Bilim insanları, süperiletken kuantum bitleri (kübitler) üretmek için yeni bir yöntem geliştirdi. Bu yeni yöntemle kübitlerin kararlılığı, mevcut en gelişmiş sistemlere kıyasla üç kat daha uzun süre korunabiliyor. Bu durum, daha güçlü kuantum hesaplama işlemlerinin gerçekleştirilmesine olanak tanıyor.
Bilimsel bir dergide yayımlanan çalışmada detayları paylaşılan bu yeni teknik, tantalyum adlı nadir toprak elementinin kullanımına dayanıyor. Periyodik tablonun "geçiş metalleri" grubuna ait olan tantalyum, tantalite ve silikon gibi minerallerin üzerinde atom atom biriktirilerek "yetiştiriliyor".
Araştırmacılar, silikon üzerinde yetiştirilen tantalyumu kullanarak 1.68 milisaniyeye kadar kararlı kalabilen kübitler ürettiler. Bu süre, laboratuvar ortamında bildirilen kararlılık sürelerinden yaklaşık üç kat daha uzun ve büyük teknoloji şirketlerinin kuantum işlem birimlerinde kullandığı süperiletken kübitlerden ise tam 15 kat daha uzun. Bu gelişme, kuantum hesaplamanın önündeki en büyük engellerden birini aşma potansiyeli taşıyor.
Kuantum hesaplamada "kararlılık" (coherence), bir kübitin dalga halini ne kadar süreyle koruyabildiğinin bir ölçüsüdür. Kübitler kararlılıklarını yitirdiğinde bilgiyi kaybederler. Bu nedenle, kuantum hesaplamada kararlılığı sürdürmek en büyük zorluklardan biridir.
Bilim insanları, kübit geliştirmek için tantalyumu kullanma konusunda yıllardır çalışıyor. Tantalyum gibi süperiletken bir malzeme, mutlak sıfıra yakın sıcaklıklara kadar soğutulduğunda, içindeki devreler neredeyse hiç direnç göstermeden çalışabilir. Bu durum, daha hızlı kuantum işlemlerine olanak tanır. Ancak işlemlerin hızı ve sayısı, kübitlerin bilgi durumlarını ne kadar süreyle koruyabildikleriyle doğrudan sınırlıdır.
Tantalyumun bir diğer önemli avantajı ise üretim sürecindeki kusurlara yol açabilen kirleticilerden kolayca arındırılabilmesidir. Üretimdeki en ufak bir düzensizlik bile kübitlerin daha hızlı kararlılıklarını kaybetmesine neden olabilir. Tantalyumun kimyasal olarak dirençli yapısı, korozyon ve moleküler yer değiştirme ile ilgili bazı durum değişikliklerine karşı onu korur; hatta aside daldırıldığında bile asidi emmez. Bu özellikler, onu kuantum hesaplama için süperiletken malzeme olarak mükemmel bir aday haline getiriyor.
Ancak kübit malzemesini kusurlardan uzak tutmak işin sadece yarısıdır. Bir kuantum işlemcisinin üretimi hem bir taban katman malzemesi hem de bir altlık gerektirir. Önceki deneylerde, bilim insanları tantalyum taban katmanı ve safir altlık ile üretilen işlemcilerde en üst düzey kuantum hesaplama sonuçları elde etmişlerdi. Bu deneyler başarılı olsa da, kararlılık oranları bir milisaniyenin altında kalıyordu.
Üniversitedeki ekip, bu deneylerde kullanılan safir altlığı, özel tekniklerle geliştirilmiş yüksek dirence sahip bir silikon ile değiştirdi. Çalışmaya göre, 48 kübite kadar olan sistemlerde 1.68 milisaniyeye varan kararlılık oranları elde edildi. Bu, süperiletken kübitler için şimdiye kadarki en iyi sonuçtur.
Yeni kübit tasarımı, büyük şirketler tarafından geliştirilen süperiletken kuantum işlemcilere benzerlik gösteriyor. Ekipteki bir araştırmacı, kendi geliştirdikleri parçaları büyük bir teknoloji şirketinin en iyi kuantum işlemcisine entegre etmenin, bu işlemcinin performansını bin kat artırabileceğini belirtti.
Bu gelişmenin kuantum bilgisayar sektörü için ne anlama geldiği henüz belirsizliğini koruyor. Bilim insanları kübitlerin kararlılık oranlarını önemli ölçüde artırmış olsa da, hala aşılması gereken zorluklar var. Bunların başında tantalyumun bulunabilirliği geliyor. 2025 itibarıyla tantalyum, madenciliğinin büyük kısmının Afrika'da yapıldığı, nadir bir metal olarak kabul ediliyor.
Yeni kübitler kararlılığı önemli ölçüde artırsa da, günümüzün ticari olarak dağıtılan kuantum bilgisayarlarına entegre edilmeden önce daha büyük boyutlarda ve tam ölçekli yonga setlerinde test edilmeleri gerekiyor.
