Kuantum bilgisayarlar, hesaplama gücü açısından muazzam bir ilerleme vaat ediyor ancak bu potansiyelin büyük bir kısmı henüz tam olarak hayata geçirilmiş değil. Günümüzde sahip olduğumuz kuantum bilgisayarlar, potansiyel olarak mümkün olanın sınırlı prototipleri düzeyinde kalıyor.
Kuantum bilgisayar teknolojisini ölçeklendirme ve geliştirmenin önündeki en büyük zorluklardan biri, hata toleransı kazandırma ihtiyacıdır. Bu, bilgisayar hesaplamaları yaparken eş zamanlı olarak hataları tespit edebilme ve düzeltebilme yeteneği anlamına geliyor.
Şimdi ise ABD'li araştırmacılar, gerçek zamanlı hata düzeltmenin nasıl işleyebileceğine dair bir çalışmayı Nature Physics dergisinde yayımladı. Ekip, hem rastgeleliği (kaosu) tanıtmak hem de bunu düzeltmek üzere tasarlanmış iki aşamalı bir sistem kurdu. Bu, hata toleransı için gerekecek temel mekanizmayla aynıdır.
Fizikçi Jedediah Pixley, bu konuda şunları söylüyor: "Hata toleranslı bir kuantum bilgisayar inşa etmek için, bu kontrolleri ve düzeltmeleri sadece bir veya iki kez değil, bir hesaplama sırasında çok sayıda kez yapmamız gerekiyor. Bu deney, oraya ulaşmak için attığımız önemli bir adımdır."
Klasik bilgisayarlar bitler üzerinde çalışır; bu bitler ya 1 ya da 0 olarak belirlenir. Kuantum bilgisayarların içindeki kübitler ise ölçülene kadar 1, 0 veya aradaki herhangi bir değerde (süperpozisyonda) bulunabilir. Hesaplamalardaki üstel yükseltme buradan kaynaklanır.
Kübitler aynı zamanda inanılmaz derecede hassastır ve ısı veya hareket gibi çevresel etkilere karşı çok duyarlıdır. Bu nedenle hata düzeltmesi büyük önem taşır.
Araştırmacılar, yeni yaklaşımlarını test etmek için 156 kübite sahip bir işlemci kullanarak, aynı anda 100 kübiti birbirine bağladı. Sistem daha sonra iki alternatif görevle yapılandırıldı: karıştırma (sistemde kaosu yayma) ve kontrol (gerektiğinde kübitleri sıfırlama).
Fizikçi Maika Takita, zorluğun sadece bir kübiti ölçmek olmadığını, işlemcinin geri kalanı çalışmaya devam ederken bunu tekrarlı olarak yapmak olduğunu belirtti. Bu deneyin, mevcut donanımın büyük bir sistemde binlerce kez kuantum operasyonlarını, ölçümleri ve sıfırlamaları koordine edebildiğini gösterdiğini ekledi.
Araştırmacılar, deneyleri boyunca karıştırma ve sıfırlama arasındaki dengeyi değiştirdi. Yaklaşık 5.000 kübit operasyonu ve neredeyse 5.000 kontrol ve sıfırlama işlemi sonucunda, kontrol ve sıfırlamaların toplam operasyonların yarısından fazlasını oluşturduğu durumlarda düzen yeniden sağlandı.
Daha fazla kübit eklendikçe, dönüm noktası verilerde daha net bir şekilde ortaya çıktı. Bu, suyun buz haline dönüşmesi gibi tek bir şekilde gerçekleşen bir faz geçişi, gerçek bir kuantum etkisinin kanıtı oldu.
Fizikçi Haining Pan, "Deney ve teori arasındaki uyum, bunun küçük bir devrenin rastgele bir özelliği olmadığını gösterdi. Bu, kuantum sistemi boyunca ortaya çıkan kolektif bir davranıştı" dedi.
Kuantum bilgisayarlar kısa sürede sıradan bilgisayarlar gibi evlerimizde yaygınlaşmayacak, ancak ilaç geliştirme, hava tahmini, malzeme simülasyonu, yapay zeka desteği ve daha birçok üst düzey ve inanılmaz derecede karmaşık bilgi işleme görevlerinde yardımcı olacak.
Artık kaos teorisi için kullanılan matematiksel kontrol ve dengelemelerin, kuantum ortamında da klasik ortam kadar işe yarayabileceğini biliyoruz.
Burada gösterilen kontrol ve sıfırlama sisteminin, kuantum bilgisayarlarda kullanışlı olması için daha karmaşık kurallar kullanılarak ölçeklendirilmesi gerekecek. Ancak bu, kuantum sistemlerini sorunsuz ve düzenli bir şekilde çalıştırmayı sağlayan geri bildirim döngüleri için bir stres testi niteliği taşıyor.
Fizikçi Justin Wilson, "Kontrolden çıkmış davranış, rastgele müdahalelerle kontrol altına alınabilir ve bu, keskin bir şekilde tanımlanmış bir oranda gerçekleşir. Bu kaos ve kontrol arasındaki geçişin kuantum fiziğinde de hayatta kalması belirgin değildi, ancak sonuçlarımız bunun böyle olduğunu gösteriyor" dedi.
Bu araştırma, Nature Physics dergisinde yayımlanmıştır.
