Kuantum bilgisayarlara doğru yeni bir adım
Bilim insanları ilk defa gerçek zamanlı olarak bir kuantum kapısı ışınlamayı ve üzerinde ölçüm gerçekleştirmeyi başardı. Yapılan deney, bilgi ışınlama araştırmalarında uzun zamandır beklenen bir adımı ifade ediyor.
Mike McRae*
İki bilgisayar bilimci, yaklaşık 20 yıl önce, kuantum bilgisayarlarını daha güvenilir hale getirmek amacıyla iki konum arasında özel bir kuantum işlemini ışınlama hususunda bir teknik önermişti.
Geçtiğimiz günlerde, Yale Üniversitesi’nden bir araştırma ekibi, bu fikirleri gerçeğe dönüştürerek, bu inanılmaz derecedeki hassas teknolojiyi ölçeklenebilir duruma getirmek noktasında oldukça pratik bir yaklaşım ortaya koydu.
Fizikçiler, bir mesafe boyunca bir kuantum işlemini ya da kuantum kapısını** ışınlamak ve etkisini ölçmek için kullanışlı bir yöntem geliştirdiler. Bu işlem, daha önce başarılmış olsa da bugüne dek gerçek zamanlı biçimde uygulanmamıştı. Gerçekleşen işlem, kuantum hesaplamayı modülerleştirmenin (ayrı birimler halinde gerçekleştirmenin) ve bu sayede daha güvenilir hale getirecek bir süreç oluşturmanın da yolunu açıyor.
QUBIT’LERLE YARATILAN ALTERNATİF GERÇEKLİK
Hesaplamaları “bit”ler diye adlandırılan gerçeklik durumlarıyla (açık veya kapalı 1 ve 0 değerleriyle) yapan alışıldık bilgisayarların aksine, kuantum bilgisayarlar qubit’lerle (kubit diye okunur) çalışıyor; bu, aklımızın algılamakta zorlandığı ama matematik alanında gayet kullanışlı, tuhaf bir gerçeklik durumudur.
Klasik bir bilgisayarda, bit’ler, ‘mantık kapıları’ ismi verilen işlemlerle etkileşime girer. Bu alan, eski dünyadaki küçük bir gladyatör arenasına benzer; iki bit girer, bir bit çıkar. Kapılar farklı biçimlerde davranıp belirli kurallara bağlı olarak bir kazanan seçer.
Klasik bilgisayarlar söz konusu olduğunda, kapılardan geçen bu bitler aklımıza gelen tüm hesaplamaların temelini oluşturur.
Ancak, qubit’ler, algoritmaların temel alacağı alternatif bir birim sunar. Yani 1 veya 0’dan daha fazlasını, aynı anda iki durumun özel bir karışımını da sunarlar. Bu, yazı veya tura olup olmadığını görmeden önce, elinizde tuttuğunuz madeni bir paraya benzer.
Qubit’ler bir mantık geçidinin kuantum versiyonuyla bağlaşık biçimde, klasik bitlerin yapamadığını yapabilirler. Yine de tek bir sorun söz konusudur; qubit’ler, ölçülen bir sistemin bir parçası haline geldiği anda, 1 ve 0’ın belirsiz durumu kesin bir 1 ya da 0’a dönüşür.
SON DERECE HASSAS BİR SÜREÇ
Daha da kötü olan şey, qubit’in kesin bir değere dönüşmesi, aşırı bir etkene ihtiyaç duymaz; ve bu gerçekleştiğinde, oldukça hassas olan bileşenler gürültülü bir ortamdan yeterince iyi izole edilmediyse, bir kuantum bilgisayarı pahalı bir hurdaya dönüşebilir.
Şimdilerde, kuantum bilgisayar mühendisleri, aynı esnada 70’ten fazla qubit’in üzerinde işleyebildiği makinelere dair bir heyecan yaşıyorlar; bu gayet etkileyici bir şey ama kuantum bilgisayarlar şimdilik aynı anda gerçeklik eşiğinde dolaşan binlerce qubit olmasa bile, yüzlercesinin denetim altında olduğundan emin olmalarına imkân veriyor.
Bu tarz bir ölçeklemeyi gerçeğe dönüştürmek yolunda bilim insanlarının fazladan numaralara ihtiyacı var. Eldeki seçeneklerden biri, teknolojiyi olabildiğince modüler hale getirmek ve hataları azaltmak için daha küçük ölçekli kuantum sistemlerini daha geniş bir ağa bağlamak olabilir.
Yine de bunun bir işe yaraması için, aynı esnada kuantum kapılarının da –yani qubit’lerin ağır gerilimlerle başa çıkmasını sağlayan özel faaliyetlerin- paylaşılması gerekiyor.
Kuantum kapısı gibi ışınlama teknikleri, kulağa sıkı bir bilimkurgu ögesi gibi geliyor. Ancak, burada bahsettiğimiz şey kesinlikle Uzay Yolu (Star Trek) serisinde gördüğümüz taşıma sistemleri değil.
‘KUANTUM DOLANIKLIK’TAN FAYDALANILIYOR
Aslında, basitçe söylersek, nesnelerin zamanlarının (ve durumlarının) birbiriyle dolanık (bağlantılı) olabileceği gerçeğine atıfta bulunuyoruz; yani, biri ölçülürken, diğeri ne kadar uzakta bulunursa bulunsun, aynı anda bağlantılı duruma dönüşüyor.
Bu teknik deneysel ortamda daha önce kanıtlanmıştı; fakat bugüne dek süreç güvenilir bir biçimde gerçek zamanlı olarak gerçekleştirilememiş ve ölçülememişti ve bu pratik, bir bilgisayarın parçaları açısından oldukça hayati.
Araştırma başyazarı Kevin Chou, “Çalışmamız, bu iletişim kuralının, klasik iletişimin gerçek zamanlı olarak gerçekleştiği ve her seferinde istenen işlemi yerine getirdiği bir ‘baştan belirlenmiş’ işlemi gerçekleştirmemize olanak sağlayan ilk deneydi,” diyor.
Araştırmacılar, ‘kontrollü bir 'Değil kapısı' (NOT Gate) olarak adlandırılan bir tür kuantum işlemini ışınlamak amacıyla, bu son teknoloji ürünü makinede safir çiplerde qubit’ler kullandılar. En önemlisi, ‘hata-düzeltilebilir’ bir kodlama uygulanarak, süreç yüzde 79 güvenli bir hale getirildi.
Baş araştırmacı Robert Schoelkopf, “Hata-düzeltilebilir qubit’leri kullanarak, kuantum bilgi işlemeye doğru bir kilometre taşı geçilmiş oldu,” diyor.
Bu deney, kuantum modülleri oluşturma yolunda henüz bir bebek adımı; öte yandan, bu kavramsal kanıt, modüllerin, gittikçe büyüyen kuantum bilgisayarlarının ihtiyacımız olan ölçeğe taşınmasının bir yolu olabileceğini ortaya koyuyor.
Araştırma, Nature dergisinde tüm ayrıntılarıyla yayınlandı.
*Yazının aslı Science Alert sitesinde yayınlanmıştır. (Çeviren: Tarkan Tufan)
**Kuantum kapısı veya kuantum mantık kapısı, az sayıda qubit üzerinde çalışan temel bir kuantum devresidir.