Kuantum Üstünlük Yarışı ve Rekabet Eden Teknolojiler
Siteyi takip edenlerin hatırlayacağı üzere kuantum teknolojilerinde ‘Eylül 2019' gelişmelerini kaleme aldığımız yazımızda Google’ın NASA üzerinden sızan bir makalesinde kuantum üstünlüğü elde ettiğini iddia ettiklerini dile getirmiştik. Dün (23 Ekim) ise bu makale resmi olarak Nature dergisinde açık erişim şekilde yayınlandı. Makalenin özetinin (abstract) Türkçeleştirilmiş halini aşağıda bulabilirsiniz.
Kuantum bilgisayarların vaadi, belirli hesaplama görevlerinin, bir kuantum işlemcide klasik işlemciden üstel olarak daha hızlı gerçekleştirilebileceği yönündedir. Temel zorluk ise üssel olarak büyük bir hesaplama alanında kuantum algoritmaları çalıştırabilen yüksek kalitede bir işlemci oluşturmaktır. Burada, 53 kübitlik programlanabilir süper-iletken bir işlemcinin üzerinde 253 boyutlu (yaklaşık 10 üzeri 16) hesaplamalı durum alanına tekabül eden kuantum durumları oluşturmak için kullanıldığını bildirmekteyiz. Tekrarlanan deneylerde yapılan ölçümlerle, klasik simülasyonları da kullanarak doğruladığımız olasılık dağılımını elde ettik. Sycamore işlemcimizin bir milyon kez kuantum devrenin bir örneğini çalıştırması yaklaşık 200 saniye sürüyor — hesaplamalarımız şu anda son teknoloji ürünü klasik bir süper bilgisayar için eşdeğer görevin yaklaşık 10.000 yıl alacağını gösteriyor. Bilinen tüm klasik algoritmalara kıyasla hızdaki bu çarpıcı artış, bu özel hesaplama işi için kuantum üstünlüğün deneysel olarak gerçekleştirilmesidir ve bu, beklenen bir işlem gücü paradigmasını müjdelemektedir.
Daha önce Google’ın Bristlecone işlemcisinin tanıtıldığı “Kuantum Üstünlük Çağı Yaklaşırken” başlıklı yazımızda yalnızca Google’ın değil IBM ve Microsoft’un da bu yönde çalışmaları olduğuna değinmiştik. Bu nedenle Google’ın bu makalesi sızıp medyada haber olmaya başladıktan sonra IBM’den “aslında 10.000 yıl değil 2.5 gün sürüyor, hem de klasik simülasyon daha iyi” şeklinde bir karşı atak gelmesi uzun sürmedi. Ayrıca aynı yazıda kuantum ‘üstünlük’ (supremacy) kavramının toptan terk edilmesi için de bir çağrı var. Kavramın yaratıcısı olan Preskill’in de bu konuda yakınlarda kaleme alınmış bir yazısı bulunmakta (Neden ‘Kuantum Üstünlük’ dedim?).
Google makalenin yayınlanmasıyla eş zamanlı olarak laboratuvarının kapısını gazetecilere açtı ve ne yaptıklarını, neden yaptıklarını ve biraz da nasıl yaptıklarını anlattı. Buradan belki de alınabilecek en önemli mesaj Google’ın ‘Kuantum Yapay Zeka Laboratuvarı’ direktörü Hartmut Neven’in bu anı Sputnik’e benzeterek aşağıdaki sözleri sarf etmesi.
Çok duyduğumuz eleştirilerden biri bu yapmacık karşılaştırma problemini bizim uydurduğumuz ve Sycamore’un henüz faydalı bir şey yapamıyor oluşu.
Bu yüzden onu Sputnik anıyla karşılaştırmayı seviyoruz. Sputnik de fazla bir şey yapmadı. Tek yaptığı, dünyanın çevresinde dönmekti. Oysa Uzay Çağı’nın başlangıcıydı.
Problemin detaylarına ve aslında belki de işe yaradığı bir alan olabileceğine dair ise Scott Aaronson’ın hem içeriği hem de başlığı oldukça güzel bir yazısı bulunmakta — Scott’s Supreme Quantum Supremacy FAQ!
Özetlemek gerekirse, Google’ın yaptığı iş kısaca şöyle tanımlanabilir. Rastgele üretilmiş bir kuantum devre şemasını bir kuantum işlemciye gönderiyorsunuz, ardından bir milyon kere yapılan ölçümlerin sonuçlarını geri alıyorsunuz ve istatistiksel dağılımları üzerinden bilgisayarın gönderdiğiniz devreyi çalıştırıp çalıştırmadığını kontrol ediyorsunuz. Bu, bir klasik bilgisayar için üstel olarak zorlaşan bir problem çünkü klasik bilgisayarların süperpozisyon verilerini tutması kübit sayısı arttıkça katlanan bir hafıza istiyor. Oysa bir kuantum bilgisayar zaten süperpozisyon verisini kübitlerinde tutabiliyor. Yani problem gerçekten de “kuantum bilgisayar yapabilsin ama klasik bilgisayarlar çok zorlansın” diye üretilmiş bir problem. Zaten bu nedenle asıl mesele çözülen problemin kendisinden ziyade böyle bir problemin ortaya konulabileceğinin gösterilmesi olarak lanse ediliyor.
Elbette herkes bu fikre sıcak yaklaşmıyor. Haziran sonunda hazırladığı bir videoda ve Ağustos başında Guardian’da çıkan yazısında Sabine Hossenfelder* kuantum bilgisayarların gerçekten işe yaraması için daha uzun vakitler gerekiyor olabileceğinden ve şimdiden insanları bu kadar heyecanlandırmanın yanlış olabileceğinden bahsediyor. Benzer bir teknolojik hayal kırıklığı olarak nükleer füzyonu örnek veriyor. Her ne kadar böyle şeyler okumak moral bozsa da bazı işlerin gerçekten zor olduğunun kabul edilmesi gerektiğini söyleyen birilerinin olması da önem arz ediyor.
*alanın buzzkiller’ı ve reality checker’ı
Şimdi başlığımıza dönelim ve kuantum üstünlük yarışında kim nerede buna değinelim. Google’ın makalesinin Nature’da yayınlanmasından hemen önce IBM ekibi arxiv’a koydukları yukarıdaki makalede “10.000 yıl değil 2.5 gün” argümanını teknik detaylarıyla sundular. Scott Aaronson ise sonraki gün (Nature makalesiyle aynı gün) kendi blog’undan bu makaleye ve diğer eleştirilere Quantum supremacy: the gloves are off başlıklı yazısıyla yanıt verdi.
Bu yazıda öncelikle Nature makalesinin hakemlerinden birisi olduğunu belirten Aaronson IBM’in bir nevi kendi ayağına sıktığını söylüyor. IBM ekibi basitçe bu hesabın Summit süperbilgisayarında 2.5 günde yapılabileceğini belirtiyorlar. Summit, 250 petabyte hafızası olan ve hesaplama gücü olarak dünyadaki en güçlü süperbilgisayar. Yani IBM ekibi, Google’ın 53 kübitlik işlemcisinin 200 saniyede yaptığı şeyi dünyadaki EN güçlü süperbilgisayarın tam kapasite çalışarak en erken 2.5 günde yapabileceğini kabullenmiş oluyor. Aaronson ise yazısında “53 değil 60 kübit olduğunda argümanınız ne olacak” şeklinde oldukça haklı bir soru soruyor. Basitçe bu makale, Google’ın kuantum mühendislik alanında IBM’i geçtiğinin IBM ekibi eliyle onaylanması oluyor.
Alandaki bir diğer oyuncu olan Çin’dense yine iki gün önce bir makale geldi. Çin için “Father of Quantum” olarak adlandırılan Jian-Wei Pan ve ekibinden gelen bu atılımın zamanlaması da aslında hem yarıştan geride kalmadıklarını göstermek adına önem arz ediyor, hem de yarıştan geride kalmadıklarını göstermek için bu yayını yapıyor olmaları yarışı onların da önemsediğini dışavuruyor. Yani Nature makalesinin dün yayınlanacak olması belki de dünya genelinde pek çok doktora ve doktora sonrası araştırmacının uykusuz geceler geçirip makale yetiştirmesine sebep olmuş olabilir.
Yarışın Ticari Yönleri
Şimdiye kadar yarışın teknik taraflarına odaklandık, biraz da ticari taraflarına bakalım. IBM ve Google’ın bilgisayım alanında bir inovasyon yarışında oldukları gizli bir bilgi değil. İkisi de süperbilgisayar hizmetleri sunan firmalar olarak rekabet içinde olmaları çok normal, ancak söz konusu kuantum bilgisayarlar olunca işin rengi de biraz değişiyor çünkü henüz yolun başındayız. Daha önce bu konuda “Yeni Bir Bilişim Çağını Getirmenin Maliyeti”, “Kuantum Teknolojilerinde Ticarileşme” ve “Hangi Firmalar Kuantum Bilgisayar Yapıyor?” yazılarımızda da değindiğimiz üzere, ortada ciddi bir teknolojik patika mücadelesi var. Peki bu ne demek?
Rekabet eden teknolojiler (competing technologies) literatürü evrimci iktisadın özellikle de yeni gelişen teknolojiler alanında faydalandığı ciddi bir kuramsal yaklaşımdır. Bu modele göre aynı işi yapan ve birbiriyle rekabet eden teknolojilerin kullanıcı kitlesi arasında yaygınlaşmaya başlaması bir noktada ‘artan geri dönüş’ (increasing returns) sağlayacak ve rakiplerin de piyasadan giderek silinmesine yol açacaktır. Bu alanda yapılmış en bilinen vaka çalışmalarından birisi “VHS vs. Betamax”tır. Betamax’ın teknik özellikleri daha üstün olmasına rağmen VHS çeşitli market hamleleri ve kitlelerin benimsemesiyle (adoption) savaşın galibi çıkmış, Betamax piyasadan silinmiştir.
Bu konuda bir diğer mevcut ve yaygın bilinen örnekse iOS ve Android işletim sistemleridir. İkisi de aynı işi yapan bu ‘teknolojiler’ rekabet içindedir ve bir piyasa mücadelesi sürmektedir. Eğer fırsatını bulabilirlerse bir diğerini piyasadan silmek için her şeyi yaparlar. Ve denge bozulmaya başladıktan sonra, önde olanın lehine geri dönüşler gittikçe artmaya başlayacaktır. Örneğin iOS’un bir anda piyasanın yarısını kaybettiğini düşünün, artık pek çok uygulama iOS versiyonu geliştirmeyecek, bu da iOS’u gittikçe daha da zayıflatacaktır. Bir noktada artık iOS’ta iş yapmak Apple için bile anlamsız bir hale geldiğinde toptan Android’e geçiş yapılacaktır. Artan geri dönüş, patika bağımlılığı ve rekabet eden teknolojiler yaklaşımı bu bağlamda özellikle de yeni gelişen teknolojiler için oldukça etkili bir anlayış sunar.
Şu an IBM de Google da süperiletken kübitler kullanıyorlar, ancak kullandıkları kübitler aynı değiller. Fabrikasyon, kalibrasyon ve çeşitli mühendislik özellikleri üzerinden birbirlerinden ayrılıyorlar. Bu bağlamda da kuantum teknolojilerine Google’dan çok önce girmiş olan IBM’in Google tarafından ‘kuantum üstünlük’ gibi önemli bir yarışta yenilmiş olması Google’ın bazı şeyleri doğru, IBM’in ise eksik yaptığına dair iyi bir gösterge. Ancak öte yandan, IBM dünyanın çeşitli yerlerinde Qiskit kampları düzenliyor, kendi cihazlarını kamuya açık şekilde tutarak milyonlarca insana erişiyor ve ‘kuantum bilgisayar’ denilince akla gelen ilk firma olma yönünde pek çok girişimde bulunuyor. Aşağıdaki gibi ikonik fotoğraflarda hep IBM’in imzası bulunuyor.
Toparlarsak
Görünen o ki IBM ekibinin dahi kabul ettiği üzere Google ekibi (pek çok ortakla birlikte) ‘kuantum üstünlük’ olarak adlandırabileceğimiz bir işi başarmış bulunuyor. Dünyadaki en güçlü süperbilgisayarın (Summit) 2,5 gün aralıksız çalışarak çözebileceği bir problemi 53 kübitlik Sycamore işlemcisi 200 saniyede çözüyor. Problemin içeriğini bir kenara koyacak olursak, bu ciddi bir mühendislik başarısı.
Gelecekte kuantum bilgisayımın tarihi yazılırken 23 Ekim 2019 belki de 4 Ekim 1957 ile benzer bir önem arz edecek. Belki de hiçbir önemi olmayacak çünkü ‘kuantum üstünlük’ kavramı tarihin tozlu sayfalarına karışacak. Yine de olayları bizim gibi dışarıdan takip edenler için meselelerin bilimsel düzlemin ötesinde teknik ve ekonomik yanlarının da ciddi rol oynadığını görmek önemli. Gelecekte bize kuantum bilgisayarımızı hangi firmanın satacağını bugünden yaşanan küçük tarihsel hadiseler belirleyecek.
Kuantum teknolojileri üzerine yazılarımız için;
Düzensiz Dergi olarak yeni içeriklerden haberdar olabileceğiniz bir e-posta bültenimiz var: Üye Olmak İçin Tıklayınız
