Kuantum bilgisayarda dünya rekoru: “6,7 milyon işlemde yalnızca bir hata”

Yeni bir araştırmada, şimdiye kadar kaydedilen en düşük kuantum hata oranı elde edildi.

Bilim insanları, kuantum bilgisayarların önündeki en büyük engellerden biri olan yüksek hata oranı sorununu aşma çabalarında önemli bir adım attı.

Hakemli bilimsel dergi APS Physical Review Letters’ta yayınlanan araştırmada, şimdiye kadar kaydedilen en düşük kuantum hata oranı elde edildi: Yüzde 0,000015.

Bu oran yaklaşık 6,7 milyon işlemde yalnızca bir hata anlamına geliyor.

Söz konusu başarı, aynı araştırma ekibinin 2014’te ulaştığı bir önceki rekor olan 1 milyon işlemde bir hata düzeyine göre neredeyse 10 kat iyileşme demek.

KUANTUM GÜRÜLTÜSÜ

Kuantum bilgisayarlarda ortaya çıkan hatalara “gürültü” adı veriliyor. Bu da bilgisayarın verdiği sonuçların güvenilmez hâle gelmesine neden olabiliyor.

Bu hatalar hem fiziksel sınırlamalardan (örneğin kuantum durumunun zamanla bozulması veya bilgi sızması) hem de donanım ve kontrol yöntemlerindeki kusurlardan kaynaklanıyor.

Araştırma ekibi, doğa yasalarına bağlı hataları tamamen ortadan kaldıramasa da, bilgisayarın mimarisi ve kontrol yöntemlerinden kaynaklanan gürültüyü neredeyse sıfıra indirerek bu çığır açan sonucu elde etti.

Oxford Üniversitesi’nden Molly Smith, Livescience’a yaptığı açıklamada, “Hata olasılığını bu denli azaltmak, kuantum hata düzeltme altyapısını ciddi ölçüde küçültüyor. Bu da gelecekteki kuantum bilgisayarların daha küçük, hızlı ve verimli olmasının önünü açıyor” dedi.

Smith ayrıca bu hassas kontrolün, kuantum saatleri ve sensörler gibi diğer kuantum teknolojileri için de faydalı olacağını vurguladı.

FOTONDAN İYONA

Çalışmada kullanılan kuantum bilgisayar, yaygın olan foton tabanlı kuantum bit (kübit) mimarisi yerine “tuzaklanmış iyonlar” kullanan özel bir platforma dayanıyor. Üstelik deneyler oda sıcaklığında gerçekleştirildi, bu da teknolojinin daha pratik ve entegre edilebilir olmasını sağladı.

Ekip, fotonları lazerle sabitlemek yerine, kalsiyum-43 iyonlarını mikrodalga kullanarak tuzakladı. Bu iyonlar daha sonra atomik saat gibi çalışan “hiper-ince” bir kuantum duruma getirildi. Bu durum, kuantum kapılarının (yani işlemlerin) daha hassas yapılabilmesini sağladı.

Oluşabilecek frekans ve genlik kaymalarını engellemek için de özel bir algoritma geliştirildi. Bu yazılım, mikrodalgaların ürettiği gürültüyü düzenli olarak tespit edip düzeltti. Böylece, araştırmacılar kuantum işlemleri fiziksel olarak mümkün olan en düşük hata oranında gerçekleştirmeyi başardı.

DAHA DÜŞÜK MALİYET

Bu yöntemle artık tekli kuantum kapılarıyla (single-gate qubit) yapılan işlemlerde neredeyse sıfır hata ile yüksek ölçekli hesaplamalar mümkün hale geliyor. Bu da mühendislerin sistem içinde yalnızca hata düzeltmeye ayrılan kübit sayısını azaltmasına olanak tanıyor. Dolayısıyla, bu başarı hem kuantum bilgisayarların maliyetini hem de boyutunu küçültebilir.

Araştırma umut verici olsa da, kuantum bilgi işlemde hala çözülmesi gereken sorunlar var. Özellikle çoklu kübit kapılarının (multigate) hata oranı hâlâ yüksek: Yaklaşık her 2 bin işlemde bir hata.

Bu nedenle, araştırma kullanılabilir ölçekte kuantum bilgisayarlara doğru atılmış çok önemli bir adım olsa da karmaşık hesaplamalarda hâlâ aşılması gereken teknik engeller mevcut.