Harvard araştırmacıları, bilim, tıp ve finans gibi alanlarda istikrarlı, hesaplanabilir kuantum arayışında olup oyunun kurallarını değiştirecek gelişmelere olanak sağlayan ultra yüksek hızlı bir teknoloji yolu olduğunu fark ettiler.
Joshua ve Beth Friedman Üniversitesi’nde fizik profesörü ve aynı zamanda Harvard Kuantum Girişimi’nin eş direktörü olan Mikhail Lukin liderliğindeki ekip,
48’e kadar mantıksal kübiti kodlayabilecek ve yüzlerce işlemi aynı anda yürütebilecek ilk programlanabilen mantıksal kuantum işlemciyi oluşturdu. Oluşturulan bu sistem hata düzeltebilen kuantum bilgisayarında büyük çapta algoritma yürütmenin ilk gösterimi olup, erkenden oluşabilecek hatalara karşı dayanıklı veya güvenilir biçimde sürekli olacak kuantum hesaplamanın gelişini haber veriyor.
Uzun süredir tartışılan kuantum hata düzeltme ve hata toleransı fikirleri meyvelerini vermeye başlıyor. Lukin bunu başarıyı yapay zeka alanında bir dönüm noktası olacak şekilde tanımlamıştır. Ayrıca, “Sanıyorum ki bu, fazlasıyla özel bir durumun yaklaştığının açıkça görüldüğü anlardan biri. Önümüzde hala aşılmamış zorluklar olmasına rağmen kat edilen ilerlemenin kullanışlı kuantum bilgisayarlara doğru adım adım yaklaştırmayı hızlandırmasını bekliyoruz” dedi1.
Ulusal Bilim Vakfı (NSF) nın Sınırları Merkezleri ve Kuantum Sıçrayışı Mücadelesi Enstitüleri programları aracılığıyla araştırmayı destekleyen Matematik ve Fiziksel Bilimler Direktörlüğü direktör yardımcısı Denise Caldwell, Lukin ile olan fikir birliğini şu şekilde belirtti: Bu buluş, kuantum mühendisliği ve tasarımında bir güç gösterisidir. Ekip yalnızca nötr atomları kullanarak kuantum bilgi işlemenin gelişimini hızlandırmakla kalmayıp bilim ve bir bütün olarak toplum için dönüştürücü faydalar sağlayabilecek büyük ölçekli mantıksal kübit cihazlarının araştırılmasına yeni bir zemin hazırladı.
Kuantum hesaplamada, kuantum biti veya ‘’qubit’’ kavramları, tıpkı klasik hesaplamadaki ikili bit gibi bir bilgi birimidir. Fizikçiler ve mühendisler yirmi yılı aşkın süreden sonra kuantum hesaplamanın, kuantum parçacıklarını (atom, iyon veya foton) manipüle ederek fiziksel kübitler oluşturmanın mümkün olduğunu gösterdiler. Fakat kuantum mekaniğinin karmaşıklığından dolayı hesaplama işleminden başarılı sonuç elde etmek çokta kolay değildir.
Kuantum algoritmasında kullanılmak üzere hataları düzeltilmiş bilgi depolayabilen fiziksel kübit demetleri kullanılabilir. Mantıksal kübitleri (klasik bitler gibi) kontrol edilebilir birimler halinde oluşturmak önemli bir engel oluşturuyor. Kuantum bilgisayarlar, mantıksal kübitlerin güvenilirliği için bir çalışma elde edene kadar bu teknolojinin önemli derecede ilerleyemeyeceği uzmanlar tarafından öngörülüyor.
Günümüze kadar bilinen en iyi bilgi işlem sistemleri, bir veya iki mantıksal kübit ve bunların arasında bağlantı kuracak tek bir kod birimiyle oluşturuldu.
Lukin’in laboratuvarında öncülük edilen Harvard ekibinin buluşu nötr atom dizisi olarak bilinen kuantum hesaplama mimarisi üzerinde birkaç yıl süren çalışmaya dayanıyor. Ayrıca Harvard’ın Teknoloji Geliştirme Ofisi ile QuEra adlı şirket bunu ticarileştirmek istiyor.
Sistemin genel bileşimi aslen rubidyum atomlarından meydana gelen bir bloktur. Bu blokların, hesaplamanın ortasında atomların (sistemin fiziksel kübitleri) hareket edebilmesi, çiftler halinde bağlanabilmesi, “dolaşmış” olması veya ultra soğuk olması gibi başta gelen özellikleri mevcuttur.
Dolaşmış olan atom çiftleri ise hesaplama gücü birimleri olan kapıları oluşturmakla görevlidir. Bahsi geçen ekip yapılan araştırmalarla dolaştırma operasyonlarında hata oranlarını düşürerek nötr atom dizilimi sistemlerinin güvenilirliğini kanıtlamıştı.
Araştırmacılar şimdilerde mantıksal kuantum işlemciler ile lazerler kullanarak mantıksal kübitlerin tümünün paralel ve yoğunlaşmış kontrolünü gösterebiliyor. Bu elde edilen sonuç, bireysel fiziksel kübitleri kontrol etmekten çok daha faydalı ve de ölçeklenebilirdir.
Griffin Sanat ve Bilim Okulu’ndan makalenin ilk yazarı olan Dolev Bluvstein bu durumla ilgili sözleri şu şekilde dile getirdi: “Fiziksel kübitler yerine hata düzeltmeli kübitlerle algoritmaları test etmeye başlama ve daha büyük cihazlara giden yolda öncülük etmeye çalışıyoruz.”
Ekip, daha fazla işlem çeşidi göstermek üzere ve oluşturdukları sistemleri şu anda olduğu gibi manuel döngünün aksine sürekli çalışacak şekilde yapılandırmak için 48 mantıksal kübit üzerinde çalışmalarını sürdürmeye devam edecek.
Ayrıca büyük ölçekli hata düzeltmeli sistemlerin iklim değişikliği, hava durumu, küresel ısınmanın nerelere ulaşacağı gibi bazı tahminlerde beklenen maliyetleri büyük ölçüde azaltan deneysel ve teorik ilerlemelere olanak tanıyacağını ve kuantum bilgisayarların pratik uygulamalarının gelişimini hızlandıracağı düşünülmektedir2.
Kaynaklar