Kuantum hesaplama alanında onlarca şirketin hem küçük startup'lar hem de teknoloji devleri düzeyinde yürüttüğü çalışmalar, bu alanda bir fayda sağlayacak bir yol bulma çabasında sürekli olarak yeni sonuçlar doğuruyor. Genellikle yeni teknolojilere ve büyük dönüm noktalarına odaklanmamız, büyük bir başarının kaçınılmaz olarak birçok küçük ve aşamalı ilerlemenin üzerine inşa edileceği gerçeğini gözden kaçırmamıza neden olabiliyor.
Son birkaç hafta içinde, şirketlerin teknolojiyi genel kullanıma daha yakın hale getirme çabalarına ilişkin ilerleme raporlarını yayınladığını gördük. Bu raporların hiçbiri büyük bir atılımı temsil etmese de, teknolojinin ilerlemesi için hepsi kesinlikle gerekli adımlardır. Buradaki fikir, bizi kullanışlı bir şeye yaklaştırmak için gereken yoğun çabayı aktarmaktır.
Microsoft Malzeme Biliminde İlerliyor
Microsoft, parçacıkların hapsedildiği zaman ortaya çıkan farklı fiziksel prensiplere dayanan topolojik kübitler üzerinde çalışan az sayıdaki şirketten biri. Microsoft'un sistemi, bir yarı iletkenin üzerine yerleştirilmiş ince bir süperiletken tele dayanıyor. Süperiletkenlerde, iki elektron grubu Cooper çiftleri oluşturur. Ancak telin tek sayıda iletken elektron içermesi, yani tek bir eşleşmemiş elektronun olması durumunda, bu elektron telin her iki ucuna da yayılacaktır (çünkü kuantum mekaniği tuhaftır).
En azından teorisyenlerin tanımladığı davranış buydu. Şirket bu davranışa dayalı kübitler inşa etmeden önce, bu davranışın teorisyenlerin öngördüğü gibi gerçekleştiğini doğrulaması gerekiyordu. Bu pürüzsüz bir yolculuk değildi. Bu alandaki erken çalışmaların bazıları daha sonra geri çekildi ve Microsoft'un fiziksel prensipleri sağlam bir şekilde gösterme çabaları, gösterdiği sistemin oldukça gürültülü olması nedeniyle bir miktar şüpheyle karşılandı. Buna rağmen şirket, bu tür nanowire çiftlerinden kübitler inşa etme temelinde bir yol haritası belirledi.
Bu hafta şirket, kübitlerini yapmak için kullandığı malzemeleri değiştirerek çok daha iyi bir performans bildiren bir güncelleme yayınladı. Donanımının önceki versiyonunda, süperiletken olarak alüminyum kullanıyordu (cihazlar mutlak sıfıra yakın tutulur). Bu, kurşun ile değiştirildi. Altındaki yarı iletken, elektronları ve kurşundaki elektronlar arasındaki spin-orbit bağlanmayı iyileştiren bir miktar kalay içerecek şekilde yeniden formüle edildi.
Microsoft'un kullandığı cihazlar iki paralel tele sahiptir ve kuantum noktaları kullanılarak çiftin paritesinin (ikisi de birer fazla elektronla, ikisi de eksiz, ya da karışık bir durum) ölçülmesine dayanır. Belirtildiği gibi, orijinal sistem çok gürültülüydü ve genellikle 10 milisaniye veya daha kısa sürede spontane parite durumu değiştiriyordu. Yeni malzemelerle, bir parite durumu bazen 20 saniyeyi aşabiliyordu. Bu tür bir kararlılık, her zaman topolojik kübitlerin vaadiydi ve Microsoft'un başlangıçta bu sisteme bağlı olmasının nedeniydi.
Bununla birlikte, şirketin hala uzun bir yolu var. Hala tekil kübitler ve çiftler üzerinde hesaplama manipülasyonları yapmaya izin verecek şekilde pariteyi manipüle etme yeteneğini göstermesi gerekiyor. Uzun vadede, bireysel kübitleri hata düzeltmeyi sağlayan bir şekilde bağlama konusunda kararlar alınması gerekecektir. Ancak bu el yazması hakemli inceleme sürecinden geçerse, Microsoft'un yaptığı donanım bahsinin sağlam olduğu görülüyor.
Her Atom Yeterli
Atom Computing hem Microsoft'un rakibi hem de ortağıdır, çünkü donanımına Microsoft'un Azure Quantum Cloud hizmeti aracılığıyla erişilebilmektedir. Şirketler ayrıca Atom'un donanımında hata düzeltme yapmak için gereken yazılım ve protokolleri geliştirmek üzere birlikte çalışmışlardır.
Bu, tipik bilgisayar anlamında "donanım" değildir. Katı malzemenin çoğu lazerler ve optik kılavuzları içerir; hesaplama, bir dizi lazer ışığı tarafından askıda tutulan atomların nükleer spinleri kullanılarak yapılır. Yine de Atom, bir depolama bölgesi, bir operasyon bölgesi ve bunlardan biri kaybedilirse içeri getirilebilecek yedek atomlar koleksiyonu gibi bir mimari geliştiriyor. "Optik cımbızlar" olarak adlandırılan bir lazer konfigürasyonu, atomları bu konumlar arasında karıştırmak için kullanılır.
Şirket yeni bir el yazmasında, bu yedek atom rezervinin ne kadar önemli olabileceğini gösteriyor. Durumlarını korumak ve onları tuzaklarda tutmak için, ısınma eğiliminde olan atomları soğutmak üzere lazerler kullanılmalıdır. Soğutma yavaş bir süreçtir, ancak bunu başaramamak, sıcak atomların onları bir ızgarada tutan lazer tuzaklarından dışarı fırlamasına neden olur ki bu da açıkça hatalara yol açar.
Bu nedenle Atom'un bir çıkmazı vardı: hata düzeltme yapmak için operasyonlar gerçekleştirmesi gerekiyordu, ancak bu operasyonlar hataların olasılığını artırıyordu.
Çözümü, hata düzeltme için gereken ölçümleri, önceden soğutulmuş bir yedek atomu mantıksal bir kübite takas edebileceğini belirlemekti. Mantıksal bir kübitin (veri depolama ve hata algılama kübitlerinin bağlı bir koleksiyonu) durumunu tekrar tekrar ölçerek yapılan testler, bunun büyük bir fark yarattığını gösterdi. Soğuk atomları takas etmeden mantıksal kübit üzerinde hata düzeltme yapmak, hata olasılığını her ardışık ölçümle artırdı. Takas işlemi, olasılığı zamanla kabaca sabit tuttu.
Bu, hata düzeltilmiş kübitin tam olarak kararlı olduğu anlamına gelmiyor. Sonunda, kaçınılmaz olarak meydana gelen hatalardan biri, bireysel atomlarının çoğunun aynı anda durum değiştirmesi nedeniyle kurtarılamadı. Ancak normal hata düzeltme uygulamak, bu mantıksal kübitlerden bazılarının 90 tura kadar kararlı kalmasını sağlayabilir.
Yine de, bu herhangi bir sofistike hesaplama için yeterli değil. Ancak şirketin bu tekniği geliştirmeden önceki durumundan çok daha yakın.
Rezonans Ediyor
EeroQ, kübitlere kendine özgü bir yaklaşıma sahip bir startup. Birçok şirket, genellikle elektron spinlerini kübit olarak kullanmayı düşünüyor çünkü kuantum noktalarında tutulan elektronları manipüle edebilen çipler üretmek kolaydır. EeroQ çiplerini, çok sayıda küçük sıvı helyum havuzcuklarıyla üretiyor. O havuza bir elektron yerleştirildiğinde, helyum ekstra bir elektron taşımayı sevmediği için gidecek yeri olmaz. Böylece, tekil elektron sadece yüzeyde süzülür.
Bu harika, ancak şirket kurulmadan çok önce zaten iyi yerleşmiş bir fizikti. Sorun, kimsenin elektronla kullanışlı yollarla etkileşime girecek bir yöntem bulamamış olmasıydı.
Yakın zamanda şirket, yeni bir çip versiyonunu tanımlayan bir el yazması yayınladı; bu çip, helyum dolu havuzun yanında küçük bir rezonatöre sahip. Bu rezonatörün, elektrik alan tarafından havuzun duvarlarına çarpmaktan alıkonulan elektronun hareketiyle kuplajlanabileceğini gösterdiler. Elektronun hareket durumları nicelendiği için, rezonatör deneysel prosedür sırasında bir veya iki durum benimser, bu da bir kübitin potansiyel yapı taşıdır.
Yine, bu işlevsel hesaplama donanımına sahip olmaktan çok uzak. Ancak yine de, bu teknolojilerden herhangi birinin vaadini yerine getirmesi gerekiyorsa, gereken bu tür aşamalı çalışmalardır.
