Yeni Kuantum Devresi, Fourier Dönüşümünü Daha Hızlı ve Daha Verimli Hesaplıyor

6
Fourier dönüşümünü çok daha hızlı, çok yönlü ve daha verimli bir şekilde hesaplayan yeni bir kuantum devresi.

Bilim adamları, mühendisliğin tüm alanlarında vazgeçilmez bir araç olan hızlı Fourier dönüşümünü hesaplayan yeni bir kuantum devresi tasarlıyor.

Fourier dönüşümü, neredeyse tüm fizik ve mühendislik alanlarının gerektirdiği matematiksel bir işlemdir. Fourier dönüşümünü hesaplamak için bir algoritma şu anda kuantum bilgisayarlarda mevcut olsa da, birçok pratik uygulama için yeterince çok yönlü değildir. Yakın zamanda yapılan bir çalışmada, Tokyo Bilim Üniversitesi’nden bilim adamları, Fourier dönüşümünü çok daha hızlı, daha çok yönlü ve daha verimli bir şekilde hesaplayan yeni bir kuantum devresi tasarlayarak bu sorunu çözüyorlar.

Fourier dönüşümü, tıpkı bir müzik akorunun notalarının bir kombinasyonuna ayrıştırılabilmesi gibi, bir işlevi veya veri kümesini frekanslara ayıran önemli bir matematiksel araçtır. Tüm mühendislik alanlarında şu ya da bu şekilde kullanılır ve buna göre algoritmalar onu verimli bir şekilde hesaplamak için, yani en azından geleneksel bilgisayarlar için kullanılır. Peki ya kuantum bilgisayarlar?

Kuantum hesaplama muazzam bir teknik ve entelektüel zorluk olarak kalsa da, uygun kuantum devrelerinin tasarlanması koşuluyla birçok programı ve algoritmayı son derece hızlandırma potansiyeline sahiptir. Spesifik olarak, Fourier dönüşümü zaten kuantum Fourier dönüşümü (QFT) adı verilen bir kuantum versiyonuna sahiptir, ancak uygulanabilirliği oldukça sınırlıdır çünkü sonuçları sonraki kuantum aritmetik işlemlerinde kullanılamaz.

Bu sorunu çözmek için, Quantum Computing’de yayınlanan yakın tarihli bir çalışmada, Tokyo Bilim Üniversitesi’nden bilim adamları, “kuantum hızlı Fourier dönüşümü (QFFT)” uygulayan ve kuantum dünyasının özelliklerinden tam olarak yararlanan yeni bir kuantum devresi geliştirdiler. Çalışma fikri, birinci sınıf lisansüstü öğrencisi ve çalışmadaki bilim adamlarından biri olan Bay Ryo Asaka, QFT’yi ve sınırlamalarını ilk kez öğrendiğinde ortaya çıktı. Giriş verilerinin bazı anahtarları karşılaması durumunda işleri büyük ölçüde hızlandıran geleneksel hesaplamada vazgeçilmez bir algoritma olan “hızlı Fourier dönüşümü (FFT)” adı verilen standart Fourier dönüşümünün bir varyantına dayalı olarak daha iyi bir alternatif oluşturmanın yararlı olacağını düşündü.

QFFT için kuantum devresini tasarlamak için bilim adamlarının önce FFT’nin toplama, çıkarma ve adım kaydırma gibi temel işlemlerini gerçekleştirmek için kuantum aritmetik devreleri tasarlamaları gerekiyordu. Algoritmalarının dikkate değer bir avantajı, “çöp bitlerinin” üretilmemesidir; hesaplama işlemi, kuantum bilgisinin temel birimi olan herhangi bir kübiti israf etmez. Kuantum bilgisayarların kübit sayısını artırmanın son birkaç yılda zor bir zorluk olduğu düşünüldüğünde, QFFT için bu yeni kuantum devresinin kübitleri verimli bir şekilde kullanabileceği gerçeği çok umut verici.

Kuantum devrelerinin geleneksel QFT’ye göre bir başka avantajı, uygulamalarının hesaplama hızını büyük ölçüde artırmak için kuantum dünyasının benzersiz bir özelliğini kullanmasıdır. Araştırmayı yöneten Doçent Kazumitsu Sakai şöyle açıklıyor: “Kuantum hesaplamada, büyük miktarda bilgiyi eşzamanlı olarak işlemek için ‘durumların üst üste binmesi’ olarak bilinen bir fenomeni kullanabiliriz. Bu, birden çok görüntü ve ses gibi birçok veriyi aynı anda frekans alanına dönüştürmemizi sağlar. “İşlem hızı, kuantum hesaplamanın temel avantajı olarak düzenli olarak belirtiliyor ve bu yeni QFFT devresi, doğru yönde atılan bir adımı temsil ediyor.

Dahası, QFFT devresi QFT’den çok daha çok yönlü çünkü çalışmaya da katılan Yardımcı Doçent Ryoko Yahagi şöyle diyor: “QFFT’nin temel avantajlarından biri, çözülebilen herhangi bir soruna uygulanabilmesidir. Tıp alanında dijital görüntüleri filtreleme veya mühendislik uygulamaları için sesleri analiz etme gibi geleneksel FFT. Kuantum bilgisayarlarla (umuyoruz) hemen köşede, bu çalışmanın sonuçları birçok FFT tabanlı mühendislik problemini çözmek için kuantum algoritmalarını benimsemeyi kolaylaştıracak.

Referans: “Hızlı Fourier dönüşümü için kuantum devresi”, Ryo Asaka, Kazumitsu Sakai ve Ryoko Yahagi, 7 Ağustos 2020, Quantum Computing.


YORUM YAP

Lütfen yorumunuzu giriniz!
Lütfen isminizi buraya giriniz