Sıklıkla tekrarlanan bir örnek, kuantum hesaplamanın akıl almaz potansiyelini göstermektedir: 300 kuantum biti olan bir makine aynı anda bilinen evrendeki parçacık sayısından daha fazla bilgi depolayabilir.
Şimdi bunu işleyin: Harvard bilim adamları sadece 10 kat daha büyük bir sistemi ve ilk kuantum makinesi yeniden başlatmadan sürekli çalışabilen bir sistemi tanıttılar.
Dergide yayınlanan bir makalede Doğaekip, iki saatten fazla çalışabilecek, bir dizi teknik zorluğu aşabilen ve bilim, tıp, finans ve diğer alanlarda devrim yaratabilecek süper bilgisayarları inşa etmek için önemli bir adım temsil eden 3.000’den fazla kuantum bit (veya kubit) sistemini gösterdi.
Joshua ve Beth Friedman Üniversitesi profesörü ve Quantum Bilim ve Mühendislik Girişimi’nin ortak direktörü ve yeni makalenin kıdemli yazarı Mikhail Lukin ve Beth Friedman Üniversitesi Profesörü Mikhail Lukin, “3.000 kip sistemi ile sürekli operasyon gösterdik.” Dedi. “Ancak bu yaklaşımın da çok daha büyük sayılar için çalışacağı açık.”
Harvard liderliğindeki işbirliği MIT’den araştırmacıları içeriyordu ve ortaklaşa Lukin, Markus Greiner, George Vasmer Leverett Fizik Profesörü ve Vladan Vuletic, Lester Wolfe Fizik Profesörü tarafından yönetildi. Ekip, Harvard-Mit Labs’tan bir başlangıç şirketi olan Quera Computing ile işbirliği içinde araştırma yapıyor.
Geleneksel bilgisayarlar, telefonunuzdaki bir videodan bu sayfadaki kelimelere ve resimlere kadar, ikili kodla bitlerde kodlar. Kuantum bilgisayarlar bireysel atomlarda atom altı parçacıkları kullanır ve çok daha fazla işleme gücü elde etmek için kuantum fiziğinin mantıksız özelliklerinden yararlanır.
İkili geleneksel bitler bilgileri sıfır veya olanlar olarak saklar. Kubitler sıfır, bir veya her ikisi de aynı anda olabilir ve bu doğrusal genlik kombinasyonu kuantum bilgi işlemin gücünün anahtarıdır.
Geleneksel bilgisayarlarda, bit sayısını ikiye katlamak işleme gücünü iki katına çıkarır; Kuantum bilgisayarlarda, kubit eklemek, kuantum dolaşım adı verilen bir süreç nedeniyle gücü katlanarak arttırır.
Ancak büyük kuantum sistemlerinin farkına varmak büyük zorluklar yarattı.
Nötr atom sistemleri (eşit sayıda proton ve elektrona sahip oldukları için elektrik yükü olmayanlar) kuantum bilgisayarlar için en umut verici platformlardan biri olarak ortaya çıkmıştır.
Ancak inatçı bir problem “atom kaybı” olmuştur – kaçan ve kodlanmış bilgilerinden kaçan kupalar. Bu eksiklik, araştırmacıların atomları duraklatmaları, yeniden yüklemesi ve tekrar başlaması gereken tek atış çabalarına sınırlı deneyler yapmaktadır.
Yeni çalışmada ekip, “optik kafes konveyör bantları” (atomları taşıyan lazer dalgaları) ve “optik cımbızlar” (bireysel atomları tutan ve ızgara benzeri dizilere düzenleyen lazer ışınları) kullanarak sürekli ve hızlı bir şekilde ikmal etmek için bir sistem tasarladı. Sistem saniyede 300.000 atomu yeniden yükleyebilir.
“Zaten sistemdeki bilgileri yok etmeden doğal olarak kaybettiğiniz için yeni atomlar ekleyebileceğiniz bir yol gösteriyoruz” dedi. Kenneth C. Griffin Fizik Okuma Bilimleri Okulu’nda öğrenci. “Bu gerçekten bu temel atom kaybı darboğazını çözüyor.”
Yeni sistem, iki saatten fazla bir süredir 3.000’den fazla kubit kullandı – ve teoride araştırmacılar süresiz olarak devam edebileceğini söyledi. İki saatten fazla, sistem boyunca 50 milyondan fazla atom dönmüştü.
Lukin, “Kayıp kubitleri hızla değiştirme yeteneğini içeren sistemin bu yeni tür sürekli çalışması, pratikte belirli sayıda kubitten daha önemli olabilir.”
Takip deneylerinde ekip, hesaplamalar yapmak için bu yaklaşımı uygulamayı planlıyor.
Neng-Chun Chiu, Çalışma baş yazarı ve Harvard Griffin Ph.D. Fizik öğrencisi, “Bizi gerçekten öne çıkaran şey, üç şeyin kombinasyonudur – ölçek, kuantum bilgilerini korumak ve tüm süreci yararlı olacak kadar hızlı hale getirmek.”
Yeni çalışma, hızla gelişen bir araştırma sınırını ilerletiyor. Aslında, bu hafta Caltech’ten bir ekip 6.100 kbit bir sistem yayınladı, ancak sadece 13 saniyeden daha az bir süre çalışabilir.
Başka bir makalede de yayınlandı DoğaHarvard-Mit ekibi, egzotik kuantum mıknatısları simüle etmek için yeniden yapılandırılabilir atom dizileri için bir mimari gösterdi.
Yaklaşım, hesaplama işlemi sırasında işlemcinin bağlanabilirliğinin değiştirilmesini sağlar. Buna karşılık, mevcut bilgisayar çiplerinin çoğu – cep telefonunuzdaki veya masaüstünüzdeki gibi – sabit bağlantıya sahip.
Lukin, “Çalışırken atomik kuantum bilgisayarı tam anlamıyla yeniden yapılandırabiliriz.” Dedi. “Temel olarak, sistem canlı bir organizma haline gelir.”
Üçüncü makalede yayınlanan Doğaekip hata düzeltmesi için yeni yöntemlere sahip bir kuantum mimarisi gösterir. Bu yeni araştırma grubuyla Lukin, milyarlarca operasyonu yürütebilen ve günlerce çalışmaya devam edebilen kuantum bilgisayarları öngörmenin mümkün olduğuna inanıyor.
“Bu rüyayı fark etmek artık ilk kez doğrudan görüşümüzde,” dedi. “Gerçekten farkına varmak için çok doğrudan bir yol görülebilir.”
