Google Quantum AI, Perşembe günü yaptığı açıklamada Willow yongasında magic state cultivation adı verilen tekniğin hataları yaklaşık 40 kat azalttığını ve 99.99% doğrulukla magic state ürettiğini duyurdu.
Magic state’ler, kullanışlı kuantum programlarını çalıştırmak için gereken tek kullanımlık kaynaklardır. Google’a göre bazı tahminler bu kaynakların üretiminin bir kuantum bilgisayarının kapasitesinin yüzde 95’ine kadarını tükettiğini gösteriyor.
Cultivation, Google’ın 2025 yılına ilişkin tahmininin de arkasındaki yöntemlerden biri. Tahmine göre RSA-2048 şifrelemesi bir milyondan az gürültülü kübite düşebilir; ancak kod kırma için hatası yaklaşık 10 milyarda bir seviyesinde magic state gerekiyor.
Google, kuantum hesaplamanın en umut verici kâğıt üzerindeki fikirlerinden birini gerçek bir yongada çalışan hale getirdiğini söylüyor.
Perşembe günü Science dergisinde yayımlanan makalede şirketin Quantum AI ekibi, magic state cultivation tekniğinin Willow işlemcisinde hataları yaklaşık 40 kat azalttığını gösterdi.
Kuantum bilgisayarları inşa etmeyi daha ucuza hale getirmek sadece fizik laboratuvarları için önemli değil. Bu durum, ilaç ve yeni malzemelerin tasarlanması gibi faydalı işlerin yapılacağı günü hızlandırıyor; aynı zamanda banka girişlerini ve Bitcoin cüzdanlarını koruyan şifrelemenin kırılabileceği günü de öne çıkarıyor.
Kuantum bilgisayarlar, aynı anda 0 ve 1 karışımı taşıyabilen ve böylece paralel olarak birçok cevabı keşfedebilen kübitler üzerinde çalışır. Bu sistemler aşırı kırılgandır: küçük bir ısı ya da elektriksel gürültü bir kübiti çevirebilir ve hesaplamayı bozabilir. Bu yüzden tüm sektör hata düzeltmeye odaklanmıştır; bir bilgiyi birçok kübit arasında yayarak hataların yakalanıp düzeltilmesi sağlanır.
Hata düzeltme basit işlemleri iyi yönetir, ancak gerçekten kullanışlı bir program aynı şekilde korunamayan daha zor işlemler sınıfını da gerektirir. Bunları çalıştırmak için makine önce magic state üretmelidir. Bu durumlar, kullanıldıkları anda tüketilen tek kullanımlık yakıt hücreleri gibi çalışır.
Temiz magic state üretmek her zaman son derece pahalı olmuştur. Google’a göre bazı tahminler faturayı bir kuantum bilgisayarının toplam kapasitesinin yüzde 95’ine kadar çıkardığını gösteriyor ve bu durumda gerçek hesaplama için çok az alan kalıyor.
Fizikçiler Sergei Bravyi ve Alexei Kitaev, 2004’te standart çözümü magic state distillation ile ortaya koydu. Bu yöntem birçok gürültülü magic state’i alıp birkaç temiz olana indirger. Yöntem işler, ancak başka bir şey yapmayan geniş kübit fabrikaları ister.
2024’te Google araştırmacıları daha ucuz bir yol önerdi ve buna magic state cultivation adını verdi. Fabrika yerine bu teknik bir filtre gibi davranır: kaba bir magic state’i yongadaki küçük bir bölgeye enjekte eder, üzerinde bir dizi kontrol çalıştırır, tespit edilen kusuru olan her denemeyi atar ve sağ kalanları büyütmeye devam eder. Ekibin makalesi, daha fazla damıtmanın “pratikte hiç gerek olmayabileceğini” bile öne sürmüştü.
Google, “Google Quantum AI’ın Willow işlemcisinde protokolümüz, yetiştirilmemiş durumlara kıyasla hatalarda olağanüstü 40 kat azalma sağladı. Ve T-durumlarında rekor 99.99% mantıksal doğruluk elde ettik” dedi.
Denemelerin yalnızca yaklaşık yüzde 8’i her kontrolü geçti; bu da yonganın temiz bir durum elde etmek için her 10 denemeden dokuzdan fazlasını attığı anlamına geliyor.
Cultivation, Gidney’in 2025 tahmininin de arkasındaki yöntemlerden biri. Tahmine göre RSA-2048 şifrelemesi bir milyondan az gürültülü kübit ile kırılabilir; bu, Gidney’in 2019’da verdiği 20 milyonluk tahminin 20 kat altında. Bu deneye kadar cultivation yalnızca teoride ve bilgisayar simülasyonlarında test edilmişti.
Google, Mart ayında da çalışmalarını sıkılaştırdı. Quantum AI ekibinin Ethereum Foundation araştırmacısı Justin Drake ve Stanford kriptografı Dan Boneh ile birlikte kaleme aldığı bir beyaz kâğıt, Bitcoin’in eliptik eğri kriptografisini kırmayı — özel anahtarın açık adresinden türetilmesini engelleyen matematiği — 500 bin’den az fiziksel kübit ile mümkün gösterdi. Bu, şirketin geçen Ekim ayında gerçekleştirdiği ve gerçek donanımda ilk doğrulanmış kuantum hızlandırması olan Quantum Echoes deneyinin ardından geldi.
Henüz kimse cüzdanları boşaltmıyor. Deney en fazla Willow’un 105 kübitinden 54’ünü kullandı ve makale, RSA-2048 anahtarını çarpanlara ayırmanın hatası yaklaşık 10 milyarda bir olan magic state gerektireceğini, yani Google’ın yeni elde ettiğinden kabaca bir milyon kat daha temiz olduğunu belirtiyor.
Google, bir sonraki adımın cultivation’ı daha büyük ölçekte çalıştırmak olduğunu söylüyor. Ekip, Willow’un altyapısal donanım gürültüsünün yarıya indirilmesinin magic state hatalarını yaklaşık yüzde 100 binde ikiye çekeceğini öngörüyor; çünkü süreçteki hatalar yonganın gürültü seviyesinin küpüyle küçülüyor.
