IBM, kuantum işlemcisi IBM Quantum Nighthawk r2’yi IBM Quantum Platform üzerinden kullanıma sunduğunu açıkladı. Bu adım, yalnızca kübit sayısını artırmak yerine, tek bir çalışma süresi içinde gerçekleştirilebilecek yararlı hesaplama miktarını artırmaya odaklanıyor. Sistem 120 programlanabilir kübit içeriyor ve IBM’e göre saniyede 100 binden fazla devre çalıştırabiliyor; bu da saniyede yaklaşık 4 bin devre çalıştırabilen Heron işlemcilerinin hızının 25 katına kadarına karşılık geliyor.
Şirket, bu gelişmeyi kübitleri hızlı ve bağımsız biçimde sıfırlamaya yönelik yeni bir mimariye bağlıyor. IBM’e göre Nighthawk r2, 7500’den fazla kapı içeren devrelerde de yüksek doğrulukta sonuçlar verdi. Şirket, bunu 2026 yol haritasındaki hedeflerinden biri olarak değerlendiriyor.
Devreler arasındaki darboğazın ortadan kaldırılması
Kuantum devresinin çalıştırılmadan önce kübitlerin bilinen bir durumda başlatılması, ölçümden sonra ve bir sonraki devre çalıştırılmadan önce de temel duruma döndürülmesi gerekir. Heron’un da aralarında bulunduğu önceki nesillerde IBM, kübitin durumunu ölçen ve kübit |1⟩ durumundaysa onu çevirmek için bir darbe uygulayan koşullu sıfırlamaya dayanıyordu. Ancak bu yöntem ölçüm doğruluğundan etkileniyor ve hesaplama uzayının dışına sızan kübitleri ele almıyordu; bu da yüzlerce mikrosaniyeye ulaşabilen bir bekleme süresini zorunlu kılabiliyordu.
Nighthawk r2 bunun yerine IBM’in dissipative reset gadget adını verdiği yöntemi kullanıyor. Bu yöntemde her programlanabilir kübit, yüksek dinamik aralığa sahip ayarlanabilir bir bağlantı üzerinden soğuk bir ortama bağlanıyor. Bağlantı etkinleştirildiğinde, etkin gevşeme süresi T1 yaklaşık 200 mikrosaniyelik ortalamadan yaklaşık 25 nanosaniyeye düşüyor. Şirket, kübitler arasındaki devre çalıştırmaları için gereken boşta kalma süresinin komşu kübitleri etkilemeden bir mikrosaniyeye indirilebileceğini belirtiyor.
Bu fayda özellikle geniş ölçekli ve tekrarlanan iş yüklerinde görülüyor. IBM, kuantum üstünlüğünü göstermeye aday devreler üzerinde yapılan ilk testlerde doğruluktan ödün vermeden 10 kata kadar hızlanma elde edildiğini belirtti. Şirkete göre sistem ayrıca nötron saçılımı simülasyonunu 12 kat hızlandırdı ve laboratuvar verileriyle doğrudan karşılaştırılabilir spektrumları yaklaşık 60 saniye içinde üretti.
Açıklanan kübit sayısından daha fazla bileşen
İşlemci yalnızca programlanabilir kübitlerden oluşmuyor. Nighthawk r2, 120 kübite ek olarak 218 özel bağlantı ve 120 bağımsız sıfırlama elemanı içeriyor; böylece toplam gerçek kuantum bileşeni sayısı 458’e ulaşıyor. IBM bu sistemi şimdiye kadar ürettiği en karmaşık kuantum işlemci olarak nitelendiriyor; çünkü ek destek elemanları, kullanıcının doğrudan programladığı kübitler kadar önemli kontrol ve üretim kabiliyetleri gerektiriyor.
IBM, işlemcinin Heron düzeyinde kapı doğruluğunu korurken başlatma hatasını yaklaşık 25 kat azalttığını belirtiyor. Sıfırlama mekanizması, komşu kübitler açısından güvenli olacak şekilde de tasarlandı. Bu, çoğu kübitin önceki mimarilerdeki iki veya üç komşuya kıyasla dört komşuya bağlandığı kare örgü mimarisinde önem taşıyor.
Hata düzeltme araştırmaları açısından doğrudan önemi
Yeni sıfırlama yöntemi yalnızca devreler arasında değil, devrenin çalıştırılması sırasında da kullanılabiliyor. Bu, yürütme sırasında kübitlerin ölçülmesini içeren dinamik devreler için uygun olmasını sağlıyor. Bu mekanizma, hataları tespit edip düzeltmeye yönelik birçok protokolde ve kuantum hesaplamayla klasik hesaplamayı birleştiren iş akışlarında kullanılıyor.
IBM, yardımcı kübitlerin tekrar tekrar kullanılabilmesinin uzay-zaman kontrolleri gibi deneyleri ve mantıksal kübitlerle çalışan araştırmaları desteklediğini belirtiyor. Araştırmacılar ayrıca Nighthawk r2’yi güvenilir kuantum hesaplama gösterimleriyle bağlantılı giydirilmiş Clifford örnekleme deneylerinde ve 7500’den fazla kapı içeren devrelerde Probabilistic Error Amplification tekniğini kullanarak gözlenebilir niceliklerin tahmin edilmesinde kullandı.
Pratikte ne değişiyor?
Buradaki temel gelişme yalnızca kübit sayısındaki artış değil; IBM’in Heron işlemcileriyle karşılaştırdığı kalite düzeyini korurken çalıştırma işlemleri arasındaki verimsiz zamanı azaltmak. Bu, araştırmacılara aynı tahsis süresi içinde daha fazla deney yapma olanağı sağlayabilir ve tekrarlanan iş yüklerinde ve dinamik devrelerde yeniden başlatma için harcanan süreyi azaltabilir.
Bununla birlikte, aktarılan performans rakamları ve deneysel sonuçlar IBM’in kendi açıklamasına dayanıyor; kaynak, bağımsız bir karşılaştırma ya da ölçüm koşulları ve sistemin platformdaki erişim sınırları hakkında tüm ayrıntıları sunmuyor. Bu nedenle Nighthawk r2, kuantum donanımı yolunda önemli bir ilerlemeyi temsil etse de tek başına pratik ölçekte hata toleranslı kuantum hesaplamaya ulaşıldığını kanıtlamıyor; bunun yerine bu yolu araştırmak için daha hızlı bir deney platformu sağlıyor.