Kuantum bilgisayar ilk kez “gerçekten rastgele” sayılar üretti ve sertifikaladı

JPMorganChase, Quantinuum, Argonne Ulusal Laboratuvarı, Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı ve Texas Üniversitesi’nden bir araştırma grubu, kuantum bilişimde önemli bir dönüm noktasına ulaştı. Nature dergisinde yayımlanan yeni bir makalede, 56 kübitlik bir kuantum bilgisayar kullanarak rastgele sayılar ürettiklerini ve ardından bu sayıların gerçekten rastgele olduğunu güçlü klasik süper bilgisayarlarla kanıtladıklarını açıkladılar. “Sertifikalı rastgelelik” olarak adlandırılan bu başarı, kriptografi, gizlilik ve adalet gibi alanlarda faydalı olabilir.

Sertifikalı rastgelelik, sayıların yalnızca öngörülemez değil, aynı zamanda yeni üretilmiş ve matematiksel olarak doğrulanmış olması anlamına gelir. Klasik bilgisayarlar bunu kendi başlarına yapamaz. Genellikle donanım tabanlı rastgele sayı üreteçlerine dayanırlar ve bunlar manipüle edilebilir. Ancak bu yeni yöntemle, biri kuantum bilgisayara müdahale etmeye çalışsa bile rastgeleliği taklit edemez ve sertifikayı geçemez.

Protokol fikri, Texas Üniversitesi’nde bilgisayar bilimi profesörü olan Scott Aaronson tarafından ilk kez önerildi. Aaronson, eski doktora sonrası araştırmacısı Shih-Han Hung ile birlikte deney ekibini destekledi.

Aaronson, “2018’de sertifikalı rastgelelik protokolümü ilk önerdiğimde, bunun deneysel olarak ne zaman uygulanabileceğini bilmiyordum. Orijinal protokolün üzerine inşa edilmesi ve hayata geçirilmesi, kuantum bilgisayarları gerçek kriptografik uygulamalar için sertifikalı rastgele bitler üretmekte kullanmaya yönelik ilk adım” dedi.

Deneyi gerçekleştirmek için ekip, Quantinuum’un H2-1 Sistem Modeli kuantum bilgisayarına internet üzerinden erişti. Araştırmacılar, klasik bilgisayarların simüle etmesinin son derece zor olduğu bilinen rastgele devre örnekleme (RCS) yöntemini kullandı. Süreç iki ana adımdan oluşuyordu. İlk olarak, araştırmacılar kuantum bilgisayara küçük bir rastgelelik tohumundan oluşturulan bir dizi “meydan okuma devresi” gönderdi. Kuantum bilgisayar bu görevleri, birçok olası yanıttan rastgele birini seçerek çözmek zorundaydı. Ardından, ikinci adımda klasik süper bilgisayarlar sonuçları kontrol ederek rastgeleliğin gerçek olduğunu doğruladı.

Ekip, 1,1 × 10¹⁸ kayan nokta işlemi/saniye (1,1 ExaFLOPS) performansa sahip birkaç süper bilgisayarı kullanarak 71.313 bit entropiyi sertifikaladı. Bu, bu rastgele bitlerin, gerçekçi koşullar ve varsayımlar altında klasik yöntemlerle üretilemeyeceğinin kanıtlandığı anlamına geliyor.

JPMorganChase Küresel Teknoloji Uygulamalı Araştırma Başkanı Marco Pistoia, “Bu çalışma, bugün klasik süper bilgisayarların kapasitesini aşan bir gerçek dünya sorununa kuantum bilgisayar ile çözüm sunarak kuantum bilişimde büyük bir kilometre taşını temsil ediyor” dedi.

Quantinuum, H2 sistemini Haziran 2024’te 56 kübite yükseltmişti. Yüksek doğruluk oranı ve herhangi bir kübitin diğerleriyle bağlanabilme yeteneği sayesinde sistem, RCS yöntemini önceki makinelerden çok daha iyi uygulayabildi. Bu yükseltme, Aaronson’un protokolüyle birleşince bu atılım mümkün oldu.

Quantinuum Başkanı ve CEO’su Dr. Rajeeb Hazra, “Bugün, kuantum bilişimi kesin olarak pratik, gerçek dünya uygulamalarının alanına taşıyan kritik bir dönüm noktasını kutluyoruz” dedi.

Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı Kuantum Bilişim Kullanıcı Programı Direktörü Travis Humble, “Bu kuantum bilişim sonuçları, Oak Ridge, Argonne ve Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarları’ndaki dünya lideri ABD Enerji Bakanlığı bilişim tesisleri sayesinde mümkün oldu” dedi.

Kuantum bilgisayarlar, teoride klasik bilgisayarlardan daha üstün olduklarını göstermiş olsalar da, bu gücü pratikte kullanmak zorlu bir süreçti. Bu deney, kuantum bilgisayarların artık klasik bilgisayarların asla başaramayacağı pratik bir şeyi yapabildiğini gösteriyor.