Kuantum mimarisinde yeni komut seti hızı 10 kat artırabilir.

Kuantum bilgisayarların ölçeklenmesinde karşılaşılan fiziksel engeller, araştırmacıları farklı mimari arayışlara yönlendiriyor. Masoud Hakimi Heris, Yuan Liu ve Frank Mueller tarafından hazırlanan yeni bir çalışma, ikili sistem olan kübitler yerine çok seviyeli kudit yapılarını öne çıkarıyor. Araştırmacılar, tuzaklanmış iyon sistemlerinde geliştirdikleri yeni komut seti modeliyle kuantum simülasyon adımlarını 10 kata kadar hızlandırmayı hedefliyor.

İyon Sayısını Artırmak Yerine Hücre İçi Seviyeler

Geleneksel kuantum yaklaşımları, işlem kapasitesini büyütmek için ortama daha fazla fiziksel iyon eklemeyi gerektiriyor. Ancak iyon sayısı arttıkça donanımın kontrolü ve kararlılığı ciddi biçimde zorlaşıyor. Çalışma, tek bir iyon içerisindeki birden fazla enerji seviyesini kullanarak bu kısıtlamayı aşmayı öneriyor.

Kudit olarak adlandırılan bu çok seviyeli birimler, bozonik salınım modlarıyla bir araya getiriliyor. Yayımlanan çalışmaya göre, üç temel işlem ailesi tek bir kudit ve bağlı modların evrensel kontrolü için yeterli oluyor. Birden fazla kudit arasındaki dolanıklık işlemleri ise bu mimariyi tam ölçekli kuantum hesaplamalarına uyumlu hale getiriyor.

Simülasyon Hızında 10 Katlık Teorik Artış

Modelin performansını test etmek için moleküler düzeydeki titreşimsel ve elektronik etkileşimler simüle edildi. Üç kromoforlu bir kompleks üzerinde yapılan testlerde, referans simülasyona kıyasla yaklaşık yüzde 1,1 oranında ortalama karekök hatası elde edildi. Elektronik durumların tek bir iyona haritalanması, karmaşık dönüşüm adımlarını doğrudan donanım seviyesinde yürütülebilir kılıyor.

Kalsiyum-40 iyon işlemcisinin zamanlama verilerine dayanan modellemeler, Trotter simülasyon adımının geleneksel kübit tasarımlarına göre 10 kat daha hızlı tamamlanabileceğini gösteriyor. Bu durum, kimyasal süreçlerin ve malzeme yapılarının dijital ortamda modellenmesinde süre avantajı sağlayabilir.

Açık Kaynak Kodlu Kodlama Mimarisi: HybridLane

Araştırma ekibi, geliştirdikleri mimariyi uygulamak adına HybridLane adlı açık kaynaklı bir yazılım çerçevesi sundu. Bu altyapı, kuantum donanımlarında salınım serbestlik derecelerini kontrol eden farklı komut setlerini destekliyor.

Ancak elde edilen performans verilerinin henüz laboratuvar ortamında gerçek donanımlarla kanıtlanmadığını belirtmek gerekiyor. Çalışmada sunulan hız artışları tamamen teorik modellemelere dayanıyor. Henüz hakem değerlendirmesinden geçmeyen makale, ACM Transactions on Quantum Computing dergisine sunuldu ve ön baskı olarak erişime açıldı.