Kuantum bilgisayarları daha verimli ve güvenilir hale getirmek için temel bileşenlerinden bazılarının sürekli olarak yeniden kullanılması gerekir; birçok kuantum bilgisayar tasarımı artık tam da bunu yapabiliyor
Atom Computing’in AC1000 sisteminin dahili optiği
Son derece soğuk atomlara dayanan kübitlerden yapılan kuantum bilgisayarlar etkileyici bir oranda büyüyor ve bu da onları yakında hesaplama açısından güçlü hale getirebilir; ancak hatalar, bunların kullanışlılığını sınırlayacak bir oranda ortaya çıkıyor. Artık araştırmacılar, hesaplamalarını daha pratik ve güvenilir hale getirmek için bu kübitleri nasıl yenileyip yeniden kullanacaklarını bulmaya çalıştılar.
Mevcut kuantum bilgisayarların tümü, hem kullanışlı hem de onlara geleneksel bilgisayarlara göre üstünlük sağlayan hesaplamaların üstesinden gelemeyecek kadar hataya açıktır, ancak araştırmacılar bu sorunu çözebilecek hata düzeltme şemaları geliştirmede büyük ilerlemeler kaydettiler.
Böyle bir şemada kuantum bilgisayarının kübit adı verilen yapı taşları iki temel gruba ayrılıyor: verileri işlemekle görevli olan ve hesaplamayı çalıştırmak için kullanılan kübitler ve hataları takip eden “ancilla kübitler” adı verilen diğerleri.
Her iki amaç için de çok sayıda yüksek kaliteli kübit oluşturmak, büyük bir teknik zorluktur; bu nedenle, bir ABD firması olan Atom Computing’den Matt Norcia ve meslektaşları, yapmaları gereken sayıyı azaltarak, ancilla kübitlerini yeniden kullanmanın veya değiştirmenin bir yolunu geliştirdiler. Artık hata izleme kübitlerinin art arda 41 kez geri dönüştürülebileceğini gösterdiler.
Norcia, “Herhangi bir kullanım hesaplaması muhtemelen çok uzun bir hesaplama olacaktır, bu nedenle birçok ölçüm turu yapmanız gerekir. İdeal olarak, kübitleri birden fazla tur boyunca yeniden kullanabilmek istersiniz, böylece sisteme daha fazla kübit sağlamaya devam etmek zorunda kalmazsınız” diyor Norcia.
Kendisi ve meslektaşları, lazerler ve elektromanyetik darbelerle mutlak sıfıra çok yakın sıcaklıklara soğutulmuş, elektriksel olarak nötr iterbiyum atomlarından yapılmış kubitleri kullandılar. Her atom için kuantum durumunu ve bilgiyi kodlayan kuantum özelliklerini, “optik cımbız” şeklinde yapılandırılmış lazerlerle kontrol edebiliyorlardı. Ekip bu tekniği kuantum bilgisayarlarını üç farklı bölgeye ayırmak için kullandı.
İlk bölgede 128 optik cımbız, hesaplamaları yürütmek için kübitleri yönlendirirken, ikinci bölgede 80 cımbız, hata ölçümleri için kullanılabilecek ve herhangi bir hatalı kübitin yerine değiştirilebilecek kübitleri tutuyordu. Üçüncü bölge, yeni kullanışlı duruma getirilen 75 kübit için daha yer tutan bir depolama görevi gördü. Bu son iki bölgeye sahip olmak, araştırmacıların ancilla kübitlerini sıfırlayıp yeniden kullanmalarını veya yenileriyle değiştirmelerini sağladı.
Norcia, bu düzenlemeyi çalıştırmanın zor olduğunu, çünkü bir lazerden gelen herhangi bir başıboş ışığın yakındaki bir kübite temas etmesinin, onun işlevini bozabileceğini söylüyor. Bu nedenle, araştırmacıların lazerleri üzerinde hassas bir kontrol geliştirmeleri ve aynı zamanda veri kübitlerinin durumlarını, belirli zararlı ışık türlerinden “gizli” kalacak veya bunlardan rahatsız olmayacak şekilde ayarlamanın yollarını geliştirmeleri gerektiğini söylüyor.
ABD kuantum hesaplama şirketi QuEra’dan Yuval Boger, “Ancilla’nın yeniden kullanımı kuantum hesaplamanın ilerlemesi için temel olarak önemlidir” diyor. Bu yetenek olmadan, çok mütevazı hesaplamalar bile milyonlarca veya milyarlarca kübit gerektirecektir ve bu, mevcut veya yakın zamanda inşa edilecek herhangi bir kuantum hesaplama donanımı için kesinlikle makul değildir, diyor.
Bu sorun, atom tabanlı kübit araştırma topluluğu genelinde fark edildi. Norcia, “Nötr atom (kuantum hesaplama) alanındaki herkesin, hesaplama boyunca atomları sıfırlama ve yeniden yükleme ihtiyacını anladığını düşünüyorum” diyor.
Örneğin Boger, Harvard Üniversitesi ve Massachusetts Teknoloji Enstitüsü’ndeki bir araştırmacı ekibinin, 3000 ultra soğuk rubidyum atomundan yapılmış bir kuantum bilgisayarı birkaç saat boyunca çalışır durumda tutmak için benzer bir yöntem kullandığına dikkat çekiyor. Quantinuum tarafından yakın zamanda piyasaya sürülen Helios makinesi gibi, ışıkla kontrol edilen iyonlardan yapılmış kübitlere sahip bazı kuantum bilgisayarlar da kübitleri yeniden kullanabilir.
