Kuantum bilgisayarları hataya daha az eğilimli hale getirecek bir yöntem, onların malzeme simülasyonları gibi karmaşık programları daha verimli bir şekilde çalıştırmalarına olanak tanıyarak onları daha kullanışlı hale getirebilir.
Son derece soğuk atomlara dayalı bir QuEra kuantum bilgisayarının detayı
Hayali kodlar adı verilen algoritmalar, kuantum bilgisayarların karmaşık programları hatasız çalıştırmasına yardımcı olabilir ve teknolojiyi daha geniş anlamda kullanışlı hale getirmenin önündeki büyük bir engeli aşabilir.
Başlangıçta bazı fizikçiler kuantum bilgisayarların kullanışlı olabileceğinden şüphe ediyorlardı çünkü bu cihazların düzeltilmesi zor hatalara çok açık olduğunu düşünüyorlardı. Günümüzde çeşitli kuantum bilgisayar türleri mevcuttur ve halihazırda bilimsel keşif ve keşifler için kullanılmaktadır. Ancak ilerleme kaydedilmesine rağmen araştırmacılar hata yapma sorununu tam olarak azaltmayı başaramadı.
Harvard Üniversitesi’nden Shayan Majidy, pek çok popüler hata düzeltme programının kuantum bilgisayarların bilgileri hatasız olarak depolamasına olanak sağladığını, ancak hesaplama söz konusu olduğunda zorlandığını söylüyor.
Bir çare arayışında, o ve meslektaşları birçok hesaplama adımı içeren hesaplamalara odaklandılar; bu da, bunların çalıştırılmasını uzun ve verimsiz hale getiriyor ve ek hataların ortaya çıkması riskini taşıyor.
Kuantum bilgisayarlar, kübit adı verilen fiziksel birimlerden yapılır, ancak bu hesaplamalar, hata oranlarını azaltmak için bilgi paylaşan mantıksal kübitleri veya kübit gruplarını içerir. Hesaplamayı hatasız hale getirmek için, cihazların genellikle iki veya daha fazlasını dolaştırmak veya kuantum özelliklerini değiştirmek amacıyla mantıksal kübitleri (örneğin, fiziksel kübitlere lazer veya mikrodalga göndererek) manipüle etmesi gerekir.
Hayalet kodlar, birçok mantıksal kübitin herhangi bir fiziksel eyleme gerek kalmadan dolaşık hale getirilmesini sağlar; dolayısıyla “hayalet” adı da buradan gelir. Pratik olarak bu, tüm hesaplamanın bu tür eylemleri daha az gerektireceği, verimliliği artıracağı ve hataların oluşma olasılığını azaltacağı anlamına gelir.
Majidy ve meslektaşları, hayalet kodları iki görev üzerinde test etmek için bilgisayar simülasyonlarını kullandılar: hesaplamalarda sıklıkla kullanılan özel bir kübit durumu hazırlamak ve kuantum malzemenin oyuncak modelini taklit etmek. Daha az fiziksel müdahale gerektirdiğinden, yaklaşımlarının geleneksel hata düzeltme programlarından 100 kat daha doğru sonuçlar sağladığını buldular.
Majidy, hayalet kodların her kuantum hesaplama programında yardımcı olamayacağını söylüyor ancak hesaplamanın zaten çok fazla karmaşıklık gerektirdiği durumlarda başarılı oluyorlar. Hiç yoktan karışıklık yaratmadıklarını, bunun yerine zaten orada olanın avantajını kullandıklarını söylüyor. “Bu bedava bir öğle yemeği değil. Bu sadece zaten orada olan bir öğle yemeği ve biz onu yemiyorduk” diyor.
İrlanda’daki Galway Üniversitesi’nden Mark Howard, kuantum hesaplama görevi için bir hata düzeltme kodu seçmenin bir zırh seçmeye benzediğini söylüyor; plaka zırhlı bir takım, daha ağır ve daha az esnek olma pahasına, zincir zırhtan daha fazla koruma sağlayabilir. Howard, hayalet kodların esneklik sunduğunu ancak aynı zincir posta gibi bazı geleneksel yaklaşımlara göre daha fazla kübit gerektirmesi gibi dezavantajları da olduğunu söylüyor. Bu nedenle, bazı hedefe yönelik kuantum hesaplama programı alt yordamları için kullanılabileceğini ancak kuantum bilgisayarların hata sorunlarına tam bir çözüm olma ihtimalinin düşük olduğunu söylüyor.
Avustralya’daki Sidney Üniversitesi’nden Dominic Williamson, fantom kodların diğer hata düzeltme yöntemleriyle ne kadar rekabetçi olabileceğinin açık bir soru olduğunu ve bunun bir kısmının kuantum hesaplama donanımındaki gelecekteki gelişmelere bağlı olabileceğini söylüyor.
Majidy, ekibinin halihazırda aşırı soğuk atomlardan kuantum bilgisayarlar üreten meslektaşlarıyla yakın işbirliği içinde olduğunu söylüyor. Hayalet kodlardan öğrenilen derslerin, bir kübitin pratikte neler yapabileceğine dair içgörülerle birleştirilmesinin, kuantum hesaplama programlarının belirli bir göreve ve uygulamaya daha özel olarak uyarlanacağı yeni bir stratejiye yol açmasını bekliyor.
