Günümüzün en hızlı süper bilgisayarlarını bile geride bırakma potansiyeline sahip kuantum bilgisayarların, düşündüğümüz kadar büyük ve enerji harcaması yüksek olmayabileceği ortaya çıktı. Bir startup tarafından geliştirilen yeni bir teknoloji, kuantum hesaplama alanında önemli bir adımı temsil ediyor.
Şirket, yerleşik hata düzeltme özelliğine sahip yeni bir kuantum biti (qubit) geliştirdi. Bu yenilik, hataya toleranslı kuantum hesaplama için genellikle gerekli olan büyük fiziksel qubit kümelerine olan ihtiyacı ortadan kaldırıyor.
Bu yeni tasarımın ölçeklendirilerek 2031 yılına kadar 1000 mantıksal qubite sahip bir makine oluşturulması planlanıyor. Araştırmacılar, bu sistemin bir veri merkezine sığacak kadar kompakt olacağını ve mevcut platformlara göre çok daha az enerji gerektireceğini belirtiyor.
Bu duyuru, şirketin donanımına doğrudan kuantum hata düzeltmeyi entegre eden "bozonik qubit" prototipini 2024 yılında sergilemesinin ardından geldi. Şirket yetkilileri, yeni mimariyi "uygulamalı fizikte bir ilk" ve ölçeklenebilir, kullanıma hazır kuantum makineleri için pratik bir yol olarak tanımladı. Bu çığır açan gelişme, kuantum hesaplamanın uzun süredir karşılaştığı temel zorluklardan biri olan kuantum bilgisinin zaman içinde bütünlüğünü koruma sorununa çözüm getiriyor.
Kuantum bitleri, mutlak sıfıra (–273°C) yakın sıcaklıklara soğutulduğunda bile ısıya, titreşime ve elektromanyetik girişime karşı aşırı hassastır. Çoğu kuantum platformu bu sorunu, tek bir mantıksal birim oluşturmak için birçok fiziksel qubiti birleştiren kuantum hata düzeltme yöntemiyle çözer. Bu yöntemde yedeklilik sayesinde hatalar emilir ve düzeltilir, böylece tek bir hata tüm hesaplamayı bozmaz.
Ancak, geleneksel olarak tek bir mantıksal qubit oluşturmak düzinelerce, hatta yüzlerce fiziksel qubit gerektirir. Bu da kuantum bilgisayarın boyutunu, karmaşıklığını ve enerji maliyetini önemli ölçüde artırır. Yeni sistem, tek bir fiziksel bileşenin mantıksal qubit rolünü üstlenmesini sağlayarak bu durumu aşmayı hedefliyor.
Kuantum Hesaplama Artık Daha Güvenli
Tasarımın temelinde, mutlak sıfıra yakın soğutulmuş, bozonik rezonatör olarak bilinen süper iletken bir alüminyum boşluk bulunuyor. Bu boşluk, kuantum bilgisini rezonatör içinde oluşan belirli elektromanyetik desenlerde (modlar) depolayan ışık parçacıkları (fotonlar) içerir. Bu modlar, boşluğun içindeki alanın rezonansa girmesinin farklı yollarını temsil eder ve aynı kuantum durumunun paralel olarak kodlanmasına olanak tanır.
Bilgiyi aynı fiziksel yapı içindeki birden çok moda dağıtarak, qubit belirli türdeki girişimleri tanımlayabilir ve düzeltebilir. Bir mod bozulursa, diğerleri doğru durumu geri yüklemek için yeterli bağlamı sağlar. Çok modlu kodlama olarak bilinen bu yöntem, her qubite dahili hata toleransı sağlar. Bu da harici hata düzeltme ihtiyacını azaltır ve fiziksel ile mantıksal qubitler arasında 1:1 oranına olanak tanır.
Araştırmacılar, bu mimariye dayalı 1000 mantıksal qubite sahip bir makinenin yalnızca 20 metrekarelik bir alan kaplayacağını ve günümüzdeki yüksek performanslı sistemlerin kullandığı enerjinin sadece bir kısmını tüketeceğini tahmin ediyor.
Ayrıca, kendi mimarileri kullanılarak inşa edilen bir kuantum bilgisayarın, 830 bitlik bir RSA şifreleme anahtarını bir saat içinde kırabileceğini ve sadece 120 kilovat-saat enerji tüketeceğini hesapladılar. Karşılaştırma yapmak gerekirse, aynı problemi çözmek için bir süper bilgisayarın dokuz gün ve 280.000 kilovat-saat enerjiye ihtiyaç duyacağını belirtiyorlar.
Şirket yetkilileri, "Kuantum hata düzeltmeye ayrılan fiziksel qubit sayısı her zaman sektörümüz için büyük bir zorluk teşkil etti. Çok modlu kodlama, mükemmel hata düzeltme yeteneklerine sahip, ancak tüm o fiziksel qubitlerin engelini taşımayan kuantum bilgisayarlar inşa etmemizi sağlıyor." açıklamasında bulundu.
Sistemi daha hataya toleranslı hale getirmek için araştırmacılar, Tesseract kodu adı verilen bir "bozonik kod" kullandılar. Bu kod, bit kaymaları, faz kaymaları, kontrol hataları ve qubitin bilgi depolamak ve işlemek için kullanılan sistemin bir parçası olmayan bir duruma geçtiği sızıntı gibi yaygın kuantum hatalarına karşı korunmaya yardımcı olur. Sızıntıyı düzeltmek zordur çünkü çoğu hata düzeltme tekniği yalnızca beklenen kuantum durumları kümesi içinde çalışır ve bir şeyin bu kümenin dışına ne zaman düştüğünü tespit edemez.
Sistemin güvenilirliğini test etmek için araştırmacılar tekrarlanan hata düzeltme turları gerçekleştirdiler ve qubitin amaçlandığı gibi davranmadığı sonuçları filtrelediler.
Çalıştırmaların yaklaşık %12,6'sı filtrelendi. Kalan verilerde, qubit 32 hata düzeltme turu boyunca ölçülebilir bir bozulma olmadan durumunu korudu. Bu da çok modlu kodlamanın kararlı koşullar altında kuantum bilgisini güvenilir bir şekilde koruyabileceğini gösteriyor.
Şirket, 2029 yılına kadar 100 mantıksal qubitlik bir makineyi, tam 1000 qubitlik sistemi ise 2031 yılına kadar piyasaya sürmeyi planlıyor. Yetkililer, "Makinelerimiz, daha küçük ve daha pratik boyutlarının yanı sıra enerjinin sadece bir kısmını tüketecekler. Bu da onları, enerji maliyetlerinin en üst düzeyde olduğu yüksek performanslı hesaplama (HPC) merkezleri için özellikle çekici hale getiriyor." dedi.
