Dört süper iletken kablo, iki büyük kuantum işlemciyi tek bir işlemciye bağlıyor

Kuantum bilgisayarları daha iddialı hale geldikçe, birçok araştırmacı ilerlemenin en iyi yolunun onları birbirine bağlı birden fazla parça halinde oluşturmak olduğuna inanıyor. Bu modüler tasarımlarda ayrı kuantum işlemciler birbirine bağlanarak daha büyük bir makine gibi çalışabiliyorlar. Ancak bunun gerçekleşebilmesi için bağlantıların kırılgan kuantum bilgisini yok etmeden taşıması gerekiyor.

Süper iletken işlemciler için bu, mutlak sıfırın hemen üzerine soğutulmuş ekipmanın içinde yaklaşık bir metre (3,3 fit) uzunluğunda güvenilir bağlantılar oluşturmak anlamına gelir. IBM Research’teki bir ekip bunu ilk kez başardı: iki büyük süper iletken işlemciyi dört ayrı yüksek kaliteli kuantum bağlantısı kullanarak birleştirmek; bunların tümü, her iki çip de yerine yerleştirildikten sonra kuruldu.

Çalışmaları, yayınlanan yeni bir makalede ayrıntılı olarak açıklanmıştır. arXiv ön baskı sunucusu.

Zor bağlantılar

Şimdiye kadar süperiletken çipler arasındaki kuantum bağlantıları çoğunlukla küçük deneysel işlemciler arasındaki tek bir bağlantıyı içeriyordu. Bu bağlantılar araştırmacıların kuantum durumlarını bir çipten diğerine aktarmasına ve kuantum dolaşıklığı yaratmasına olanak sağladı.

Ancak daha büyük makineler yapmak için mühendislerin, buzdolaplarına monte edilmiş olan işlemciler arasında birçok bağlantı kurması gerekecek. Bu eklentilerin birbirine yakın bir şekilde paketlenmesi, içlerinden geçen sinyalin çok azını kaybetmesi ve sistem sürekli olarak ısıtılıp soğutulurken çalışmaya devam etmesi gerekir.

Kuantum işlemcileri bağlama

Bu zorluğun üstesinden gelmek için IBM ekibi, 120 kübitlik Nighthawk R1 işlemcilerinden ikisini birbirine bağladı. Her bağlantıda, bir işlemcinin içindeki bir kübit, bilgilerini özel bir ‘arayüz’ kübitine aktardı.

Ayarlanabilir bir bağlayıcı daha sonra bu bilgiyi 80 cm’lik (31 inç) süper iletken bir alüminyum kabloya besledi ve bu kablo da onu diğer çipteki eşleşen bileşenlere taşıdı. Kabloların daha yoğun bir şekilde paketlenmesine olanak sağlamak için ekip, her birini çipine yan taraftan değil, doğrudan yukarıdan taktı.

Yüksek doğruluk

Kurulum tamamlandıktan sonra araştırmacılar, çipler arasındaki kuantum durumlarını ne kadar iyi aktarabildiğini ve her iki işlemcide de kubitleri içeren mantıksal işlemleri gerçekleştirebildiğini test etti.

Dört bağlantı arasında kuantum durumları ortalama %99 doğrulukla aktarıldı ve en iyi bağlantıda bu oran %99,29’a ulaştı. Her iki işlemciyi kapsayan iki kübitlik mantık işlemleri ortalama %94,75 doğruluğa ulaştı.

Ekip, bu işlemleri kullanarak, 4 ve 6 kubit durumları da dahil olmak üzere her iki işlemcide paylaşılan dolaşmış durumlar oluşturdu ve komşu bağlantılar aracılığıyla aynı anda iki dolaşmış çift oluşturdu. Yeni bağlantı yaklaşımıyla, dört bağlantının tümü üç ısıtma ve soğutma döngüsü boyunca çalışır durumda kaldı.

Modüler kuantum işlemcilere doğru

Şimdilik, sistemin ticari olarak uygulanabilir hale gelmesinden önce, özellikle de kuantum bilgisinin uzun ömürlülüğü konusunda daha fazla iyileştirme yapılması gerekecek. Yine de sistemin başarıları kuantum hesaplamada ileriye doğru atılan önemli bir adıma işaret ediyor.

Ekibin elde ettiği sonuç, kuantum bilgilerinin birçok işlemcide depolandığı ve işlendiği bilgisayarların yolunu açarak gelecekteki makinelerin genişletilmesini ve bakımını çok daha kolay hale getiriyor.