Kuantum çiplerine parmak izi ile doğrulama

Küresel teknoloji şirketleri, savunma sanayii kuruluşları ve hükümetler kuantum hesaplama altyapılarına milyarlarca dolarlık yatırım yapmayı sürdürürken, sektörün temel sorunlarından biri olan bağımsız doğrulama konusunda yeni bir yöntem geliştirildi. Polonya’daki Gdansk Üniversitesi’nde doktora sonrası araştırmacı Shubhayan Sarkar liderliğinde yürütülen çalışma, kuantum işlemcilerinin temel bileşenleri olan üniter kapıların, cihazın iç tasarımı açılmadan denetlenmesine imkân tanıyor. Kuantum bilgisayarların klasik sistemlerin hesaplama sınırlarını aşan sonuçlar üretmesi, bu sonuçların ve çip mimarisinin doğru çalışıp çalışmadığının dışarıdan nasıl doğrulanacağı sorusunu gündeme getiriyordu. Microsoft’un Majorana tabanlı kuantum çalışmaları etrafında yürütülen tartışmalar ile üretici açıklamalarına duyulan bağımlılık da kuantum teknolojilerinde güven ve şeffaflık ihtiyacını artırmıştı. Sarkar ve ekibi, kuantum işlemcilerinin iç yapısını açmadan temel işlevlerini denetleyebilen yeni bir ağ tabanlı doğrulama protokolü geliştirdi.

DOĞRULAMA KUANTUM YERELSİZLİĞİNE DAYANIYOR

Geleneksel bilgi işlem sistemlerinde bileşenlerin performansını ölçmek ve test etmek görece kolayken, kuantum makinelerinin doğrudan incelenmesi sistemdeki hassas kuantum durumlarını bozabiliyor. Geliştirilen yöntem, deneysel doğrulaması 2022 Nobel Fizik Ödülü’ne konu olan kuantum yerelsizliği kavramına dayanıyor. Kuantum yerelsizliği, birbirinden uzaktaki kuantum sistemlerinin klasik fizikle açıklanamayan korelasyonlar üretmesini ifade ediyor. Araştırmacılar, bu özelliği kullanarak çipi fiziksel olarak parçalamadan sistemin gerçek bir kuantum mimarisiyle çalışıp çalışmadığını belirleyebiliyor. Kuantum bilgisayarlarının temel mantık birimlerini oluşturan üniter kapılar, bilgiyi bozmadan işleyen kritik bileşenler olarak kabul ediliyor. Yeni doğrulama protokolü, merkezi bir sunucunun yıldız düzeninde dış düğümlere bağlandığı bir ağ yapısı üzerinden çalışıyor. Dış düğümler, Bell eşitsizlikleri olarak bilinen matematiksel testlerle doğrulandıktan sonra kapılardan geçen veriler analiz ediliyor. Araştırmacılar, her kuantum işleminin kendine özgü bir istatistiksel parmak izi bıraktığını matematiksel olarak ortaya koydu. Toplanan veriler üzerinden kuantum çipinin üretici tarafından açıklanan özelliklere uygun çalışıp çalışmadığı tek bir deneyle belirlenebiliyor.

İTHAL KUANTUM DONANIMLARI BAĞIMSIZ TEST EDİLEBİLECEK

Cihazdan bağımsız doğrulama yöntemi, kendi kuantum çiplerini geliştirecek araştırma bütçesine veya üretim altyapısına sahip olmayan ülkeler ve şirketler açısından yeni bir denetim imkânı sunuyor. Yabancı tedarikçilerden satın alınan kuantum donanımları, üretici açıklamalarına bağlı kalınmadan bağımsız biçimde test edilebilecek. Teknoloji ithalatçıları, IBM Quantum ve benzeri bulut tabanlı kuantum platformlarından aldıkları işlem gücünü veya doğrudan ithal ettikleri çip mimarilerini kendi laboratuvarlarında doğrulayabilecek. Bu yöntemle kuantum işlemcilerinin ticari sır niteliğindeki iç tasarımına erişilmeden, donanımın açıklanan teknik özelliklere uygun çalışıp çalışmadığının belirlenmesi amaçlanıyor.

GERÇEK DÜNYA KOŞULLARINA UYARLANACAK

Çalışma henüz konsept kanıtı aşamasında bulunuyor. Buna rağmen küçük ölçekli kuantum ağlarında elde edilen teorik sonuçlar, yazılım ve donanım geliştiricilerinin dikkatini çekti. Sarkar’ın bir sonraki hedefi, protokolü gürültülü gerçek dünya ortamlarına uyarlamak ve IBM gibi kamuya açık kuantum platformlarında doğrudan kullanıcıların erişimine sunmak. Geliştirilecek doğrulama standartlarının, hükümetler ile risk sermayesi fonlarının kuantum teknolojilerine yönelik yatırımlarının denetlenmesine ve kuantum sistemlerinin ticari kullanıma geçiş sürecinin hızlandırılmasına katkı sağlaması hedefleniyor.