'İmkansız' denilen kuantum problemi kişisel bilgisayarla çözüldü

ABD'li bilim insanları, daha önce yalnızca kuantum bilgisayarlarla çözülebileceği düşünülen karmaşık bir fizik problemini klasik bir bilgisayar sistemi kullanarak çözmeyi başardı. Araştırma, kuantum ve klasik hesaplama arasındaki sınırların yeniden değerlendirilmesine yol açabilecek önemli bir gelişme olarak görülüyor.

Araştırmacılar, atomik ölçekte düzensiz biçimde hizalanan küçük mıknatısların davranışlarını inceleyen ve fizik dünyasında “spin camı” olarak bilinen sistemi simüle etti. Bu sistemler, kuantum mekaniğinin en karmaşık özelliklerinden biri olan dolanıklık ve süperpozisyon gibi süreçleri içeriyor.

Daha önce kuantum bilgisayarlarla modellenmişti

Geçtiğimiz yıl araştırmacılar, D-Wave Advantage2 adlı kuantum bilgisayarı kullanarak bir kuantum spin camı sistemini modellemeyi başarmıştı. O dönemde bu tür hesaplamaların yalnızca kuantum bilgisayarlar tarafından gerçekleştirilebileceği değerlendirilmişti.

Ancak bu kez ABD’deki Flatiron Enstitüsü araştırmacıları, geliştirdikleri yeni algoritmalar sayesinde benzer sonuçları klasik bilgisayarlarla elde etti.

Çözümün anahtarı: Tensör ağları

Araştırmacılar, karmaşık kuantum ilişkilerini daha verimli işleyebilmek için “tensör ağları” adı verilen matematiksel bir yöntem kullandı. Bu yaklaşım, sistemdeki en önemli bağlantıları korurken gereksiz verileri sıkıştırarak hesaplama yükünü önemli ölçüde azalttı.

Tensör ağları ayrıca “inanç yayılımı” olarak bilinen algoritmalarla birleştirildi. Bu yöntem sayesinde bazı hesaplamalar standart bir dizüstü bilgisayarda dahi gerçekleştirilebildi.

Araştırmanın yazarlarından fizikçi Joseph Tindall, kullanılan matematiksel yapının son derece karmaşık olduğunu ancak yüksek düzeyde veri sıkıştırması sağlayarak klasik bilgisayarların kapasitesini önemli ölçüde artırdığını belirtti.

Sonuçlar kuantum bilgisayarlarla yarıştı

Araştırmacılar, silindirik, elmas ve kübik örgü yapılarındaki spin camı sistemlerini modelledi. Elde edilen sonuçların, kuantum bilgisayarlarla ulaşılan sonuçlarla aynı düzeyde hatta bazı durumlarda daha başarılı olduğu ifade edildi.

Büyük ölçekli simülasyonlar için gelişmiş işlemci ve grafik kartları kullanılsa da sistemler tamamen klasik bilgisayar mimarisiyle çalıştı.

Kuantum bilgisayarların önemi azalmıyor

Bilim insanları, çalışmanın kuantum bilgisayarların önemini azaltmadığını vurguluyor. Araştırma, hangi problemlerde kuantum sistemlerin gerçekten üstünlük sağlayabileceğinin daha net anlaşılmasına katkı sunuyor.

Uzmanlara göre bu tür çalışmalar, klasik ve kuantum hesaplama yöntemlerinin birbirini tamamlayabileceğini gösterirken gelecekteki kuantum teknolojilerinin geliştirilmesine de rehberlik edecek.

Araştırma sonuçları Science dergisinde yayımlandı.