Kuantum bilgisayarlar, günümüzün en karmaşık problemlerini çözme potansiyeline sahip olsa da, en büyük zorluklarından biri hatalara karşı ne kadar hassas olduklarıdır. Klasik bilgisayarların aksine, kuantum sistemlerde hataları tespit edip düzeltmek çok daha zordur. Ancak Microsoft araştırmacıları, bu alanda önemli bir adım atarak yeni bir hata düzeltme tekniği geliştirdiklerini duyurdu.
Geliştirilen bu yeni yöntem, '4 boyutlu kodlar' olarak adlandırılıyor ve kuantum hesaplamanın önündeki en büyük engellerden biri olan 'hata toleransı' sorununa çözüm sunmayı amaçlıyor. Klasik bilgisayarlarda bilgi kopyalanarak hata düzeltilirken, kubitler (kuantum bitleri) kopyalanamaz ve ölçüldüklerinde durumları bozulur. Bu da hataları tespit etmeyi ve gidermeyi çok daha karmaşık hale getirir.
Mevcut kuantum hata düzeltme teknikleri genellikle sisteme ek 'fiziksel kubitler' ekleyerek çalışır. Bu fiziksel kubitler, hesaplama yapan 'mantıksal kubitler' ile dolaşık hale getirilir ve hatalar, mantıksal kubitleri bozmadan fiziksel kubitler üzerinden kontrol edilir. Ancak bu yöntemler genellikle yüksek kaynak gereksinimi duyar ve ölçeklendirmesi zordur.
Microsoft'un Yeni '4 Boyutlu Kod' Yaklaşımı
Microsoft'un geliştirdiği yeni 4 boyutlu geometrik kodlar, bu zorlukların üstesinden gelmeyi vadediyor. Araştırmacılar, bu kodların mantıksal kubit başına çok daha az fiziksel kubit gerektirdiğini, hataları tek adımda kontrol edebildiğini ve hata oranlarını 1.000 kata kadar azaltabileceğini belirtiyor.
Bu yenilikçi yaklaşım, hata düzeltme için kullanılan 4 boyutlu geometrik kodların topolojisine ('donut' benzeri bir şekil gibi düşünebilirsiniz) 'bükülme' (twist) eklenmesiyle mümkün hale geliyor. Bu bükülme, kodun aynı miktarda sistem alanını daha az fiziksel kubit dolaşıklığı kullanarak kapsamasını sağlıyor. Geometriyi 'bükerek', 4 boyutlu kod yerleşimi, kullanılan kubitlerin gerçek kuantum durumunun daha büyük bir kısmını yansıtan daha geniş bir temsil alanı yaratıyor. Bu da araştırmacıların, sistem içinde gerçekleşen gerçek kuantum süreçlerini bozmadan koddaki hataları tespit etmesine olanak tanıyor.
Microsoft araştırmacıları, geliştirdikleri bu 'bükülmüş' kodu mevcut kuantum bilgisayarlarda test ettiklerini ve teorilerini deneysel olarak doğruladıklarını ifade ediyor. Ayrıca, hesaplama sırasında kaybolan atomların (bazı sistemlerde kubit olarak kullanılırlar) yerine, hesaplama süreci kesintiye uğramadan yenilerini eklemek için bir atom ışını kullanabildikleri çığır açıcı bir tekniği de gösterdiklerini belirtiyorlar.
Evrensel hata toleranslı kuantum bilgisayarların, düşük derinlikli mantıksal döngüler ve evrensel hata toleransı sağlarken, az sayıda fiziksel kubit ile artan sayıda mantıksal kubiti verimli bir şekilde gerçekleştirmek üzere tasarlanmış 4 boyutlu geometrik kodlar kullanılarak hayata geçirilebileceği düşünülüyor.
Bu gelişme, kuantum hata düzeltme alanında son zamanlardaki önemli adımlardan biri olarak görülüyor. Kısa bir süre önce IBM de benzer hedeflere yönelik hata düzeltme teknikleri geliştirdiğini duyurmuştu. IBM'in yaklaşımı kendi donanımına özel bir 'yukarıdan aşağıya' geliştirme yöntemi kullanırken, Microsoft'un yöntemi daha 'aşağıdan yukarıya' inşa edilmiş ve potansiyel olarak farklı donanımlar ve kullanım senaryoları için daha geniş bir uygulama alanına sahip olabileceği belirtiliyor.
