’te tamamlanarak ülkenin 2024 yılı sonuna kadar 50 kübitlik bir makineye sahip olması planlandı. İlerleme göz önüne alındığında, Finlandiya hükümeti hedeflerini artırdı.
Şimdi 300 kübitlik bir makineye ölçeklendirmek istiyor ve bu hedefe ulaşmak için toplam bütçeyi 70 milyon Euro’ya çıkardı. Araştırmacılar 300 kübitlik makineyle kuantum üstünlüğüne ulaşmayı bekliyorlar.
Yeni 20 kübitlik kuantum bilgisayar, beş kübitlik sistemle aynı yerde bulunuyor; Espoo, Finlandiya’nın güneyinde, mikro ve nanoteknolojiye yönelik ulusal araştırma altyapısı olan Micronova’nın VTT bölümünde. 20 kübitlik makine, 50 kübite kadar ölçeklendirme için gereken yöntemler hakkında daha fazla bilgi edinmek için bir teknoloji göstericisidir.
İlerleme gösterme ve ilerledikçe öğrenme
Şu ana kadar Finlandiya’da geliştirilen iki kuantum bilgisayar, süper iletken kübitlere dayanıyor. Bu teknoloji seçimi çoğunlukla ülkedeki süperiletkenlik araştırmalarındaki köklü gelenekten kaynaklanmaktadır; VTT, 1990’lardan bu yana süperiletken sensörler üzerinde çalışmaktadır.
VTT’de mikroelektronik ve kuantum teknolojileri araştırma müdürü Pekka Pursula, “Çok fazla alternatif var” diyor. “Buna iyonlar, atomlar ve fotonik kuantum bilgisayarları da dahildir. Bunların her birinin göreceli avantajları vardır. Ancak şu anda süper iletken platformun, kübitlerin sayısı ve kalitesi, kontrol vb. dahil olmak üzere ölçeklendirme açısından en olgun platform olduğunu düşünüyorum. Ancak uzun vadede hangi teknolojinin kuantum avantajını en verimli şekilde sağlayacağı belli değil.”
Şu ana kadar VTT ve IQM yolun her adımında yeni şeyler öğrendi. Bu öğrendikleri, iyileştirmeler yapmalarına ve hırslarını artırmalarına olanak sağladı. Beş kübitlik makineyle öğrenilen en büyük şeylerden biri, onu LUMI süper bilgisayarına nasıl bağlayacakları ve belirli görevleri bir süper bilgisayardan bir kuantum cihazına aktarmak için hibrit bir kurulumu nasıl kullanabilecekleriydi.
Ayrıca, özellikle kübitlerin çok düşük sıcaklıklarda tutulması gerektiğinden, daha karmaşık bir düzenleme olan 2 boyutlu mimariden 3 boyutluya nasıl geçileceğini de öğrendiler. Kübitleri soğuk tutmak, soğutma elemanlarını tüm doğru yerlere getirmek anlamına gelir; bu da bileşenler yan yana yerleştirmek yerine istiflendiğinde çok daha zordur.
“Beş kübitlik bir QPU’da [quantum processing unit]Pekka, “Tüm kübitlere giden tüm kontrol ve okuma hatları 2D olarak yönlendirilebiliyor, böylece tüm kübitler QPU’nun kenarına erişebiliyor” dedi. “20 kübitte durum böyle değil. Kontrol ve okuma hatlarını tüm kübitlere getirmek için 3 boyutlu bir süper iletken entegrasyon sürecine ihtiyaç var. Bunu geliştirdik ve şimdi işe yaradığını gösterdik.”
VTT ve IQM, 20 kübitlik cihazlarını süper bilgisayarlardaki geleneksel simülasyonlarla karşılaştırıyor ve iyi bilinen sorunların çözümündeki performansı karşılaştırıyor. Ayrıca dünyadaki diğer kuantum bilgisayarlarla da karşılaştırılıyorlar. Kuantum cihazlarıyla ilgili en büyük sorunlardan biri doğal gürültüdür. Hataları düzelten karmaşık algoritmalarla bile iki kuantum bilgisayarı aynı şekilde hareket etmez çünkü her kübitin benzersiz bir davranışı ve benzersiz bir hata oranı vardır. Pursula, 20 kübitlik makinenin bu açıdan çok iyi performans gösterdiğini söyledi. “Ölçülen medyan doğruluklar, tek kübitli kapılar için %99,91 ve iki kübitli kapılar için %98,25’tir” dedi.
Pursula, “Hepimiz IBM’in halihazırda 433 kübite sahip olduğunu biliyoruz ve daha yüksek kübit sayılarına sahip başka birkaç tane daha var” dedi. “Fakat kuantum hesaplamada mesele yalnızca kubit sayısıyla ilgili değil. Bu aynı zamanda kalite ve hız ile de ilgilidir. Bu anlamda rekabette oldukça iyi durumdayız. İkincisi, Avrupa’da henüz çok fazla 20 kübitlik cihaz yok. Gelecek yıl 50 kübitlik cihazımızın kıtanın en büyüklerinden biri olmasını bekliyoruz.”
Dünya üçüncüsü olmayı hedefliyoruz
Pursula, “Kuantum üstünlüğü Google tarafından 53 kübit ile gösterildi, ancak bununla ilgili çok fazla tartışma var, bu yüzden 50 kübit makinemizle üstünlük sözü vermeyeceğim” dedi.
Ancak Finlandiya 300 kübitlik bir kuantum bilgisayarına sahip olduğunda muhtemelen faydalı sorunları çözebilecektir. Araştırmacılar, onu malzeme bilimindeki problemleri çözmek için kullanmayı ve moleküler simülasyonları geleneksel bir bilgisayarda yapılabileceğinden çok daha hızlı gerçekleştirmeyi umuyorlar. Ayrıca süper bilgisayarın görevleri kuantum bilgisayara devretmesini sağlamak için hibrit bilgi işlem yaklaşımını kullanarak optimizasyon sorunlarını çözmek için de kullanmayı umuyorlar. Pursula, “Kuantum faydasının yüzlerce, binlerce veya başka sayıda kübitle gerçekleştirilebilmesi durumunda hibrit yaklaşıma ihtiyaç duyulacak” dedi.
Kuantum bilgisayar gerçeğe dönüşürken Finlandiya’nın daha büyük ekosistemde hangi alanı işgal etmesi makul olarak beklenebilir? Sadece zaman gösterecek. Ancak Pursula’ya göre Finlandiya’nın hedefi bu alanda dünyanın ilk üç ülkesi arasında yer almak.
“Tarla için henüz erken” diyor. “Ayrıca küçük ülkelerin Nokia gibi çok büyük oyuncular çıkarabildiğini de unutmayalım. Mevcut sınırlı kaynakların en iyi fırsatlara odaklanması yeterlidir. Ve burada, Finlandiya’nın süperiletkenler konusundaki uzun bilimsel geçmişine, insanlarının yenilikçi zihniyetine ve “yapabilirim” tutumuna uygun mükemmel bir fırsat görüyorum.”