Kuantum bilgisayarların yaptığı hatalar teknolojiyi geri tutuyor. Ancak kuantum hata düzeltmesindeki son gelişmeler birçok araştırmacıyı heyecanlandırdı
Kuantum bilgisayarlar, hatalarını düzeltene kadar gerçekten kullanışlı olmayacak
Kuantum bilgisayarlar zaten burada ama çok fazla hata yapıyorlar. Bu muhtemelen teknolojinin gerçekten kullanışlı hale gelmesinin önündeki en büyük engel, ancak son atılımlar bir çözümün ufukta olabileceğini gösteriyor.
Hatalar geleneksel bilgisayarlara da sıçrar, ancak bunları düzeltmek için köklü teknikler vardır. 0’ların yanlışlıkla 1’lere veya tam tersinin ne zaman değiştirildiğini tespit etmek için fazladan bitlerin kullanıldığı artıklığa dayanırlar. Ancak kuantum dünyasında bu çok daha zordur.
Kuantum mekaniğinin yasaları, bilginin bir kuantum bilgisayarında kopyalanmasını yasaklar; dolayısıyla artıklık, bilginin kubit grupları (kuantum bilgisayarların yapı taşları) arasında yayılması ve parçacık çiftlerinin kuantum dolaşıklığı yoluyla birbirine bağlanması gibi yalnızca kuantum ortamlarında var olan fenomenlerin kullanılmasıyla elde edilmelidir. Bu kübit gruplarına mantıksal kübitler denir ve bunları oluşturmanın ve kullanmanın en uygun yolunu bulmak, hataların en iyi nasıl ortadan kaldırılacağını belirlemek için çok önemlidir.
Son zamanlarda yaşanan ilerlemedeki artış araştırmacıları iyimser hale getirdi. Yale Üniversitesi’nden Robert Schoelkopf, “Hata düzeltmede çok heyecan verici bir dönem. İlk kez teori ve pratik gerçekten temas kuruyor” diyor.
Kuantum hatası düzeltmenin önündeki engellerden biri, mantıksal bir kübit oluşturmak için gereken kübit sayısının fazla olmasıydı; bu da tüm kuantum bilgisayarının maliyetli ve yapımını zorlaştırıyor. Ancak Çin’deki Uluslararası Kuantum Akademisi’nden Xiayu Linpeng ve ekibi yakın zamanda durumun böyle olmak zorunda olmadığını gösterdi.
Araştırmacılar, yalnızca iki süper iletken kubitin küçük bir rezonatörle birleştirilerek hem daha az hata yapan hem de hata oluştuğunda otomatik olarak işaretleyebilen daha büyük bir kübit oluşturulabileceğini buldu. Daha sonra bir adım daha ileri giderek bu tür üç kübitin, gizli hatalar olmadan hesaplama gücü oluşturmak için kuantum dolaşma yoluyla nasıl bir araya getirilebileceğini gösterdiler.
Schoelkopf’un ekibi yakın zamanda kuantum bilgisayar programları için gerekli olan çeşitli işlemlerin aynı tür kübit ve son derece düşük hata oranlarıyla nasıl uygulanabileceğini, bazı hataların milyon kübit manipülasyonunda bir kez meydana gelebilecek kadar nadir meydana geldiğini gösterdi.
Bunun gibi yaklaşımlar pek çok hatayı yakalasa da, kullanışlı kuantum bilgisayarların binlerce mantıksal kubit içermesi gerekecek, bu da bazılarının yine de içeri girebileceği anlamına geliyor. Bu nedenle, Quantum Elements’in start-up şirketinden Arian Vezvaee ve meslektaşları, şemsiye altına yağmurluk takmak gibi, mantıksal kübitlere daha fazla hata koruması eklemenin bir yolunu test etti.
Ana fikir, herhangi bir kübitin çok uzun süre boşta kalmasına izin vermemek; çünkü bu, onların özel kuantum özelliklerini kaybetmelerine ve bozulmalarına neden olur. Ekip, boşta kalan kübitlere ekstra elektromanyetik radyasyon “tekmelemeleri” vermenin, mantıksal kübitler arasında bugüne kadarki en güvenilir dolaşıklığı yaratabileceğini gösterdi.
Kuantum bilgisayar firması Quantinuum’dan David Muñoz Ramo ve meslektaşlarının, bir hidrojen molekülünün sahip olabileceği mümkün olan en düşük enerjiyi belirleyen bir algoritmayı araştırırken bulduğu gibi, fiziksel kübitlerin mantıksal kübitlerle nasıl birleştirileceğine dair kesin tarif, en hassas hesaplamaların bazıları için gerçekten önemli. Burada ihtiyaç duyulan hassasiyet o kadar yüksektir ki temel hata düzeltme yöntemleri yeterli değildir.
Moth Quantum adlı start-up’tan James Wootton, hata düzeltme programlarındaki bu tür yeniliklerin kuantum bilgisayarların başarısı veya başarısızlığı açısından çok önemli olacağını söylüyor. “Araştırmacıların hâlâ hata düzeltmenin tüm parçalarının nasıl birbirine uyduğunu öğrendiği bir aşamadayız.” Kuantum bilgisayarları henüz hatasız ve etkili bir şekilde çalışamıyor ancak bunun mühendislik temellerinin ortaya çıktığını görmeye başlıyoruz, diyor.
