IBM gerçek kuantum bilişime yaklaştı

Artık 50 yaşına gelmiş olan Moore Yasası hakkında çok konuşuluyor ve bu halde devam edip etmeyeceği ya da ilave ayarlamalara ihtiyacının olup olmayacağı merak ediliyor. Her şekilde, yasanın işlerliğini yitireceği düşünülüyor – muhtemelen önümüzdeki 10 yıl içinde – çünkü bir çip içindeki transistörleri bu kadar küçültebiliyoruz. Kuantum bilişim sıklıkla geleneksel bilişimin en mantıklı varislerinden biri olarak düşünülüyor. Biraz eşelediğiniz zaman pek çok alanda yenilik getireceği kesin olan bu alana örnek olarak, yapısallaştırılmamış devasa Büyük Veri bilgi yığınları içinden sıralama yapılması (ki keşif yapmakta çok önemli olacak), süper malzemeler geliştirilmesi, yeni şifreleme yöntemlerinin bulunması ve deneme-yanılma usulü laboratuar testleri olmadan ilaç moleküllerinin keşfedilmesi verilebilir.

Bunların hepsinin olması için, birilerinin çalışan bir kuantum bilgisayarını yapması şart. Bu da henüz gerçekleşmiş değil, tek istisna olarak dev (ve tartışmalı) D-Wave makinesi karşımızda duruyor. Ancak bir adım daha atıldığı söylenebilir. IBM araştırmacıları, ilk kez, aynı anda bit-çevirme (bit-flip) ve faz-çevirme (phase-flip) kuantum hatalarını tespit edip ölçmeyi başardı. Araştırmacılar aynı zamanda çok daha büyük ölçeğe uyarlanabilecek yeni, kare biçimli kuantum bit devre tasarımını gerçekleştirdi.

IBM Araştırma’nın kıdemli başkan yardımcısı ve müdürü olan Arvind Krishna, bir demecinde konu hakkında şöyle diyor: “Kuantum bilişim potansiyel olarak dönüşümlü bir karaktere sahip olabilir, günümüzde mümkün olmayan veya pratik bulunmayan sorunları çözmemizi sağlayabilir”. “Kuantum bilgisayarlar geleneksel olarak kriptografi için incelenmişse de, çok uygun düştüğünü sandığımız bir başka alan da, fizik ve kuantum kimyasında şu anda çözülemez durumdaki sorunları çözme potansiyeli olan pratik kuantum sistemleri. Bunun malzeme bilimi veya ilaç tasarımında muazzam potansiyeli olabilir, ve yeni bir araştırma alanı açılır”.

Peki tam olarak olan ne? Geleneksel bilgisayarlar sadece 1 ve 0 değerlerini alabilen ve bit olarak adlandırılan unsurları anlayabiliyor. Bit, yüksek veya düşük voltaj gibi iki hal arasında gidip gelen bir sembol veya bir açma kapama anahtarı gibi bir şey olarak düşünülebilir. Bir qubit veya kuantum biti ise her iki değeri aynı anda taşıyabilir, buna üst üste binme (süperpozisyon) deniyor – 0+1 – her iki hal birbiri ile bir faz ilişkisi içinde bulunuyor. Bu yetenek, bir kuantum bilgisayarını en azından teoride normal bir bilgisayardan çok çok daha fazla hızlı hale getiriyor.

Buradaki sorun, bir kuantum bilgisayarının kuantum uyumsuzlaşması (kuantum bileşenleri arasındaki uyumun kaybolması) veya ısınma, aksaklıklar veya elektromanyetik radyasyondan ötürü hesaplamalarda hataların olması gibi sebeplerle çalışamayacak olması. Qubitler son derece hassas; birini basitçe ölçmeye kalktığınızda hal değişikliğine uğruyor. Bir bit-çevirme hatası görebilirsiniz, yani basitçe olması gereken halin karşıtını görebilirsiniz (0 yerine 1 görmek gibi). Ayrıca faz çevirme hatası da alabilirsiniz, bu da üst üste binmiş hallerin işaretinin hatalı olması demek.

Bu sebeple kuantum hata düzeltmesi büyük ölçekli ve güvenilir bir kuantum bilgisayar tasarımının gerekli bir parçası. Ancak önceki kavramlarla aynı anda sadece birini veya diğerini tespit edebiliyorsunuz. IBM’in geliştirdiği çözüm dört adet çok iyi soğutulmuş, süper-iletken qubit’ten oluşan kare biçimli bir kuantum bit devresi ve 1,613 santimetre kare kadar büyük bir çip üzerine yerleştirilmiş. Kare biçiminin tercih edilmesi kuantum hata düzeltmesinde önemli, çünkü daha önceki doğrusal tasarımlar buna izin vermiyordu. Ayrıca şekil, daha fazla qubit ilave ederek yapıyı büyütmenize de imkân tanıyor.

“Şu ana kadar, araştırmacılar bit-çevirme veya faz-çevirme kuantum hatalarını tespit edebiliyordu, ancak ikisini aynı anda hiç tespit edememişlerdi. Bu alandaki önceki çalışmalar doğrusal çözümler getirmeye çalıştı ve yalnızca bit-çevirme hatalarına bakıyordu, böylece bir sistemin kuantum haliyle ilgili tam olmayan bilgi sağlıyordu ve bir kuantum bilgisayar için yeterli olmuyordu”. Bu sözlerin sahibi, IBM Kuantum Bilişim Grubunun yöneticilerinden biri olan Jay Gambetta. “Dört qubit sonuçlarımız bu sorunun üstesinden geliyor ve her iki kuantum hatasını da tespit edebiliyoruz, aynı zamanda daha büyük sistemler de oluşturabiliyoruz, çünkü qubit’ler doğrusal bir yerleşimden ziyade kare örgü yapısı kullanıyor”.

IBM’in iki buluşu çok prestijli bir bilim dergisi olan Nature Communications’un 29 Nisan sayısında ayrıntısıyla açıklandı. Sonraki adım, “çok sayıda, süper-iletken qubit’lerin” güvenilir ve tekrarlanabilir bir şekilde, düşük hata değerleri verece biçimde tasarımı ve üretimi. Bu yapıldığında, tam anlamı ile bir kuantum bilgisayarına giden yola düşmüş olacağız. Dört yerine, sadece 50 kuantum bit (qubit) ile bir bilgisayar yapılabilirse, IBM’ye göre, “günümüzün TOP500 süper-bilgisayarlarının hepsi bir araya gelse bile onu geçemez” deniyor ki bu da muazzam bir şey…

Kaynak: extremetech.com