Kuantum bilgisayarlar klasik binary (bir bitin 1 ya da 0 değerini alabildiği) sistemler yerine, kuantum fizikte süper pozisyon olarak bilinen kavramı kullanan kuantum bitler ile çalışır. Qbit (kübit) olarak adlandırılan kuantum bitler, aynı anda hem 0 hem de 1 olabilmektedir. Böylece kuantum bilgisayarlar, hesaplama kapasitesi olarak ciddi bir fark yaratmaktadır. Yıllarca kuantum bilgisayarların inşasına imkansız gözüyle bakılmış olsa da günümüzde endüstriyel kapasitede kuantum bilgisayarların taslakları üzerinde çalışılmaktadır. D-Wave gibi tartışmalı kuantum bilgisayarlar olsa da daha gerçekçi kuantum bilgisayar tasarımları geliştirilmeye devam ediliyor.

Aşağıda ayrıntılarına yer verilen ve sonuçları Science Advances dergisinde yayımlanan uluslararası çalışma, kuantum bilgisayar tasarımını farklı bir aşamaya taşıyor. Sunulan yenilikçi tasarım, Sussex Üniversitesi bünyesinde yapılsa da Danimarka’dan Aarhus Üniversitesi, Almanya’dan Siegen Üniversitesi, Japonya’dan Riken Araştırma Merkezi ve Amerika Birleşik Devletleri’nden Google katkısıyla sinerjik bir çalışma sonucu elde edildi.

Yeni kuantum bilgisayar tasarım çalışmaları

Kuantum bilgisayarlarda ana hedef yüksek sayıda kübit ile işlem yaparak hız elde etmektir. Ancak kübit sayısı arttıkça, daha zor öngörülebilen voltaj, sıcaklık ve diğer faktörler yüzünden, cihazı kontrol etmek ve sonuçlarda kesinlik sağlamak zorlaşır. Dolayısıyla yeni çalışmalar, çok sayıda kübiti bir arada barındırabilen ve dış faktörlerden olabildiğince az etkilenen makinaların tasarımı üzerinde yoğunlaşıyor. Bunun iyi bir örneği olan Sussex Üniversitesi’nde yapılan çalışma sonucu, milyonlarca kübiti bir arada tutan kuantum bilgisayarların inşa edilebileceği açıklanmıştır.

Sussex Üniversitesi’ndeki Kuantum Teknoloji Grubu bünyesinde yapılan bu yenilikçi tasarım, kuantum hesaplama modülleri arasında kübitlerin geçişine imkan veriyor. Bu modüller, fiber optik kullanımı yerine elektrik alan ile birbirine bağlı bir yapı sergiliyor. Bu sayede modüller arası iyon geçişi gerçekleştiriliyor.

Cihaz, iyonların durumunu değiştirmek ve böylece depolanan verileri işlemek için farklı frekanslara ayarlanabilen mikrodalga radyasyonunda yıkanıyor. Böylece, büyük bir kuantum bilgisayar, daha küçük modüllerin bir araya getirilmesiyle elde ediliyor. Elektrik alanları modüller arası iyon geçişini sağlıyor. Birbirine bağlı kuantum bilgisayar modülleri, yüksek performanslı işlem gücüne sahip makineleri oluşturuyor. Söz konusu modüler yapı ile ihtiyaç duyulduğu kadar modül bir araya getirilebiliyor ve istenen işlem gücü sağlanıyor.

Elektromanyetik gürültü problemi minimize ediliyor

Geliştirilen teknolojik ürünler, laboratuvar dışında gerçek ortamlarda çalıştırıldığında diğer elektronik cihazlardan ya da elektromanyetik alanlardan etkilenir. Büyük ölçekli kuantum bilgisayarların hassas işlevlerini negatif etkileyecek ciddi problemlerden birisi de çevresel etkilerden kaynaklı elektromanyetik gürültüdür. Ancak yeni çalışmalar, gürültü ve karışma problemlerini çözmek ve hata oranlarını azaltmak açısından başarılı adımlar atıyor. Araştırma ekibi, bu gürültünün nasıl azaltılabileceği üzerinde yenilikçi bir model geliştirerek, kuantum bilgisayarların geliştirilmesi açısından başarılı bir adım daha attı.

Teori, kuantum fiziğindeki ilginç bir özelliğe dayanarak geliştirildi. Kuantum hesaplamaların, “başlangıç işletme parametrelerindeki değişikliklerin, hesaplamanın sonucunda ciddi bir değişikliğe yol açmayacağı şekilde yapılması” özelliği üzerinde çalışıldı. İlk aşamada teorik olarak geliştirilen model, ardından farklı deneylerle de doğrulandı. Komplike radyo dalgaları ve mikrodalga sinyalleri kullanılarak yüklenen atomlar üzerinde yapılan deneyler ile model doğrulama testlerini başarıyla geçti. Bu sayede kuantum bilgisayarların çevresel gürültü etkisinden izolasyonu sağlanması hedefleniyor. Prototip kuantum bilgisayar üzerinde çalışan ekip, ilk sonuçların on yıl içinde elde edilmesini bekliyor.

Yoğun çalışmalara konu olan kuantum bilgisayarlar, getireceği hızlı çözümler ile yaşamı değiştirecek gibi görünüyor. Yakında evlerde olmasa da endüstride sıkça kullanılacağı düşünülen kuantum bilgisayarlar ile finans sektöründen sağlık sektörüne çözümü vakit alan birçok sorunun kısa süre içinde çözülmesi bekleniyor. Bu doğrultuda atılan her yenilikçi adım, kuantum teknolojileri dünyasında heyecan uyandırıyor.

Ruken Zilan’ın önceki yazısı;

Ruken Zilan’ın bu yazısı, Kuantum Türkiye (QTurkey) topluluğu tarafından oluşturulan “Kuantum Teknolojileri Popüler İçerik Havuzu” ortaklığıyla yayımlanmıştır. İçerik havuzuna ilişkin daha fazla bilgi edinmek için aşağıda linki yer alan haberimizi okuyabilirsiniz;

Kaynaklar;