Kuantum bilgisayarlarında bir ilk! Bu bilgi her şeyi değiştirebilir

Kuantum bilgisayarlarda kullanılan kuantum bitlerinin (kısaca “kübit”) sayısını artırmak oldukça zorlayıcı bir süreç, çünkü bu bilgisayarlar oldukça gürültülü. Yani ısı, hareket ya da elektromanyetizmadan kaynaklanan herhangi bir etkiye karşı çok hassaslar ve klasik bilgisayarlardaki bitlere kıyasla çok daha sık arıza yapıyorlar.

Bir kuantum bilgisayarda ne kadar çok kübit olursa, sistem o kadar karmaşık hale geliyor ve kuantum bilgisi kaybı (diğer adıyla dekoherens) riski artıyor. Ayrıca hata önleme için gereken kaynaklar da aynı oranda büyüyor. Bu nedenle bilim insanları, milyonlarca kübitlik gerçekten işe yarar bir kuantum bilgisayar inşa etmeden önce daha güvenilir kübitler geliştirmeye odaklanıyor.

BAĞLAMA YÖNTEMİ

Live Science’ın haberine göre Nature dergisinde yayımlanan bir çalışmada, bilim insanları bu ölçekleme sorununu aşmak için, mevcut fiber optik kabloları kullanarak ayrı kuantum işlemcileri birbirine bağlama yöntemini önerdiler. Bu sayede kullanılabilir kübit sayısı artırılabiliyor.

• Bu yöntem, dağıtık kuantum hesaplama (Distributed Quantum Computing – DQC) kavramının uygulanabilirliğini göstermek açısından önemli bir adım. DQC, birden fazla kuantum işlemcinin birbiriyle bağlantılı şekilde çalışarak hesaplamaları ortaklaşa yapmasına olanak tanıyor. Böylelikle klasik süper bilgisayarların saatler veya günler sürebilecek işlemleri, kuantum işlemciler birlikte çalışarak çok daha kısa sürede çözebiliyor.

ADLARI ALICE VE BOB

Bilim insanları, Alice ve Bob adını verdikleri iki kuantum işlemciyi (aynı isimli kuantum bilgisayar şirketiyle karıştırılmamalı), bir fotonik ağ arayüzü (optik fiberler) aracılığıyla nasıl bağladıklarını anlattı. Bu fotonik arayüz üzerinden kuantum algoritmaları gönderilerek, işlemcilerin kaynaklarını paylaşması ve tek bir sistem gibi çalışması sağlandı.

FOTONLARI KUANTIM BİLGİSİYLE İLETTİLER!

Bu bağlantı sayesinde bilim insanları, fotonları kuantum bilgisiyle birlikte, ilk kez bir kuantum algoritması da dahil olmak üzere, iletebildiler. Bu algoritmalar, kuantum bilgisayarların problemleri çözmesini sağlayan hesaplama fonksiyonlarıdır. Bilgiler, fotonlar arasındaki kuantum dolanıklık (entanglement) fenomeni sayesinde paylaşıldı.

İki kuantum işlemci, ayrıca test amacıyla kullanılan Grover arama algoritması üzerinde birlikte çalıştı. Bu algoritma, çok büyük ve sırasız veri kümeleri içinde belli bir bilgiyi bulmak (yani “-samanlıkta iğne aramak) için tasarlanmış bir kuantum algoritması.

Bu atılım, kuantum bilgisayarlardaki ölçekleme sorununu çözmek için çok önemli. Milyonlarca kübit içeren dev ve hantal bir tek makine yerine, küçük işlemcilerden oluşan bir ağı birbirine bağlayarak aynı hedefe ulaşmak mümkün hale geliyor. Optik kablolarla bağlanmış tuzaklanmış iyon kübit modülleri sayesinde farklı kuantum işlemci birimlerindeki kübitlerin birbirine dolanması sağlanabiliyor.

MEVCUT TEKNOLOJİYLE AĞ TABANLI KUANTUM İŞLEM

DQC sistemlerinde işlemcilerin birbirine bağlı olması, bakım kolaylığı da sağlıyor. Modüller yükseltilebilir veya değiştirebilirken tüm sistemin çalışması aksamıyor.

• Bu deneyde, iki kuantum işlem birimi (QPU) arasında sadece 2 metrelik bir mesafe vardı. Gelecekte bu teknolojinin daha uzun mesafelerde de stabil çalışıp çalışmadığını test etmek için deneylerin kapsamı genişletilecek. Ayrıca, kuantum tekrarlayıcılar kullanılarak kuantum bilgisinin daha uzak mesafelere iletilebilmesi de mümkün olacak.

Sisteme daha fazla kuantum işlemci eklenmesi, DQC yaklaşımının kuantum süper bilgisayarlar inşa etmek için uygulanabilir bir çözüm olduğunu daha güçlü şekilde kanıtlayabilir. Tıpkı günümüz süper bilgisayarlarının yüzlerce klasik işlemcinin bağlantılı halinden oluşması gibi, teorik olarak kuantum işlemciler de çok uzak mesafeler arasında birbirine bağlanarak bir kuantum süper bilgisayar oluşturulabilir.

Bu deney, DQC’nin uygulanabilir olduğunu gösteren bir kavram kanıtı niteliği taşıyor. Aynı zamanda, farklı konumlardaki kuantum işlemcilerin kullanılmasıyla kurulabilecek güvenli bir kuantum internet altyapısının da temellerini atıyor. Bu sayede bilgi iletimi çok daha güvenli hale gelebilir.

Araştırma ekibinin başındaki isim ve Birleşik Krallık Kuantum Bilgi İşlem ve Simülasyon Merkezi’nden bilim insanı David Lucas, yaptığı açıklamada “Bu deney, mevcut teknolojiyle ağ tabanlı kuantum bilgi işlem yapmanın mümkün olduğunu gösteriyor” dedi.

Ancak Lucas, kuantum bilgisayarların pratik uygulamalarda kullanılabilmesi için hala önlerinde uzun bir yol olduğunu da kabul etti.