Kuantum bilgisayarlara giden yolda 6.100 kübitlik dev adım

Kuantum teknolojileri, uzun süredir geleceğin bilgisayar dünyasını şekillendireceği iddiasında. Ancak bugüne kadar bu vaatlerin çoğu, laboratuvar sınırlarının ötesine geçememişti.

Şimdi ise, bu alanda kayda değer bir adım daha atıldı. Fizikçiler, lazerlerle sabitlenen 6.100 nötr atomdan oluşan büyük ölçekli bir kübit dizisi oluşturduklarını duyurdu. Bu gelişme, kuantum bilgisayarların gerçek anlamda işlevsel hale gelmesi için gereken ölçeklenebilirlik hedefi açısından önemli bir eşiğe işaret ediyor.

Sistemin tam anlamıyla bir kuantum bilgisayar olarak çalışabilmesi için, bu kübitlerin birbirleriyle “dolanık” hale getirilmesi gerekiyor. Dolanıklık, kuantum hesaplamanın temelinde yer alan ve kübitler arasında bilgi alışverişini mümkün kılan bir özellik. Henüz bu aşamaya ulaşılmamış olsa da, kübitlerin sayısındaki bu sıçrama, ilerideki deneyler için sağlam bir zemin sunuyor.

Klasik bilgisayarlarda veriler “1” ve “0” gibi net durumlarla temsil edilirken, kuantum kübitleri aynı anda birden fazla durumu taşıyabiliyor. Bu da bazı özel problemlerde teorik olarak olağanüstü hızlarda işlem yapılmasına imkan tanıyor. Ancak bu potansiyeli gerçeğe dönüştürmek, düşünüldüğü kadar kolay değil.

Yavaş başlayan yolculukta büyük bir adım

Kuantum bilgisayarlar üzerine yapılan çalışmalar 30 yıldan uzun bir süredir sürüyor. Ancak beklentilere rağmen ilerleme yavaş gerçekleşti. Bunun bir nedeni, kübit üretmenin pek çok farklı yolu olması ve araştırmaların bu yöntemler arasında dağılması. Diğer nedeni ise, kübitlerin kararsız doğası. Her biri çok hassas koşullarda çalışıyor ve çevresel etkenlerden kolayca etkilenebiliyor.

Son yıllarda öğrenilen önemli gerçeklerden biri de, işlevsel bir kuantum bilgisayarın düşündüğümüzden çok daha fazla, belki de yüz binlerce kübite ihtiyaç duyacağı. Çünkü sistem içinde meydana gelen hataları düzeltmek için, yalnızca işlem yapan değil, bu işlemleri izleyip denetleyen ek kübitlere de ihtiyaç var.

Geçmişte yalnızca 20 kübitlik bir sistem oluşturmak bile haber değerindeyken, bugün 6.000’den fazla kübitin yer aldığı bir yapıdan söz etmek, geldiğimiz noktayı açıkça gösteriyor.

Caltech’te çalışmayı yürüten ekip, sezyum atomlarını vakum ortamında sabit tutmak için “optik cımbız” adı verilen özel lazerler kullandı. İki farklı dalga boyunda çalışan 12.000 optik cımbız sayesinde, her biri bir kübit gibi davranan 6.100 atom sabitlenerek tek bir dizide toplandı.

Bu yöntem, yalnızca atomların birbirine yakın komşularıyla değil, dizi içindeki farklı noktalarla da etkileşim kurmasını sağladığı için avantajlı. Sistemin iç yapısını görselleştiren yüksek lisans öğrencisi Hannah Manetsch, “ekranda her kübiti bir ışık noktası olarak görebiliyoruz” diyerek bu görüntünün ölçek açısından ne kadar etkileyici olduğunu vurguluyor.

Dışarıdan bakıldığında kaotik gibi görünen yapı, aslında son derece hassas bir düzenin ürünü.

Dolanıklık yoksa, hesaplama da yok

Bu etkileyici dizilim henüz sadece veri tutma kapasitesine sahip; bir hesaplama yapılabilmesi için atomların birbirleriyle kuantum dolanıklığına sokulması gerekiyor. Bu, kulağa bilim kurgu gibi gelse de, daha önce daha fazla atom içeren sistemlerde başarıyla uygulanmış bir yöntem. Dolayısıyla, araştırma ekibinin bu dizide de benzer bir başarı elde etmesi bekleniyor.

Bununla birlikte sistem, halen ticari bilgisayarlarda alıştığımız sağlamlıktan uzak. Kübitler, süperpozisyon adı verilen kuantum durumlarını çok kısa süreler boyunca koruyabiliyor. Herhangi bir dış etken, yani ısı, ışık ya da titreşim, bu hassas dengeyi bozabiliyor.

Bu çalışmada ekip, atomları dizi içinde hareket ettirirken süperpozisyon durumunu 12,6 saniye boyunca korumayı başardı. Bu, benzer sistemlerde genellikle iki saniyenin altında kalan sürelere kıyasla oldukça ileri bir seviye.

Nicelik ve nitelik dengesi

Araştırmacılar yalnızca kübit sayısında değil, işlem doğruluğunda da önemli bir aşama kaydettiklerini belirtiyor. Elde edilen verilere göre kübitler, %99,99 oranında doğrulukla kontrol edilebildi. Bu da büyük ölçekli sistemlerde doğruluk oranının düşeceği yönündeki genel beklentileri sorgulatıyor.

Yüksek lisans öğrencisi Gyohei Nomura, “genelde sistem büyüdükçe doğruluk düşer. Ama bu çalışmada hem sayı hem kaliteyi birlikte sağlayabildik” diyerek bu dengenin ne kadar kritik olduğuna dikkat çekiyor.

Kuantum bilgisayarların günlük yaşantımıza girmesi halen uzak bir hedef olabilir. Ancak bu tür gelişmeler, gelecekte güvenilir, ölçeklenebilir ve hataya dayanıklı sistemlerin mümkün olabileceğini gösteriyor.