Fabrika zemini için kuantum hesaplama

Kuantum bilgisayarlar, klasik bilgisayarların basitçe başa çıkamayacağı sorunları çözme sözünü tutuyor. Teoride. Bununla birlikte, pratikte inanılmaz derecede hassastırlar: Geçen bir kamyon, klimadan ani bir uğultu veya bitişik bir odada açılan bir ışık bile sistemin çevresel değişikliklere duyarlı tepki vermesine neden olabilir. Bu nedenle, bu cihazlar şimdiye kadar yoğun bakımdaki hastalar gibi korumalı, son derece uzmanlaşmış laboratuvarlarla sınırlandırılmıştır. Kuantum bilgisayarları üretken ortamlara entegre etmeyi amaçlayan şirketler için bu önemli bir zorluk teşkil ediyor.

Hila Safi, meslektaşlarıyla birlikte, bu soruna çığır açan bir çözüme öncülük etti ve ona “Doktora” kategorisinde 2025 Yılın Mucidi Ödülü'nü kazandı. Onların yeniliği bir dijital ikiz Bir kuantum bilgisayarın nasıl çalışacağını ve tipik bir endüstriyel ortama entegre edileceğini tam olarak simüle etmek için tasarlanmıştır. Regensburg Uygulamalı Bilimler Üniversitesi'ndeki doktora adayı, “Bu dijital ikizle kuantum bilgisayarları gerçek ortamlarda güvenli, istikrarlı ve güvenilir bir şekilde çalıştırabiliriz” diye açıklıyor.

Sorun: Gerçek dünya için çok hassas

Kuantum bilgisayarlar güveniyor kübitler Bilginin temel kuantum mekanik birimleri. Bir kübit, fiziksel bir sistemin durumunu temsil eder, bir bilgi taşıyıcısı olarak hareket eder ve süperpozisyon ve dolanıklık gibi kuantum fenomenlerinden yararlanır.

Bu fiziksel durumlar son derece kırılgandır. Elektromanyetik alanlar veya oda yapısındaki ince değişiklikler gibi minimum rahatsızlıklar bile hesaplamaları bozabilir. Kontrollü bir laboratuvar ortamında yönetilebilirken, bu faktörler bir fabrika katında önemli bir zorluk oluşturmaktadır.

Safi, “Bir kuantum bilgisayarın güvenilir çalışması gerçekten çevresine bağlıdır” diye açıklıyor. “Küçük titreşimler veya sıcaklık değişiklikleri bile hatalara neden olabilir, bu yüzden bu etkileri erken simüle etmek ve anlamak çok önemlidir.” Şimdiye kadar, endüstri kuantum sistemlerini yeterince güvenilir bulamadı. Güçlü ve öngörülebilir sonuçlar olmadan, iş dünyasında kullanımları çok risklidir. Onları nereye yerleştirecekleri, ne kadar istikrarlı olacakları ve genel kullanışlılıkları ile ilgili birçok soru, şirketlerin yatırım yapıp yapmayacağına ve nereye yatırım yapacaklarına karar vermesini zorlaştırıyor.

Çözüm: önce simüle edin, sonra yükleyin

Safi'nin yenilikçi dijital ikizinin bir atılım sağladığı yer tam da burasıdır. Fiziksel kurulumdan önce bir kuantum bilgisayarı ve amaçlanan işletim ortamını sanal olarak kopyalar. Model, çevresel sensörlerden, hata istatistiklerinden ve potansiyel parazit kaynaklarının simülasyonlarından gelen verileri bilinen donanım özellikleriyle bütünleştirir.

Bu proaktif yaklaşım, önemli soruların önceden cevaplanmasını sağlar: Kuantum bilgisayar endüstriyel ortamda etkili bir şekilde çalışabilir mi? Ne tür hatalar bekleniyor? Bilgi işlem kalitesini ne kadar önemli ölçüde düşürürler? Ve sistemi stabilize etmek için gelişmiş koruma, alternatif yerleştirme veya uyarlanabilir kalibrasyon gibi hangi önlemler gerekli olacaktır?

Örneğin, nakliye robotlarının kullanıldığı, üretim tesislerinin titreşim ürettiği ve elektrik hatlarının elektromanyetik girişim alanları oluşturduğu bir üretim salonunu düşünün. Dijital ikiz, bu faktörlerin kübit kararlılığı üzerindeki kesin etkisini simüle ederek hata oranlarının nerede tolere edilebilir olacağını ve en önemlisi nerede olmayacağını ortaya çıkarır. Ayrıca, ikiz çalışma sırasında aktif kalır: Yapısal değişiklikler veya yeni makinelerin piyasaya sürülmesi nedeniyle ortam değişirse, sensörler bu değişiklikleri tespit edecek ve potansiyel etkilerini değerlendirecektir.

Avantajı: Kuantum hesaplama öngörülebilir hale geliyor

Dijital ikiz sayesinde şirketler nihayet endüstriyel kuantum hesaplama konusundaki kararlarını yönlendirecek güvenilir verilere sahipler. Artık çok para yatırmadan önce riskleri tam olarak değerlendirebilirler ve sistemin istikrarlı bir şekilde çalışması için neyin gerekli olduğunu açıkça anlayabilirler.

Safi'nin açıkladığı gibi, “Araştırmamda, klasik yöntemler için zor veya oldukça verimsiz olan karmaşık optimizasyon ve endüstriyel zorlukları ele almak için kuantum algoritmalarının ve donanımın birlikte geliştirilmesini araştırıyorum. Bu, kuantum hesaplama için benzersiz bir şekilde uygun problem sınıflarını belirlemeyi ve verimli modelleme yaklaşımları geliştirmeyi içerir.”

Dijital ikizi, teorik araştırma ve pratik uygulama arasındaki kritik boşluğu etkili bir şekilde kapatıyor. Kuantum bilgisayarların uzman laboratuvarlardan başarılı bir şekilde çıkıp gerçek endüstriyel ortamlara taşınabilmeleri için, her gün kullandığımız BT sistemleri kadar istikrarlı, ölçeklenebilir ve güvenilir olmaları gerekir.