Kuantum hesaplama alanında çığır açan bir gelişme yaşandı. Ülkemizde de yakından takip edilen teknoloji dünyasında, fizikçiler tarafından geliştirilen yeni bir silikon tabanlı mimari sayesinde şimdiye kadarki en doğru kuantum işlemci üretildi.
Sidney merkezli bir teknoloji startupı tarafından yapılan açıklamaya göre, bu silikon tabanlı, atomik kuantum işlemciler, diğer kuantum işlemci birimleri (QPU) karşısında önemli bir avantaj sağlıyor. Bu başarının arkasında yatan yeni mimari, periyodik tablonun 14. ve 15. elementleri olan fosfor atomlarının silikon içine yerleştirilmesine dayanıyor ve "14/15" olarak adlandırılıyor. Elde edilen bulgular, yakın zamanda saygın bir bilim dergisinde yayımlandı.
Yapılan testlerde, dokuz nükleer kübit ve iki atomik kübitten oluşan kuantum bilgisayarda %99.5 ile %99.99 arasında doğruluk oranları elde edildi. Bu sonuç, atomik, silikon tabanlı kuantum hesaplamanın ayrı kümelemeler arasında ilk kez başarıyla gösterildiğini ortaya koyuyor.
Doğruluk oranları, hata düzeltme ve azaltma tekniklerinin ne kadar iyi çalıştığını ölçüyor. Şirket temsilcileri, özel olarak tasarlanan bu mimaride son teknoloji hata oranlarına ulaşıldığını belirtiyor.
Bu rakamlar binlerce kübite sahip kuantum bilgisayarlar kadar etkileyici gelmeyebilir, ancak bilim insanları 14/15 mimarisinin ölçeklenebilirliğinin çok yüksek olduğunu vurguluyor. Farklı kümelemeler arasında zirve doğruluğun gösterilmesi, teorik olarak milyonlarca işlevsel kübite sahip hataya dayanıklı QPU'lara giden bir yol haritası sunuyor.
Sır, Silikon ve Az Miktarda Fosfor
Kuantum hesaplama, geleneksel ikili bilgisayarlar gibi enerji kullanarak hesaplamalar yapar. Ancak geleneksel bilgisayarlar anahtarları çevirmek için elektriği kullanırken, kuantum hesaplama ikili bitlerin kuantum karşılığı olan kübitlerin oluşturulması ve manipülasyonunu içerir.
Kübitler farklı şekillerde karşımıza çıkabilir. Bazı araştırmalar kapılı devreler kullanan süperiletken kübitlerle sistemler geliştirirken, diğerleri ışık parçacıklarından oluşan fotonik kübitler üzerinde çalışıyor. Başka gruplar ise tek atomları lazer cımbızlarıyla yakalayarak tutan iyon kübitler üzerine yoğunlaşıyor.
Temel fikir, kuantum mekaniğini kullanarak çok küçük bir şeyi, potansiyel durumlarından yararlı hesaplamalar yapacak şekilde manipüle etmektir. Yeni geliştirilen mimari sayesinde, bu süreci gerçekleştiren QPU'lar da benzersiz bir şekilde üretiliyor.
Her bir işlemci, saf silikon levhalar içine fosfor atomları yerleştirilerek oluşturuluyor. Bu yöntemin, standart üretimden iki kat daha fazla hassasiyet sağladığı ve bu sayede atomik düzeyde bir hassasiyet elde edildiği belirtiliyor.
Yarınların Kübit Sayılarını Artırmak
Bilim insanlarının kuantum hesaplamada ölçeklendirme elde edebilmesi için her platformun farklı zorlukları aşması gerekiyor.
Tüm kuantum hesaplama platformları için evrensel bir engel hata düzeltmedir (QEC). Kuantum hesaplamalar son derece kırılgan ortamlarda gerçekleşir ve kübitler elektromanyetik dalgalara, sıcaklık dalgalanmalarına ve diğer etkilere karşı hassastır. Bu durum, birçok kübitin süperpozisyonunun "çökmesine" neden olarak ölçülemez hale gelmelerine ve hesaplamalar sırasında kuantum bilgisinin kaybolmasına yol açar.
Bunu telafi etmek için çoğu kuantum hesaplama platformu, hata azaltma için bir dizi kübiti ayırır. Bunlar, geleneksel bir ağdaki denetim veya parite bitlerine benzer şekilde çalışır. Ancak kübit sayısı arttıkça, QEC için gereken kübit sayısı da artar.
Bu yeni silikon tabanlı sistemde, kübitlerin uzun ömürlü olma ve "bit çevirme" hatası gibi sorunlara karşı daha dirençli olması sayesinde, hata düzeltme kodlarının çok daha verimli çalıştığı ve daha az kübit gerektirdiği ifade ediliyor. Bu da hata düzeltme maliyetlerini önemli ölçüde düşürüyor.
Kaba hassasiyetle manipüle edilen kübitlerin daha az kararlı olduğu diğer silikon tabanlı sistemlerde, bit çevirme hataları daha belirgindir. Ancak yüksek hassasiyetle tasarlanan bu yeni işlemciler, diğer platformlarda yaşanan belirli hata türlerini azaltabiliyor.
Grover Algoritmasını Yenme Yarışı
Kuantum hesaplama sistemlerinde doğruluk oranını test etmek için standart bir yöntem olan Grover algoritması, bir kuantum bilgisayarın belirli bir arama fonksiyonunda klasik bir bilgisayara göre "avantaj" gösterip gösteremeyeceğini kanıtlamak için tasarlanmıştır. Günümüzde, kuantum sistemlerinin ne kadar verimli çalıştığını belirlemek için bir teşhis aracı olarak kullanılıyor. Temel olarak, bir laboratuvar %99.0 ve üzeri kuantum hesaplama doğruluk oranlarına ulaşabilirse, hata düzeltilmiş ve hataya dayanıklı kuantum hesaplamaya ulaştığı kabul edilir.
Yakın zamanda yayımlanan bir çalışmada, bu yeni mimari ile Grover algoritmasında %98.9 gibi yüksek bir doğruluk oranı elde edildiği gösterildi. Bu, kübit sayısı olarak daha az kübit kullanan bazı büyük firmaların elde ettiği sonuçları geride bırakıyor.
Büyük şirketlerin projeleri hala geliştirme ve test aşamasındayken, kübit sayısını artırdıkça hata azaltma tekniklerini de uyarlamak zorunda kalıyorlar. QEC, aşılması en zor darboğazlardan biri olarak öne çıkıyor.
Ancak bu yeni mimarinin "hata eksikliği" sayesinde, kübitler üzerinde herhangi bir hata düzeltme çalıştırmadan Grover algoritmasında rekor kırmayı başardığı belirtiliyor. Bilim insanları, gelecekte daha büyük sistemlere geçildiğinde hata düzeltmenin kaçınılmaz olduğunu, ancak gereken kübit sayısının çok daha az olacağını, bunun da fiziksel sistemin ve güç gereksinimlerinin daha küçük olacağı anlamına geldiğini vurguluyor.
