Kuantum hesaplamada, önemli bir dönüm noktasına henüz ulaşıldı. Dünyanın dört bir yanından üç farklı kuruluş, hatasız kuantum işlemlerini erişime açarak silikon tabanlı kuantum hesaplamada yüzde 99 doğruluk elde etti. New South Wales Üniversitesi fizikçisi Andrea Morello liderliğindeki bir ekip, Avustralya’da üç kübitlik bir sistemde tek kübitlik işlemlerde yüzde 99.95 ve iki kübitlik işlemlerde yüzde 99.37 doğruluk elde etti. Kuantum noktalarında, Delft Teknoloji Üniversitesi fizikçisi Seigo Tarucha liderliğindeki bir ekip, Hollanda’da bir kübitlik işlemler için yüzde 99.87 ve iki kübitlik işlemler için yüzde 99.65 doğruluk elde etti. Son olarak, kuantum noktalarında, RIKEN bilim adamı Akito Noiri liderliğindeki bir ekip, bir kübitlik işlemler için yüzde 99.84 ve iki kübitlik işlemler için yüzde 99.51 doğruluk elde etti. Yapılan bu çalışmaların kuantum hesaplama da bir dönüm noktası olduğuna inanıyoruz.
Doğruluk değerleri yüzde 99 oranında oluşması da yapılan çalışmaların sağlığı açsından çok önemlidir. Ortaya atılan teorilerin deneylerle defalarca test edilmesi o teoriyi kanunlaşma sürecine taşımaktadır.
“Hatalar çok az olduğu için, ortaya çıktıklarında tespit edilip düzeltilebilirler. Bu, anlamlı işlemleri işlemek için yeterli ölçek ve güce sahip kuantum bilgisayarların inşa edilebileceğini gösteriyor.”
Kuantum hesaplama işlemleri kuantum mekaniğine dayanmaktadır. Bilgi, temel bilgi birimleri olan ikili bitlerin kuantum hesaplama eşdeğeri olan kübitlerde veya kuantum bitlerinde kodlanır.
Bitler bilgiyi iki durumdan birinde işlerken – a1 veya a0 – bir kübit aynı anda bu durumların herhangi birinde olabilir.
Süperpozisyon, aynı anda hem 1 hem de 0’a sahip olma durumunu ifade eder. Kuantum bilgisayarları, kübitlerin süperpozisyonunu koruyarak bir nesnenin koşulunun ölçülmeden önce olasılığını temel alan hesaplamalar yaparak karmaşık matematik problemlerini çözebilir.
Bununla birlikte, bu çaba hataya açıktır ve kuantum süreçlerinin aslına uygunluğunu artırmak, araştırmaların odak noktası olmuştur.
Morello ve meslektaşları, 2014 yılında bir silikon substratta 35 saniyelik bir kuantum bilgi ömrü gösterebildiler.
Kübitleri, çekirdeklerin spin durumlarına dayanıyordu ve bu durum, çevrelerinden izole edildiğinde yeni bir zaman ölçütü oluşturulmasına izin veriyordu. Ancak bu izolasyon aynı zamanda bir problemdi.
Kuantum işleme için gerekli olan kübitlerin birbirleriyle iletişim kurmasını zorlaştırdı.
Bu sorunu çözmek için Morello ve meslektaşları, iki fosfor çekirdeği sistemlerine bir elektron yerleştirmek için en temel mikroçip üretim yöntemlerinden biri olan silikona iyon implantasyonu kullandılar.
Üç kübitlik sistemlerini bu şekilde kurdular ve başarılı oldu. Mateusz Mdzik, “Aynı elektrona bağlı iki çekirdeğin bir kuantum etkinliği yapmasını sağlayabilirsiniz” şeklinde açıklamada bulunuyor.
“Bu çekirdekler, elektronu etkinleştirmediğinizde kuantum bilgilerini güvenli bir şekilde koruyorlar. Ancak, artık elektron aracılığıyla birbirleriyle iletişim kurmalarını sağlayarak, herhangi bir bilgisayar sorununa uygulanabilecek evrensel kuantum işlemlerine yol açabilirsiniz.”
Diğer iki ekip farklı bir çalışma düzeni izlediler. Silikon ve silikon-germanyum alaşımı kuantum noktaları yaptılar ve çok sayıda kübit içeren bir devre olan iki elektronlu bir kübit kapısı kurdular. Ardından, sistemlerini karakterize etmek için kapı seti tomografisi adı verilen bir protokol kullanarak, kendi sistemlerine sağlanan voltajı değiştirdiler.
Her iki ekip de sistemlerinin yüzde 99’dan fazla aslına uygunluk sağladığını keşfetti.
Tarucha, “Sunulan sonuç, spin kübitlerini ilk kez evrensel kuantum kontrol performansı açısından süper iletken devreler ve iyon tuzakları ile aynı seviyeye getiriyor” diyor.
“Bu araştırma, süper iletkenlik ve iyon tuzakları ile birlikte silikon kuantum bilgisayarların, büyük ölçekli kuantum bilgisayarların gerçekleştirilmesine yönelik araştırma ve geliştirme için mükemmel beklentiler olduğunu gösteriyor.”
Bu kağıtlardan herhangi biri kendi başına dikkate değer bir başarı olacaktır. Üç takımın da bağımsız olarak aynı dönüm noktasına ulaşması, kuantum hesaplamanın başlamak üzere olduğu anlamına geliyor.
Morello, “Kuantum hata düzeltme prosedürlerini kullanmak için normalde %1’in altında hata oranlarına ihtiyacınız vardır” diyor.
“Artık bunu başardığımıza göre, ölçeklenebilen ve faydalı hesaplamalar yapabilen silikon kuantum işlemciler oluşturmaya başlayabiliriz.”
https://www.nature.com/articles/s41586-021-04292-7
Kaynak: Sciencealert
