Birleşik Krallık'taki bilim insanları, iki ayrı kuantum işlemcisini başarıyla birbirine bağlayarak kuantum internet ve potansiyel olarak kuantum süperbilgisayarlar için önemli bir adım attı. Bu gelişme, mevcut fiber optik kablolar kullanılarak gerçekleştirildi.
Kuantum bilgisayarlardaki kuantum bitlerinin (kubitlerin) sayısını artırmak bugüne kadar zorlu bir meseleydi. Çünkü kuantum bilgisayarlar oldukça hassas sistemlerdir. Isı, hareket veya elektromanyetizma gibi dış etkileşimlere karşı duyarlıdırlar ve klasik bilgisayarlara göre çok daha sık hata yapma eğilimindedirler.
Bir kuantum bilgisayarda ne kadar çok kubit olursa, sistem o kadar karmaşık hale gelir ve kuantum bilgisinin kaybı anlamına gelen uyumsuzluk (decoherence) riski ve hataları önlemek için gereken kaynaklar da o kadar artar. Bu nedenle bilim insanları, gerçekten kullanışlı bir kuantum bilgisayar için gereken milyonlarca kubite ulaşmadan önce daha güvenilir kubitler geliştirmeye odaklanmıştı.
Geçtiğimiz günlerde yayımlanan bir çalışmada bilim insanları, ölçeklenebilirlik sorununu aşmak için ayrı kuantum işlemcilerini mevcut fiber optik kablolar aracılığıyla birbirine bağlamayı önerdi ve bu öneriyi başarılı bir deneyle kanıtladı. Bu yöntem, kullanılabilir kubit sayısını artırmanın yeni bir yolunu sunuyor.
Bu gelişme, dağıtılmış kuantum hesaplama (DQC) fizibilitesini gösterme açısından büyük önem taşıyor. DQC'de, kuantum işlemcileri hesaplamalar yapmak üzere birbirine bağlanır. Bu sayede birden fazla kuantum işlemcisi bir araya gelerek, klasik süperbilgisayarların çözmekte zorlanacağı karmaşık problemleri çok daha kısa sürede çözebilir.
Bilim insanları, fotonik ağ arayüzü (optik fiberler) kullanarak iki kuantum işlemcisini nasıl birbirine bağladıklarını detaylandırdı. Fotonik ağ üzerinden kuantum algoritmaları göndermek, iki işlemcinin kaynakları paylaşmasına ve tek bir varlık gibi çalışmasına olanak sağladı.
Geleceğin Dağıtılmış Hesaplaması
İşlemcileri bu şekilde birbirine bağlayarak, bilim insanları fotonları, kuantum bilgisini ve ilk kez bir kuantum algoritmasını başarıyla iletebildiler. Kuantum algoritmaları, kuantum bilgisayarların problemleri çözmesini sağlayan hesaplama fonksiyonlarıdır. Bu algoritmalar, fotonlar arasındaki kuantum dolanıklığı (entanglement) fenomeninden yararlanılarak paylaşıldı.
Kuantum işlemcileri ayrıca, 'samanlıkta iğne aramak' olarak tanımlanan, yani büyük, sıralanmamış bir veri havuzunda belirli bir bilgi parçasını bulmak için tasarlanmış bir kuantum algoritması olan Grover arama algoritmasını kullanarak bir test problemi üzerinde birlikte çalışabildi.
Bu çığır açıcı gelişme, kuantum hesaplamadaki ölçeklenebilirlik sorununu çözmek için anahtar niteliğinde. Milyonlarca kubit içeren devasa ve hantal tek bir makine yerine, bu yeni teknik hesaplamaların birçok küçük işlemciye dağıtılmasına olanak tanıyor. Optik kablolarla bağlanan, tuzaklanmış iyon kubitlerine sahip küçük modüller kullanarak, ayrı QPUs'lardaki kubitlerin dolanık hale getirilmesini sağlıyor.
Bir DQC sistemindeki işlemcileri bağlamanın ek bir faydası da bakım kolaylığıdır, zira modüller sistemin geri kalanını etkilemeden yükseltilebilir veya değiştirilebilir.
Deneyde kuantum işlemcileri arasındaki mesafe sadece 2 metre (yaklaşık 6.6 feet) olduğu için, bu teknolojinin gelecekteki denemelerinde bağlantının çok daha uzun mesafelerde istikrarlı kalmasını sağlamak için çalışma mesafesinin artırılması gerekecek. Kuantum bilgisinin iletilebileceği mesafeyi artıran kuantum tekrarlayıcılar da gelecekteki sistemlere dahil edilebilir.
Daha fazla kuantum işlemcisi eklemek, DQC'nin kuantum süperbilgisayarlar inşa etmek için geçerli bir çözüm olacağının ek bir kanıtını sağlayacaktır. Tıpkı günümüzdeki süperbilgisayarların yüzlerce klasik işlemcinin birbirine bağlanması gibi, teorik olarak uzak mesafelerdeki kuantum işlemcilerini birbirine bağlayarak bir kuantum süperbilgisayar oluşturmak mümkündür.
Bir fizibilite kanıtı olarak, deney DQC'nin uygulanabilir olduğunu göstermiştir. Ayrıca, farklı konumlardaki kuantum işlemcilerinin güvenli bir iletişim ağı kurmak için kullanılabileceği, daha güvenli bir bilgi iletim yöntemi sağlayabilecek güvenli bir kuantum internetin temellerini atmaktadır.
Araştırma ekibi, bu deneyin ağ tabanlı dağıtılmış kuantum bilgi işlemenin mevcut teknolojiyle mümkün olduğunu gösterdiğini belirtmiştir. Ancak, kuantum bilgisayarların pratik uygulamalar için hazır hale gelmeden önce yapılması gereken çok iş olduğunu da eklemişlerdir. Kuantum bilgisayarları ölçeklendirmek, önümüzdeki yıllarda yoğun mühendislik çabası ve muhtemelen yeni fiziksel içgörüler gerektirecek zorlu bir teknik meydan okuma olmaya devam ediyor.
