Kuantum fizikçisi, hibrit mimariler oluşturmaktan karmaşık temel soruların üstesinden gelmeye kadar Mauro Paternostro kuantum teknolojisi ortamının sunduğu geniş potansiyeli özetlemektedir
Akademi ve endüstrideki araştırmacıların kuantum hesaplama yarışını “kazanmak” için yarıştığı bir kuantum rönesansının ortasındayız. Kuantum pazarı, dünya çapında büyük hükümet fonlarıyla desteklenen, irili ufaklı çok sayıda şirketin bu teknolojiye yatırım yapmasıyla patlama yaşıyor.
Mauro Paternostro, Palermo Üniversitesi ve Belfast Queen's Üniversitesi'nden kuantum fizikçisi, kuantum bilgi işleme ve kuantum teknolojisi konusunda uzmandır. Konunun temelleri üzerinde çalışan ekibi, boşluk optomekaniği, kuantum iletişimi ve ötesinde öncü araştırmalar yapıyor. Aynı zamanda IOP Publishing dergisinin baş editörüdür. Kuantum Bilimi ve Teknolojisi.
Bu geniş kapsamlı röportajda Paternostro, Tushna Komiserliği ile kuantum teknolojisi ve hibrit mimarilerin "dört sütunundan" kuantum teknolojisi ile yapay zeka (AI) arasındaki umut verici evliliğe kadar kuantum ortamı hakkındaki görüşlerini anlatıyor. Paternostro ayrıca dünyayı değiştiren bu teknolojinin gerçek potansiyelini gerçekleştirmek için sürekli hükümet finansmanına ihtiyaç duyulduğunun altını çiziyor.
Son on yılda kuantum balonunun patladığını gördük, ancak kuantum teknolojisi şirketlerindeki ve dünya çapındaki fonlardaki katlanarak büyümenin potansiyel avantajları ve riskleri nelerdir?
Genel olarak tablo oldukça olumlu. Firmalar alanın ihtiyaç duyduğu daha pragmatik gelişmeleri teşvik edebildiğinden kuantum bilgi işlemenin endüstriden destek alması gerekiyordu. Endüstrinin sunduğu perspektif, genel hedefler söz konusu olduğunda kuantum teknolojilerinin daha odaklı bir şekilde şekillendirilmesine yardımcı oluyor. İster sanayi ister akademi olsun, gelişen ve patlayan pazar harika.
Ama sizin de belirttiğiniz gibi hızlı bir büyüme var. Ve bu çoğunlukla iyi bir şey olsa da, er ya da geç patlayacak büyük bir balon yaratabileceğimize dair bir miktar endişe de var. Dolayısıyla bunun bir kontrol meselesi olduğunu düşünüyorum; bir yandan araştırma alanının organik olarak büyümesine izin verirken bir yandan da kendimizi kısıtlamamız gerekiyor.
Hepsi kendi kuantum yazılımlarını geliştiriyor gibi görünen küçük şirketlerin sayısı beni biraz endişelendiriyor. Ürünlerin gerçek kuantum algoritmalarıyla çok az ilgisi vardır ve genellikle kendi yararları olan klasik optimizasyon çözümleridir. Ancak bunların mutlaka kuantum çerçevesi dediğim şey olması gerekmez.
Öte yandan bazı yan şirketler, kuantum sensörleri gibi kuantum işleme platformlarının uygulanmasına daha fazla yöneliyor. Bunlar gerçekten ilginç çünkü sadece kuantum hesaplama değil, aynı zamanda diğer fiziksel yasalar da söz konusu.
Kuantum teknolojisinin gelişmelerini destekleyen dört temel sütun vardır: kuantum hesaplama; kuantum simülasyonu; kuantum iletişimi; ve kuantum algılama ve metroloji. Ve dördünün de çok sağlıklı bir şekilde geliştiğini söyleyebilirim.
Kuantum algılama, yararlanabilecekleri teknolojilerin olgunluğu sayesinde iletişimle birlikte en gelişmişlerden biri gibi görünüyor. Sanayinin katılımı faydalı ve ümit verici olsa da, elimizde tam bilet olmadan hızlı bir otobüse atlamaya çalışmaktan kaynaklanan çılgın spekülasyonlara ve "enflasyona" karşı dikkatli olmalıyız.
Ben genellikle küçük şirketlere şüpheyle yaklaşırken, bazen büyük oyunculardan da endişe verici haberler alıyorsunuz. Örneğin Çinli teknoloji firması Alibaba, geçen yılın sonunda aniden şirket içi kuantum ekibini kapatmaya karar verene ve yapay zeka araştırmalarında lider olmaya odaklanmayı tercih edene kadar kuantum hesaplama platformları ve çözümleri geliştirmeye ilgi duyuyordu.
Bu sadece bir iş kararı mıydı, yoksa Alibaba bizim henüz koklamadığımız bir şeyin kokusunu mu alıyor? Sanırım bekleyip görmek zorunda kalacağız. Genel olarak geleceğin parlak olduğunu ve sanayinin katılımının çok iyi bir haber olduğunu düşünüyorum.
Sıkışmış iyonlar ve kuantum noktalarından süper iletken ve fotonik kübitlere kadar en üst sıralarda yer almak için yarışan bir dizi farklı kuantum hesaplama teknolojisi var. Sizce hangisinin başarılı olma ihtimali daha yüksek?
Ben bir nevi agnostiğim; inşa ettiğimiz ilk kuantum cihazının tamamen kuantum olacağına inanmıyorum. Bazıları için bunun tartışmalı bir yaklaşım olduğunu biliyorum, ancak bu benim alanımdaki birçok kişi tarafından da paylaşılan bir görüş. Sonucunda en iyilerin yer aldığı hibrit bir mimariyle karşılaşacağımızı düşünüyorum. yüksek performanslı bilgi işlem (HPC) kuantum hesaplama mimarileriyle arayüz oluşturacak.
Belki bunlar gürültülü orta ölçekli kuantum (NISQ) mimarilere, performanslarını artıracak tam teşekküllü bir HPC mimarisi eşlik edecek veya tam tersi. Bu tür hibrit cihazların masaya koyduğu kuantum kaynakları, mevcut klasik HPC'nin üretebileceği performansı artıracak. Bu tür hibrit mimarinin uygulanabilirliğine kuvvetle inanıyorum; tamamen kuantum bir çözüm, şu anda bulunduğumuz yerden hala çok uzakta.
Ayrıca, bir kuantum bilgisayarın sunabileceği hesaplama gücündeki boşluktan tam olarak yararlanmak için ihtiyaç duyulan devasa kaynakları yönetme yeteneğine sahip olacağımıza da tam olarak inanmıyorum. Bu hibrit HPC kuantum mimarisini hedefleyen orta vadeli bir hedef, takip edilmesi çok daha gerçekçi ve potansiyel olarak çok verimli bir mimari olacaktır. Hayatım boyunca bir şeylerin ortaya çıkacağı konusunda biraz iyimserim.
Kuantum sensörlerinin halihazırda sağlık hizmetleri, inşaat ve hatta yerçekimi ölçümü dahil olmak üzere çok çeşitli uygulamalar için geliştirildiğinden bahsettiniz. Bu alanda yeni ve heyecan verici neler var?
Kuantum sensörleri, şimdiye kadar bulunması zor olan mekanizmaları araştırmak için inanılmaz yetenekler geliştiriyor. Temel olarak bu sensörler, Birleşik Krallık'taki birçok araştırmacının ilgi duyduğu yerçekimi gibi kuvvetlerin potansiyel kuantum etkilerini daha iyi tespit etmemize yardımcı oluyor. Deney topluluğunun önemli bir kısmı bu hedeflerin peşinde koşuyor; Birmingham Üniversitesi'nin kuantum merkezi bu cephede başı çekiyor.
Kimsenin takip edilecek başarılı bir deneysel platform olduğunu iddia ettiğini düşünmüyorum; hem soğuk atomlar hem de optomekanik bu açıdan en umut verici olanlardan bazıları. Ancak bu alanın kaydettiği teorik ve deneysel ilerleme çok ilginç.
Anlaşılması zor fiziksel mekanizmaların temel doğasını araştırabilen sensörlerin önemli bir gelişme olacağına inanıyorum. Ayrıca ivmeölçerler veya görüntüleyiciler gibi halihazırda oldukça iyi kurulmuş başka algılama cihazları da var. Birleşik Krallık Ulusal Kuantum Teknolojileri Programı Bu konuda zaten önemli ilerlemeler kaydetti ve teknoloji mevcut ve gerçek bir etki yaratacak kadar olgun.
Endüstrilerin bu alana yoğun yatırım yapması gerektiğini düşünüyorum çünkü bu aşamada kuantum teknolojilerinin uygulanmasında iletişimin yanı sıra algılama da ön sıralarda yer alıyor.
Bir kuantum pazarı için sahneyi hazırlamak: kuantum ticaretinin geldiği nokta ve nasıl gelişebileceği
Peki ya kuantum iletişimi?
Kuantum iletişimi muhtemelen akademik ilerlemenin endüstri odaklı hedeflerin yararına uygulamaya konulduğu en somut örnektir. Bu iki bileşen birlikte çalıştığında neler başarabileceğimizin kesinlikle mükemmel bir örneğiydi.
İlerleme muhteşem olsa da, özellikle küresel kuantum ağının daha büyük jeopolitik sonuçlarını düşündüğümüzde, tartışmalı yönler de var. İletişim ve veri güvenliği konusu önem kazanacaktır, dolayısıyla bu teknolojik gelişmelerin daha geniş etkilerini dikkatle değerlendirmeliyiz. Jeopolitik sınırlar sürekli değişiyor ve amaçları her zaman bilimsel hedeflerle uyumlu olmuyor.
Yapay zeka ve kuantum teknolojilerinin kesiştiği bazı önemli alanlar nelerdir? Birbirlerine en iyi nerede yardım edebilirler ve potansiyel sorunlar nelerdir?
Bu çok önemli bir soru. Söylemeye gerek yok, her iki alan için de kutsal kâse çok yakın; hem yapay zeka hem de kuantum hesaplama, yeni algoritmaların geliştirilmesine dayanıyor. İnsanların kuantum makine öğrenimi (ML) veya kuantum yapay zeka hakkında konuştuğunu duyuyoruz, ancak gerçekte kastettikleri bu değil. Yapay zeka veya makine öğrenimi sorunları için özel olarak tasarlanmış kuantum algoritmalarından bahsetmiyorlar. Kastettikleri, klasik makine öğreniminin veya klasik yapay zekanın kuantum problemleriyle melezleştirilmesidir.
Bu çözümler alana ve çözmeye çalıştığımız soruna bağlı olacaktır. Ancak genel olarak veri setlerini işlemek için klasik tekniklere bakıyoruz; sorunları optimize etmek; maliyet fonksiyonlarının çözümü; ve kuantum problemlerini kontrol etmek, optimize etmek ve manipüle etmek.
İki dünyanın en iyilerini bir araya getirdiğiniz için bu çok umut verici. Teorik açıdan bakıldığında amaç, ele alınması gereken genel kuantum mekaniği seviyesindeki soruları ve belki de ölçek açısından daha büyük ve daha karmaşık problemleri ele almaktır. Bu sorunların karmaşıklığıyla doğrulanabilir ve sağlam bir şekilde başa çıkmanıza olanak tanıyan algoritmik düzeyde araçlar oluşturmak istiyoruz.
İlginç olan ise deneyler teorik gelişmelere yetişmeye başladı. ML ve kuantum bilgi işlemenin bir araya geldiği bu hibrit senaryoda halihazırda geliştirilmiş çok sayıda çözümümüz, yaklaşımımız ve metodolojimiz var.
Umarım bu deneyler önümüzdeki birkaç yıl içinde tamamen araştırılır ve yapay zeka ve kuantum balonunun patlamasına takılıp kalınmaz. Ancak durumun böyle olacağından şüpheliyim, çünkü yapay zeka burada kalacak, makine öğrenimi ise artık dünya çapındaki veri analistleri tarafından kullanılan kaçırılmayacak bir araç. Eğer üstesinden gelebileceğimiz ve çözmemiz gereken sorunların karmaşıklığını artırma isteğimiz varsa, o zaman bu araçları geliştirmeye odaklanmalıyız.
Bu alanda ne gibi yeni girişimler yapılıyor?
Bu senenin başlarında, Birleşik Krallık Araştırma ve İnovasyon (UKRI) sağlık hizmetlerinden enerjiye kadar karmaşık sorunların üstesinden gelmek için "devrim niteliğindeki yapay zeka teknolojileri sunmak" için dokuz yeni araştırma merkezinin yanı sıra "sorumlu yapay zekayı" tanımlamak için 10 başka çalışmaya fon sağladığını duyurdu. Bunların birçoğunun kuantum bileşeni olduğunu biliyorum; özellikle de yapay zeka tabanlı çözümlerin kesinlikle temel olduğu sağlık hizmetlerinde, ancak kuantum çözümler de olabilir.
Bu nedenle, yapay zeka çerçevesinin geliştirilmesi düzenlendiği sürece, konu yapay zeka ile kuantum teknolojisinin birleşmesi konusunda oldukça iyimserim. Şu anda, Avrupa Komisyonu Yapay Zeka Yasasının yasal çerçevesini oluşturuyorYapay zekanın oluşturabileceği riskleri ve AB'nin teknolojiyi düzenlemede oynamayı umduğu küresel rolü ele alacak. Hem Birleşik Krallık hem de ABD bir süredir benzer çerçeveler üzerinde çalışıyor, bu nedenle en kısa zamanda bazı küresel politika ve düzenlemeleri formüle etmemiz gerekiyor.
Bu gelişme, sağlam bir çerçeveye sahip, düzenlenmiş bir politika izlediği sürece, yapay zekanın kuantum teknolojileriyle olan etkileşimleri, her iki alanın da önemli ölçüde büyümesine yardımcı olacak, yararlı, iki yönlü bir geri bildirim mekanizması yaratacaktır.
Küresel aşamada hükümetlerin kuantum teknolojisi finansmanı söz konusu olduğunda, hangi spesifik alanlara daha fazla yatırım görmek istersiniz?
Bağışlarım! Ancak daha ciddi bir not olarak, hükümet düzeyindeki yatırımlar, esasen hala gelişmekte olan bir bilimsel alan için yaygın ve önemli olmuştur. Askeri veya tıbbi araştırmalar gibi bilimden fon alan diğer bazı alanlarla karşılaştırıldığında, tabağa konulan para miktarı neredeyse gülünç; ancak bu bizim için elbette çok iyi bir şey. Bu tür hükümet harcamalarının bir faydası, bizi bir topluluk oluşturmaya ve ortak hedefler bulmaya zorlamasıdır.
Bahsi geçen dört temele atıfta bulunursak, temel fizik ile teorik gelişmelerin temelinde bir bağlantı vardır. Farklı ülkeler, uzmanlıklarına ve kaynaklarına bağlı olarak odaklanmak için bir veya daha fazla sütun seçmiştir. ABD hesaplamaya çok odaklanmış durumda. AB daha yaygındır ve bu nedenle durum daha karmaşıktır, ancak iletişim alanında büyük yatırımların yanı sıra simülasyona olan ilgi de artmaktadır; bir dizi AB ulusal stratejisi de algılamaya odaklanmaktadır.
Birleşik Krallık da tüm spektrumu kapsamaya çalışıyor ancak görüntülemeden hesaplamaya, iletişimden algılamaya kadar çok iyi tanımlanmış bazı konuları belirliyor. Finlandiya gibi daha deneysel bir yaklaşıma sahip olan ve halihazırda çok büyük tesislere sahip oldukları için süper iletken mimarilere odaklanan ülkeler var. Öte yandan Singapur, uydu tabanlı kuantum iletişiminde çok güçlü bir araştırma çizgisi geliştiriyor. Küçük bir ülke için hem yetenek hem de kaynak açısından çok büyük bir potansiyel var.
Yani farklı ülkeler kendi uzmanlık alanlarını organik bir şekilde geliştirdiler. Ve bunu yaparak, topluluk olarak hepimiz kazanıyoruz; kaydedilen tüm ilerlemelerden hepimiz faydalanıyoruz. Bazı küçük adımlar, biraz daha artan adımlar, bazı büyük kuantum sıçramaları.
Ulusal ve ulusal üstü hükümetlerin kuantum teknolojilerine yapılan yatırımların sürdürülmesi gerektiğini fark etmelerinin gerçekten önemli olacağını düşünüyorum. Yüce hedeflerine ulaşmak için sürekli ve kesintisiz desteğe ihtiyaç duyan bir alandır. Ve biz, bilimsel topluluk olarak, tüm farklılıklarımıza rağmen, aynı hedefler dizisiyle tutarlı bir tablo ortaya koymalıyız. Ancak o zaman kuantum teknolojilerini yaşamı değiştiren gerçekliklere dönüştürmek için en iyi konumda olacağız.
Yeni genel yayın yönetmeni olarak Kuantum Bilimi ve Teknolojisi (QST), dergiyle ilgili görüşünüz nedir?
Bu büyük bir onur ve kesinlikle gurur duyuyorum, ancak kuantumla ilgili dergilerin gelişen manzarası göz önüne alındığında bu aynı zamanda büyük bir çaba. Dergi için istediğim şey, QST'nin birinci sınıf katkıların sunulmasında tercih edilen yollardan biri olarak kalmasını sağlamaktır. Ama aynı zamanda derginin manifestosunu ve hedeflerini şekillendirmeye de yardımcı olmak istiyorum.
Bu nedenle baş editör olarak ilk önceliğim, yayın kurulunun desteğiyle birlikte derginin kapsamını ve misyonunu net bir şekilde şekillendirecek bir yönetim kurulu oluşturmak oldu. Ve bu, derginin önümüzdeki birkaç yıl içinde kuantum araştırma topluluğunun rehberliğinde nasıl gelişeceğine dair bilgi verecek. Kapsam açısından, kuantum teknolojilerinin uygulanmasının sınırlarını zorlayan daha yüksek kaliteli deneysel güncellemeler görmek isterim.
IOP Publishing'in bir dönüştürücü anlaşma (TA) açık erişim yayıncılık açısından kurumunuzla. Bana bundan bahseder misin?
Çıktımızın yayınlanması söz konusu olduğunda oyunun kurallarını değiştiren bir anlaşma olduğunu düşünüyorum. Araştırma konseylerinin, örneğin Mühendislik ve Fizik Bilimleri Araştırma Konseyi'nden (EPSRC) hibelerle desteklenen çıktılar için koyduğu katı kriterler ve bunların tamamen erişilebilir olması ve verilerin toplumun tamamına açık olması ihtiyacı ile, İhtiyacımız olan şey açık erişimi garanti eden bir teknik yardıma sahip olmak. IOP Yayıncılığın, EPSRC uyumlu çıktılarımın yayınlanabileceği uygun bir yol olduğunun bilincinde olmak harika.
IOPP anlaşması, finansman uyumluluğunun yanı sıra, makale yayın ücretleri (APC'ler) için faturalarla uğraşmanın idari yükünü de ortadan kaldırıyor ve bu da bilim insanları için büyük bir rahatlama sağlıyor. Diğer yayıncılık şirketleriyle benzer anlaşmalar yaparak girişimin genişletilmesini savunuyorum, ancak aynı zamanda bunun gelecek yıl kadar ortadan kaybolacak tek seferlik bir deneyim olmadığından da emin oluyorum. Yalnızca Birleşik Krallık'taki değil, bana göre Avrupa'daki kurumların da dahil olma şeklini sistematik hale getirmeliyiz. Yükseköğretim kurumlarının ve araştırma enstitülerinin işleyiş biçiminde, en başından itibaren kapsanmalıdır. Yayın şirketleri ile üniversiteler veya araştırma enstitüleri arasında sinerjinin olmasını sağlamak çok önemlidir.
- SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
- PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
- PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
- PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
- PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
- Kaynak: https://physicsworld.com/a/mauro-paternostro-a-vision-of-the-quantum-landscape/
