Kuantum Bilgisayarlar Düşünülenden Daha Yüksek ‘Hız Sınırlarına’ Sahip Olabilir
Bir kuantum bilgisayarı ne kadar hızlı hesaplayabilir? Bu uzun zamandır aranan teknolojik mucizelerin tamamen işlevsel versiyonları henüz inşa edilmemiş olsa da, Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü’nde (NIST) bir teorisyen, gerçekleştirilebilirlerse hızlarının öncekinden daha az sınır olabileceğini göstermiştir.
NIST Stephen Jordan tarafından “düşünce deneyi” olarak tanımlanan bulgular, kuantum hesaplama hızının yaklaşık iki yıl önce araştırdığı başka bir NIST araştırmacı grubundan farklı bir yönüdür. Önceki bulgular, bilginin bir bilgisayar işlemcisindeki iki anahtar arasında ne kadar hızlı gidebileceğiyle ilgili olsa da, Ürdün’ün yeni makalesi, bu anahtarların bir durumdan diğerine ne kadar hızlı dönebileceğiyle ilgilidir.
Çevirme hızı, geleneksel işlemcilerin “saat hızına” eşdeğerdir. Hesaplamalar yapmak için, işlemci, anahtarların konfigürasyonlarını değiştiren mantık işlemleri olarak bilinen matematiksel talimatları gönderir. Günümüzün CPU’ları gigahertz’de ölçülen saat hızlarına sahiptir, bu da saniyede birkaç milyar temel mantık işlemi gerçekleştirebildikleri anlamına gelir.
Kuantum mekaniğinin hesaplamalarını yapma gücünden yararlandıkları için, kuantum bilgisayarlar mutlaka bugünün makinelerinden çok farklı mimarilere sahip olacaklardır. Kuantum bitleri veya “qubits” olarak adlandırılan anahtarları, geleneksel işlemcilerin yaptığı gibi sadece 1 veya 0’dan fazlasını temsil edebilir; geleneksel bilgisayarların sahip olmadığı güçleri vererek, aynı anda birden fazla değeri temsil edebileceklerdir.
Ürdün’ün makalesi, kuantum durumların saat hızı hakkında ne ima ettiği konusunda uzun süredir varılan sonuçlara itiraz ediyor. Kuantum mekaniğine göre, bir kuantum durumunun değişme hızı – ve dolayısıyla bir kübitin dönüş hızı, sahip olduğu enerji ile sınırlıdır. Ürdün bu bulguların geçerli olduğuna inanmakla birlikte, yıllar boyunca takip eden birkaç makale, aynı zamanda kuantum bilgisayarın genel olarak ne kadar hızlı hesaplanabileceğini de sınırladığını ileri sürdü.
Jordan, “İlk bakışta bu oldukça makul görünüyor,” dedi. “Daha fazla mantık işlemi gerçekleştiriyorsanız, anahtarlarınızın daha fazla değişiklik yapması gerektiği mantıklıdır. Hem geleneksel hem de kuantum hesaplama tasarımlarında, her zaman bir mantık işlemi gerçekleşir ”- anahtarlarının çevrilmesini sağlamak -“ bilgisayar yeni bir duruma atlar. ”
Kuantum sistemlerinin matematiğini kullanarak Ürdün, bu sınırlamaya sahip olmayan bir kuantum bilgisayarı tasarlamanın mümkün olduğunu gösteriyor. Aslında, doğru tasarımla, bilgisayarın “keyfi olarak çok sayıda mantık işlemi gerçekleştirerek sadece sabit sayıda farklı durumu atlayabildiğini” söyledi.
Tersine, böyle bir kuantum bilgisayarında, saniyede gerçekleştirilen mantık işlemlerinin sayısı, herhangi bir kubitin çevrilme hızından çok daha fazla olabilir. Bu, bu tasarımı benimseyen kuantum bilgisayarların daha önce önerilen hız sınırlarını aşmasını sağlayacaktır.
Bu daha hızlı saat hızı hangi avantajları sağlayabilir? Kuantum bilgisayarlar için öngörülen birincil uygulamalardan biri diğer fiziksel sistemlerin simülasyonudur. Saat hızındaki teorik hız sınırının bu görevin zorluğuna bir üst sınır oluşturduğu düşünülmüştür. Argümanın gittiği herhangi bir fiziksel sistem, bir tür bilgisayar olarak düşünülebilir – saat hızı sistem enerjisiyle sınırlı bir bilgisayar. Sistemi bir kuantum bilgisayar üzerinde simüle etmek için gereken saat döngü sayısı, orijinal sistemin gerçekleştirdiği saat döngü sayısı ile karşılaştırılabilir olmalıdır.
Bununla birlikte, hesaplama hızı sınırına yeni keşfedilen bu boşluklar “iki ucu keskin kılıç” tır. Enerji bir kuantum bilgisayarın hızını sınırlamazsa, kuantum bilgisayarlar daha önce düşünülenden daha karmaşık fiziksel sistemleri simüle edebilir. Ancak enerji, doğal olarak oluşan sistemlerin hesaplama karmaşıklığını da sınırlamaz ve bu onları kuantum bilgisayarlarda simüle etmeyi zorlaştırabilir.
Ürdün, bulgularının kuantum bir bilgisayarın akla gelebilecek şekilde ne kadar hızlı hesaplanabileceğine dair bir sınır olmadığını, ancak bu sınırların fiziğin sadece enerjinin kullanılabilirliğinden başka yönlerinden kaynaklandığını ima ettiğini söyledi.
“Örneğin, ne kadar yoğun bilgi toplayabileceğiniz gibi geometrik kısıtlamaları ve bilgileri ne kadar hızlı iletebileceğiniz (yani ışık hızı) gibi bir sınır dikkate alırsanız, bence daha sağlam argümanlar yapabilirsiniz” dedi. “Bu size hesaplama hızının gerçek sınırlarının nerede olduğunu söyleyecektir.”