Bilim dünyası, pratik ve yaygın kullanıma sahip kuantum bilgisayarlarının önündeki temel zorlukların aşılması yolunda önemli bir adım attı. Yapılan araştırmalar, kuantum hesaplama hata oranında şimdiye kadar kaydedilen en düşük seviyeye ulaşıldığını gösteriyor.
Haziran ayında yayımlanan bir çalışmada, araştırmacılar %0.000015'lik bir kuantum hata oranı ortaya koydu. Bu, yaklaşık her 6.7 milyon işlemde yalnızca bir hata meydana geldiği anlamına geliyor.
Bu başarı, önceki rekor olan yaklaşık her 1 milyon işlemde bir hatadan hem doğruluk hem de hız açısından neredeyse on katlık bir gelişme temsil ediyor. Bu önceki rekor da aynı ekip tarafından 2014 yılında elde edilmişti.
Kuantum işlemlerindeki hatalar veya "gürültü", bir kuantum bilgisayarın çıktısını kullanılamaz hale getirebilir. Bu gürültü, kontrol yöntemlerindeki kusurlar (bilgisayarın mimarisi ve algoritmalarındaki sorunlar) ve fizik yasaları gibi çeşitli kaynaklardan kaynaklanıyor. Bu nedenle, kuantum hata düzeltmesi üzerine yoğun çabalar harcanıyor.
Dekohorens (kuantum durumunun doğal olarak bozulması) ve sızıntı (kübit durumunun hesaplama alt uzayından dışarı sızması) gibi doğal yasalardan kaynaklanan hatalar, bu yasalar dahilinde azaltılabilirken, ekibin ilerlemesi, bilgisayarın mimarisi ve kontrol yöntemlerinden kaynaklanan gürültüyü sıfıra yaklaştırarak sağlandı.
Araştırmacılar tarafından yapılan açıklamaya göre, "Hata olasılığını büyük ölçüde azaltarak, bu çalışma hata düzeltmesi için gereken altyapıyı önemli ölçüde azaltıyor ve gelecekteki kuantum bilgisayarlarının daha küçük, daha hızlı ve daha verimli olmasının yolunu açıyor." Hassas kübit kontrolünün, saatler ve kuantum sensörleri gibi diğer kuantum teknolojileri için de faydalı olacağı belirtiliyor.
Ekibin deneyinde kullandığı kuantum bilgisayar, fotonları kübit olarak kullanan daha yaygın mimarilerden farklı, özel bir platformdan yararlanıyor. Bunun yerine, "tuzaklanmış iyonlar" kullanılıyor.
Araştırmacılar, çalışmanın oda sıcaklığında yürütüldüğünü ve bunun da bu teknolojiyi çalışan bir kuantum bilgisayarına entegre etmek için gereken kurulumu basitleştirdiğini belirtiyor.
Genel olarak kuantum sistemleri ya "kuantum noktaları"na dayanan süperiletken devreler kullanıyor ya da bir kübit olarak işlem yapmak üzere tek bir fotonu yerinde tutmak için genellikle "optik cımbızlar" olarak adlandırılan lazerlerden yararlanıyor. Ekip ise kalsiyum-43 iyonlarından oluşan bir diziyi yerinde tutmak için mikrodalgaları kullandı.
Bu yaklaşımla iyonlar, hiperfin "atom saati" durumuna yerleştiriliyor. Çalışmaya göre bu teknik, araştırmacıların foton tabanlı yöntemlerin izin verdiğinden daha yüksek hassasiyetle daha fazla "kuantum kapısı" oluşturmasını sağladı. Kuantum kapıları, bir bilgisayarın gerçekleştirebileceği "kuantum işlemleri"nin sayısına benzetiliyor.
İyonlar hiperfin atom saati durumuna yerleştirildikten sonra, araştırmacılar mikrodalga kontrol yönteminden kaynaklanan genlik ve frekans sürüklenmelerini düzenli olarak düzelten otomatik bir kontrol prosedürü aracılığıyla iyonları kalibre etti.
Başka bir deyişle, araştırmacılar iyonları tuzağa düşürmek için kullanılan mikrodalgaların ürettiği gürültüyü tespit etmek ve düzeltmek için bir algoritma geliştirdi. Bu gürültüyü ortadan kaldırarak, ekibin sistemleriyle fiziksel olarak mümkün olan en düşük hata oranında veya buna yakın bir oranda kuantum işlemleri gerçekleştirmesi sağlandı.
Bu yöntemle, büyük ölçekte neredeyse sıfır hata ile tekli işlem (birden fazla kübit gerektiren bir kapı yerine tek bir kübit kapısı ile gerçekleştirilen işlemler) yapabilen kuantum bilgisayarlarının geliştirilmesi artık mümkün hale geldi.
Bu, genel olarak daha verimli kuantum bilgisayarlarının geliştirilmesine yol açabilir ve çalışmaya göre, en son teknolojiye sahip tekli kübit kapısı hatasına ulaşılarak bilinen tüm hata kaynaklarının kırılmasıyla tekli işlemde oluşan hataların büyük çoğunluğu açıklanmış oluyor.
Bu durum, kuantum bilgisayarlarını tasarlayan mühendisler ve üzerlerinde çalışan algoritmaları geliştiren geliştiricilerin, hata düzeltmesi amacıyla daha az kübiti ayırmak zorunda kalacağı anlamına geliyor.
Araştırmacılar, hatayı azaltarak yeni yöntemin gereken kübit sayısını ve buna bağlı olarak kuantum bilgisayarının maliyetini ve boyutunu da azalttığını belirtiyor.
Ancak, bu gelişme sektör için tam bir çözüm değil. Zira birçok kuantum algoritması, temel işlevlerin ötesinde hesaplamalar yapmak için tekli işlem kübitleriyle birlikte veya onlardan oluşan çoklu işlem kübitlerine ihtiyaç duyuyor. İkili kübit işlemindeki hata oranı hala yaklaşık olarak 2.000'de 1 seviyesinde bulunuyor.
Bu çalışma, pratik ve yaygın kullanıma sahip kuantum hesaplamalarına doğru önemli bir adım olsa da, karmaşık çoklu işlem kübit sistemlerinde yerleşik olan "gürültü" sorunlarının tamamını çözmüyor.
