Bilim dünyasında 20 yıldır süregelen bir araştırma, kuantum bilgisayarların geleceği için büyük bir umut ışığı yaktı. İlk kez gerçekleştirilen bir deneyde, 'sihirli durum damıtma' adı verilen ve kuantum hesaplamanın temel taşlarından biri olarak görülen bir süreç, yüksek kaliteli mantıksal kübitlerde başarıyla uygulandı. Bu gelişme, hata toleranslı ve günümüzün süper bilgisayarlarından çok daha güçlü kuantum makinelerinin önünü açabilir.
Kuantum Bilgisayarların Vazgeçilmezi: Sihirli Durumlar
Sihirli durumlar, kuantum bilgisayarların karmaşık algoritmaları çalıştırabilmesi için ihtiyaç duyduğu, önceden hazırlanmış özel kuantum durumlarıdır. Bu durumlar olmadan, kuantum bilgisayarlar, bilgiyi paralel olarak işleme yeteneğini tam olarak kullanamazlar. Sihirli durum damıtma ise, bu değerli durumların saflaştırılarak en üst düzeyde kullanılabilmesini sağlayan bir filtreleme işlemidir.
Daha önce bu işlem, hatalara açık olan fiziksel kübitlerde yapılabilmekteydi. Ancak asıl zorluk, hataları tespit edip düzeltebilen ve bilgiyi paylaşan mantıksal kübitlerde bu işlemi gerçekleştirmekti. Mantıksal kübitlerde sihirli durum damıtmanın yapılamaması, kuantum bilgisayarların klasik makineleri geride bırakmasını teorik olarak engelliyordu.
QuEra'dan Tarihi Başarı
QuEra bünyesindeki bilim insanları, bu engeli aşarak, mantıksal kübitlerde sihirli durum damıtmayı başarıyla gösterdiler. Bu önemli buluşları, Nature dergisinde yayımlandı. Bu süreç, kuantum bilgisayarların vaat ettiği güce ulaşabilmesi için kritik bir kilometre taşı olarak kabul ediliyor.
Hata Düzeltme ve Mantıksal Kübitlerin Rolü
Kuantum bilgisayarlar, kübit adı verilen temel birimler üzerinden çalışır ve kuantum mantığını kullanarak veri işler. Ancak bu sistemlerde en büyük zorluk, çok karmaşık algoritmaları son derece düşük hata oranlarıyla çalıştırmaktır. Fiziksel kübitler, sıcaklık değişimleri veya elektromanyetik radyasyon gibi etkenlerden kolayca etkilendiği için doğası gereği 'gürültülüdür'. Bu durum, hesaplamaların sıklıkla kesintiye uğramasına yol açar.
İşte bu noktada hata düzeltme devreye girer. Mantıksal kübitler, birbirine dolaşık birden fazla fiziksel kübitin bir araya gelmesiyle oluşur ve hata düzeltme prensibine dayanır. Bir kübit hata yapsa bile, bilginin yedekli olması sayesinde hesaplama kesintiye uğramaz. Ancak mantıksal kübitler, sadece temel kuantum kapıları olan 'Clifford kapıları'nı çalıştırabilmektedir; bu da onların yeteneklerini sınırlar.
Gerçek Potansiyeli Ortaya Çıkarma
Gerçek paralel işlemeyi ve süper bilgisayarların ötesine geçen yetenekleri mümkün kılmak için yüksek kaliteli sihirli durumlara ihtiyaç vardır. Bu durumların elde edilmesi, maliyetli ve kaynak yoğun bir süreç olmuştur ve şimdiye kadar mantıksal kübitlerde gerçekleştirilememiştir. Bu çalışmayla, sihirli durum damıtmanın mantıksal kübitlerde yapılabilmesi, kuantum bilgisayarların gerçek potansiyelini ortaya çıkaracak bir kapı aralamıştır.
Gemini Kuantum Bilgisayarı ile Deneyler
Araştırmacılar, Gemini nötr atom kuantum bilgisayarını kullanarak, kusurlu beş sihirli durumu tek bir daha temiz sihirli duruma damıttılar. Bu işlem, farklı kalitelerdeki mantıksal kübitlerde test edilerek, işlemin mantıksal kübitin kalitesiyle ölçeklendiği gösterildi. Bu, hata toleranslı sihirli durum damıtmanın pratikte işe yaradığını kanıtlamıştır. Artık hem mantıksal kübitleri hem de yüksek kaliteli sihirli durumları kullanarak, klasik bilgisayarların simüle edemeyeceği programları çalıştırabilen kuantum bilgisayarlar mümkün hale gelebilir.
Bu gelişme, kuantum bilişim alanında önemli bir dönüm noktası olarak kabul ediliyor ve kuantum bilgisayarların sadece inşa edilebilir olmaktan çıkıp, gerçekten kullanışlı hale gelme yolunda büyük bir adım olduğunu gösteriyor.
