Kuantum bilgisayarların kırılganlıkları ve gürültüye yatkınlıkları nedeniyle daha yaygın olarak kullanılabilmeleri için önlerinde uzun bir yol vardır. Bu teknolojinin mimarisi, gelişimin önündeki en büyük engellerden biri olmuştur. Birçok mühendisin daha önce keşfettiği gibi, kuantum bilgisayarındaki kübitler aynı anda hem bir bellek birimi hem de bir işlem birimi olarak işlev görmektedir. Sonuç olarak, bu teknolojinin başarabilecekleri kısıtlıdır çünkü geleneksel bilgisayarlar kuantum bellekleri kopyalanamadıkları için depolayamazlar. Bu kısıtlama nedeniyle, birçok kuantum geliştiricisi, bellek verilerini aktarmak için kuantum bilgisayarda kübitler arasında gelişmiş etkileşimlerin gerekli olduğunu iddia etmektedir.
Innsbruck Üniversitesi’nde yapılan son araştırmalar kuantum bilgisayar için yeni bir mimari öneriyor. Wolfgang Lechner, Phillip Hauke ve Peter Zoller’in baş harfleri olan LHZ ile anılan bu mimari özellikle optimizasyon için yaratılmış olmakla birlikte parite ve hata düzeltme yeteneklerine de sahiptir. Fiziksel kübitler, kübitlerin kendilerinden ziyade bitler arasındaki koordinasyon için kodlandığından, mimari bu faaliyetlerin gerçekleşmesini sağlar.
Lechner’in araştırma ekibinden doktora öğrencisi Michael Fellner’e göre, “LHZ mimarisi, bir kuantum bilgisayar için optimizasyon sorunlarını ele alırken zorlu uzun menzilli etkileşimlere ihtiyaç duymayan bir biçimde kodlamamıza olanak tanıyan bir kuantum mimarisidir.” “Bu, bu etkileşimler için sıklıkla önemli bir kapı kaynağı ek yükü talep eden geleneksel tekniklerden farklıdır. Gerçekleştirilen mimari, bu ek yükü azaltmak için büyük ölçüde azaltılmıştır.
Sonuç olarak, LHZ tasarımı parite işlemlerini gerçekleştirebilir.
Fellner’e göre, “LHZ mimarisindeki kübitler, her bit değişkenini bir kuantum bitinde (kübit) açıkça kodlamak yerine, belirli kuantum algoritmalarının uygulanmasını kolaylaştıran iki veya daha fazla canlı arasındaki farkı (“parite”) gösterir.”
Kuantum hesaplama, bu parite ile kodlandıklarında daha az kübit gerektirir, bu da ölçeklendirmeyi ve uygulamayı kolaylaştırır ve hatta bu makineleri daha taşınabilir hale getirmek için potansiyel bir yaklaşım sunar.
Parite Arayışı
Aslında bir kuantum bilgisayarında parite kavramı yeni değil. Fellner’e göre mevcut kuantum bilgisayarları bu işlemlerin küçük ölçekli uygulamalarını çok iyi bir şekilde sağlıyor. Ancak, bu kapı işlemlerinin uygulanmasının karmaşıklığı kübit sayısıyla birlikte artıyor. Innsbruck araştırmacıları, LHZ mimarisini oluştururken kübitlerini geleneksel bir kuantum bilgisayardan farklı bir şekilde programlayarak bu potansiyel sorunu öngördüler.
Fellner sözlerine şöyle devam etti: “Parite Mimarisindeki kübitlerin birden fazla ‘standart’ kübitin göreceli partisini kodlaması gerçeğinden yararlanarak bazı kuantum işlemlerini daha basit bir şekilde uygulayabilir.” Son çalışmalarımızda, evrensel olan ve herhangi bir algoritmayı uygulamak için kullanılmasına izin veren bir geçit koleksiyonu oluşturmanın mümkün olduğunu gösterdik. Kuantum bilgisayar endüstrisinin gelişimi, bu tür bir evrensel kuantum bilgisayarın varlığıyla hızlandırılabilir. Ayrıca Fellner’e göre, “hesaplama boyunca ortaya çıkabilecek kuantum kusurlarını keşfetmek ve onarmak için kübit miktarındaki fazlalıktan faydalanılabilir.”
Kuantum bilgisayarlar gürültüye karşı hassastır, bu da onları hatalara daha yatkın hale getirir. Innsbruck araştırmacıları, hata düzeltmeyi azaltmak için çeşitli teknikleri incelerken LHZ mimarisinin bu sürece yardımcı olabileceğini düşünüyor. Fellner’e göre faz kayması hataları ve bit kayması olarak adlandırılan hatalar, kuantum hatalarının bölünebileceği iki kategoridir. Bunların her ikisi de LHZ mimarisi tarafından düzeltiliyor. Innsbruck araştırmacıları Annette Messinger ve Killian Ender, kullanılan teknolojinin bir tür sorunu (bit çevirme ya da faz hatası) önlediğini belirtiyor. “Yazılım diğer hata türünü tespit edip düzeltebiliyor.” Hata düzeltme ve ölçeklenebilirlik için güvenilir bir teknik geliştirildiğinde LHZ tasarımının kullanılmaya başlandığını görmek şaşırtıcı olmayacaktır.
Lechner ve Magdalena Hauser’in spin-off firması ParityQC, bu yeni mimariden yararlanmak için Innsbruck ve diğer yerlerdeki araştırmacılarla işbirliği yapıyor.
Kaynak: insidequantumtechnology.com/news
