Tek bir cihazdan (bir kuantum bilgisayar) rastgeleliğin nasıl çıkarılacağına ilişkin yakın tarihli bir öneri, kuantum üstünlüğünün ilk testleri arasında yer alacak olan sözde örnekleme görevini kullanıyor. Görevi anlamak için size fayanslarla dolu bir kutu verildiğini hayal edin. Her döşemenin üzerine kazınmış birkaç 1 ve 0 vardır – 000, 010, 101 vb.
Yalnızca üç bit varsa, sekiz olası seçenek vardır. Ancak kutuda her etiketli döşemenin birden çok kopyası olabilir. 010 etiketli 50 karo ve 001 etiketli 25 karo olabilir. Bu karo dağılımı, belirli bir karoyu rastgele çekme olasılığınızı belirler. Bu durumda, 010 etiketli bir döşemeyi çekme olasılığınız, 001 etiketli bir döşemeyi çekmenizden iki kat daha olasıdır.
Bir örnekleme görevi, belirli bir döşeme dağılımına sahip bir kutuya ulaşma ve bunlardan birini rastgele çıkarma eşdeğerini yapan bir bilgisayar algoritmasını içerir. Dağıtımdaki herhangi bir döşeme için belirtilen olasılık ne kadar yüksek olursa, algoritmanın o döşemeyi çıkarması o kadar olasıdır.
Tabii ki, bir algoritma gerçek bir çantaya uzanmayacak ve fayansları çekmeyecek. Bunun yerine, olası her 50 bitlik çıktı dizesi için istenen olasılığı belirten bir dağıtım verildikten sonra, örneğin 50 bit uzunluğundaki bir ikili sayıyı rastgele çıktı olarak verecektir.
Klasik bir bilgisayar için, dizideki bit sayısı arttıkça görev katlanarak zorlaşır. Ancak bir kuantum bilgisayar için, ister beş bit ister 50 bit içersin, görevin nispeten basit kalması bekleniyor.
Kuantum bilgisayar, belirli bir durumda tüm kuantum bitleriyle (kübitler) başlar. Diyelim ki hepsi 0’dan başlıyor. Klasik bilgisayarlar klasik bitler üzerinde sözde mantık kapıları kullanarak hareket ediyorsa, kuantum bilgisayarlar da kuantum kapıları olarak bilinen kuantum eşdeğerini kullanarak kübitleri manipüle eder.
Ancak kuantum kapıları, kübitleri garip durumlara sokabilir. Örneğin, bir tür kapı başlangıç değeri 0 ile başlayan bir kübiti 0 ve 1 süperpozisyonuna koyabilir. Daha sonra kübitin durumunu ölçecek olsaydınız, kübitin durumunu eşit olasılıkla 0 veya 1’e rasgele daraltırdı.
Daha da tuhafı, aynı anda iki veya daha fazla kübit üzerinde hareket eden kuantum kapıları, kübitlerin birbirleriyle “dolaşmasına” neden olabilir. Bu durumda, kübitlerin durumları iç içe geçer, böylece kübitler artık yalnızca tek bir kuantum durumu kullanılarak tanımlanabilir.
Bir grup kuantum geçidini bir araya getirirseniz, belirli bir sıradaki bir dizi kübit üzerinde hareket etmelerini sağlarsanız, bir kuantum devresi yarattınız. Bizim durumumuzda, 50 bitlik bir dizgeyi rastgele çıktılamak için, 50 kübiti bir araya getirerek, yeniden oluşturmak istediğiniz dağılımı yakalayan bir durum süperpozisyonu oluşturan bir kuantum devresi oluşturabilirsiniz.
Kübitler ölçüldüğünde, tüm süperpozisyon rastgele 50 bitlik bir dizgeye çökecektir. Herhangi bir diziye çökme olasılığı, kuantum devresi tarafından belirtilen dağılım tarafından belirlenir. Kübitleri ölçmek, gözleri bağlı bir şekilde kutuya uzanmaya ve dağıtımdan rastgele bir dizi örneklemeye benzer.
Austin, Texas Üniversitesi’nde bilgisayar bilimcisi olan Scott Aaronson, rastgele sayı üretiminin muhtemelen “teknolojik olarak uygulanması mümkün olan kuantum bilgisayarların ilk uygulaması” olacağını söylüyor.
Aaronson’ın rastgelelik üretme protokolü oldukça basittir. Klasik bir bilgisayar önce güvenilir bir kaynaktan birkaç bit rastgelelik toplar ve bir kuantum devresinin tanımını oluşturmak için bu “tohum rastgeleliği” kullanır. Rastgele bitler, kuantum kapılarının türlerini ve kübitler üzerinde hareket etmeleri gereken diziyi belirler. Klasik bilgisayar, açıklamayı kuantum devresini uygulayan, kübitleri ölçen ve 50 bitlik çıkış bit dizisini geri gönderen kuantum bilgisayara gönderir. Bunu yaparken devrenin belirttiği dağılımdan rastgele örnekleme yapmıştır.
Bir yanıt yazın