Kuantum bilgisayarların karmaşık problemleri çözme süresini önemli ölçüde kısaltabilecek bir gelişme yaşandı. Araştırmacılar, kuantum hata düzeltme (QEC) sürecini tam 100 kat hızlandırmanın bir yolunu keşfetti. Bu yeni teknik, algoritmik hata toleransı (AFT) olarak adlandırılıyor ve kuantum algoritmalarını, sabit aralıklarla kontrolleri durdurmak yerine, hataları anında tespit edip düzeltecek şekilde yeniden yapılandırıyor.
Simülasyonlarda yapılan testler, AFT'nin hata düzeltme için harcanan zamanı ve hesaplama gücünü yüzde 100'e kadar azalttığını gösterdi. Bu sonuçlar, yapay nötr-atom kuantum bilgisayarlar üzerinde yapılan testlere dayanıyor ve bu alandaki bilim insanları için büyük bir kilometre taşı olarak görülüyor. Bu gelişme, pratik ve büyük ölçekli kuantum bilgisayarlara giden yol haritasında önemli bir ilerleme olarak değerlendiriliyor.
Kuantum bilgisayarlar teorik olarak günümüzün en güçlü süper bilgisayarlarından bile daha hızlı bilgi işleyebilir. Ancak kuantum bilgisayarların temelini oluşturan kübitler oldukça hassas. Güvenilir bir hesaplama yapabilmek için kübitlerin, hassas bir kuantum durumunu, yani "tutarlılığı", bilgi işlemek için yeterince uzun süre koruması gerekiyor. En ufak bir çevresel etki bile bu durumu bozabiliyor ve kübitteki tüm bilgiyi yok edebiliyor.
Hata toleranslı kuantum hesaplama, kuantum sistemlerinin müdahalelerden etkilenmeden daha uzun ve karmaşık hesaplamalar yapmasını sağlıyor. Bu genellikle mantıksal kübitler gibi QEC teknolojilerine dayanır. Mantıksal kübitler, aynı veriyi birden fazla fiziksel kübit arasında paylaşarak bilgiyi korur. Bu fiziksel kübitler atomlar, iyonlar veya süperiletken devreler olabilir.
Kübiti doğrudan ölçmek kuantum durumunu yok ettiği için, QEC hataların kodlanmış bilgiyi çökertmeden tespit edilip düzeltilmesini sağlıyor. Ancak bu, hata kontrollerinin düzenli aralıklarla eklenmesi nedeniyle önemli bir hesaplama yükü getiriyor.
AFT ise farklı çalışıyor. Kuantum algoritmalarını, hata tespitinin hesaplama akışının içine entegre edilecek şekilde yeniden düzenliyor. Bu, her işlem için onlarca tekrara ihtiyaç duymak yerine, her mantıksal adım için yalnızca tek bir kontrolün yeterli olabileceği anlamına geliyor. Bu, hata düzeltme yükünü dramatik bir şekilde azalttığı için bir dönüm noktasıdır. Bu da kuantum bilgisayarların çok daha az donanımla ve çok daha hızlı işlem süreleriyle kullanışlı hesaplamalar yapabilmesini sağlıyor.
AFT ve nötr-atom sistemlerinin birlikte çalışması da dikkat çekici. Nötr-atom kuantum bilgisayarlar, kuantum bilgilerini bireysel atomlarda saklar ve bu atomlar hassas lazer ışınlarıyla kontrol edilir. Bu, kübitlerin gerektiğinde yeniden konumlandırılmasına olanak tanıyan yerleşik bir esneklik sunar.
Bu sistemlerde, herhangi bir atom diğerleriyle etkileşim kurmak üzere hareket ettirilebilir. Bu, süperiletken kübitlerde olduğu gibi sabit kablolama ile sınırlı olmadıkları anlamına gelir. Bu "tamamen esnek" yapı, hata toleranslı şemalar için doğal bir uyum sağlar. Ayrıca paralel işlemleri destekleyerek, aynı talimatları birden fazla kübite aynı anda verme imkanı sunar. Bu sayede hatalar izole edilir ve sistemin geri kalanına yayılmaz.
Nötr-atom makineleri oda sıcaklığında çalışır ve aşırı kriyojenik soğutmanın karmaşıklığı ve maliyetinden kaçınılır. Esneklik, eşzamanlı işlemler ve daha basit altyapı bir araya geldiğinde, nötr atomlar algoritmik hata toleransından yararlanmak için benzersiz bir konuma gelir.
Araştırmacılar, AFT'yi QuEra'nın nötr-atom mimarisinin simülasyonlarına uyguladıklarında, hata düzeltme için gereken süreyi ve hesaplama kaynaklarını algoritmalara bağlı olarak 10 ila 100 kat arasında azalttıklarını gördüler.
Bu hızlanma türü, kuantum bilgisayarların daha önce ulaşılamaz kabul edilen gerçek dünya problemlerini çözebilecek kadar hızlı olmasını sağlayabilir. Örneğin, küresel nakliye konteyneri rotalarını optimize eden bir algoritmanın, gelecekteki hata düzeltilmiş bir kuantum bilgisayarda bir ay sürebileceği düşünülüyor. Bu süre zarfında koşullar değişebilir ve sonuçlar kullanışsız hale gelebilir. Yeni yöntemle, aynı hesaplama potansiyel olarak bir günden daha kısa sürede tamamlanabilir, bu da onu teoriden pratik kullanışlılığa taşıyabilir.
