Farklı Bir Tür Bilgisayar : Kuantum Boost

Kullanışlı kuantum bilgisayar işlemlerini daha hızlı yapacak atomik qubits yaratmada bir gelişme çok yakında geliyor.

Hesaplamalar yapabilen kuantum bilgisayarlar sonunda ufukta göründü. Peki ilk kullanışlı makineler nasıl görünecek?

IBM, Google, Microsoft ve Intel gibi endüstri yoğun satıcılarının yanı sıra Rigetti Computing ve Quantum Circuits Incorporated gibi birkaç yeni şirket, aşırı sıcaklıklara soğutulmuş süper iletken devreleri kullanarak daha yetenekli kuantum bilgisayarlara doğru istikrarlı ilerlemeler kaydetti.

Bu arada, iki araştırma ekibi, endüstri tarafından büyük ölçüde göz ardı edilen bir yaklaşımın yeni bir karmaşıklık seviyesine kadar ölçeklendirilebileceğini ve değerli işler gerçekleştirmek için kullanıldığını gösterdi. Ortaya çıkan sistemler, herhangi bir hesaplama yapabilecek evrensel kuantum bilgisayarları değil, atomik bir yaklaşımın tahmin edilenden daha fazla potansiyele sahip olabileceğini önermektedir. Bu çalışma aynı zamanda atomların laboratuvar sistemlerini büyük ölçekli pratik kuantum bilgisayarlara dönüştürmek için daha iyi bir yol sağlayabileceğini de ima ediyor.

Süperiletken yaklaşım, kısmen başarılı oldu, çünkü silikon devrelerini imal etmek için kullanılan mühendislik teknikleri son birkaç on yıl içinde işlendi.Fakat geniş bir yaklaşım yelpazesi kullanarak bir kuantum bilgisayar oluşturmak mümkündür.

Nature dergisinde bugün yayınlanan iki makalede, Cambridge, Massachusetts’teki MIT ve Harvard’daki bir ekip, ve Maryland Üniversitesi’nden ve Washington DC’deki National Institute of Standards’dan bir diğeri, her biri özel kuantum hesaplayıcı türleri oluşturduklarını ve 50’den fazla kbit daha kullandığını ortaya koyuyor – daha önce gösterilenin çok ötesinde -. Her iki durumda da, araştırmacılar kuantum simülatörleri, kuantum parçacıklarının nasıl etkileşime girdiğini modellemek için analog hesaplamalar yapabilen makineleri üretti.

Her iki sistem de atom kullanıyor ancak farklı şekillerde çalışıyorlar. MIT-Harvard sistemi, uyarılmış bir durumda nötr atomları yakalamak için lazerler kullanarak 51 qubits’i işler. 53 qubits tutan Maryland-NIST makinesi, altın kaplamalı elektrotlar kullanarak iterbiyum iyonlarını yerinde hapseder. Birlikte, kuantum makinelerini yapılandırmaya alternatif bir yaklaşımın, sanayi tarafından takip edilen bir kişiye meydan okuma potansiyeline sahip olabileceğini önermektedirler.

Harvard’daki bir fizikçi Mikhail Lukin, “Sistemimiz henüz evrensel bir kuantum bilgisayarı oluşturmamakla birlikte, kubitler arasındaki etkileşimleri kontrol ederek etkin bir şekilde programlayabiliriz” diyor MIT’deki Vladan Vuletic ile birlikte geliştirilen sistemler hakkında.

Kuantum bilgi işlem için on milyonlarca girişim finansmanı alan Rigetti Computing’in araştırmacısı Will Zeng, bu ölçekte kuantum simülasyonunun önemli bir adım olduğunu söylüyor. Aslında, kuantum etkilerini taklit etmek, fizikçi Richard Feynman tarafından 40 yıldan daha önce önerilen bir kuantum bilgisayarın orijinal amacıydı. Şimdi bilim insanları “kuantum bilgisayarlarda bulunan bazı potansiyelleri gösterebiliyorlar, bu nedenle sonuçlar heyecan vericidir” diyor.

Kuantum bilgisayarlar, geleneksel bilgisayarlardan temelde farklı bir şekilde çalışırlar. Normal bir bilgisayar, 1 ya da 0 olarak kodlanmış ikili bilgi bitlerini alır ve birbiri ardına hesaplamalar yaparken, kuantum bilgisayar, hesaplamaları paralel olarak gerçekleştirmek için kuantum mekanizmasının iki benzetme özelliği-dolaşma ve üst üste binme – yararlanır. Sonuç olarak, çok daha kısa sürede büyük miktarda bilgi hesaplayabilir. Birkaç düzine kuantum bit, milyarlarca parçalık bilginin hesaplamalarını bir adımda gerçekleştirebilir. Teknoloji, yıllar boyunca fizikçiler arasında bir pipe dream olarak kaldı, ancak şüphesiz büyük bir potansiyele sahip. Nihayet yararlı işler yapabilecek kapasitede makineler konusunda heyecan artıyor.

Bu noktada, kuantum makineleri, mümkün olan en muazzam süperbilgisayarda bile çalışması zor, hatta imkansız olmasa bile hesaplamaları yapabilme kapasitesine ulaştığından, 50-kbit karşılaştırması önemlidir. Bazı bilim insanları buna “kuantum üstünlüğü” diyor. IBM ve Google, aynı sayıda kbit sayısını kullanabilen, genel amaçlı süper iletken kuantum bilgisayarları geliştiriyorlar.

Maryland Üniversitesi’nden profesör olan ve gazetelerden birinde baş yazarı olan Chris Monroe, yeni atom sistemindeki kbitlerin daha da büyütülebileceğini belki de daha önemli buluyor. Katı hal sistemlerinde qubits özdeş değildir, yani bir sistem dikkatli bir şekilde ayarlanmalıdır ve bu, bir makinenin boyutu büyüdükçe zor olabilir. Aksine, atomları kullanarak yapılan kubitler, kontrol edilmesi daha zor olmakla birlikte aynıdır ve ayar gerektirmezler. Monroe, “Atomlar, bir anlamda, mükemmel kubittir,” diyor. Atom sistemlerinin yeniden yapılandırılmasının kolay olduğunu ispatlayarak, onları geniş bir problem yelpazesine karşı daha uygun hale getirdiğini de sözlerine ekledi.

Bu, daha büyük, daha pratik kuantum sistemlerini kurmanın herkes için kolay olacağını söylemek değil. Vuletic “Binlerce kuantum biti basit bir şekilde dolabildiğimizi düşünüyoruz ancak durum bunun ötesinde daha az açık” diyor.

Aynı derecede önemli olan, kuantum bilgisayarların gerçekten ne kadar faydalı olacağına dair ipuçları alıyoruz. Bu Eylül ayında yayınlanan çarpıcı bir çalışmada IBM’deki bir ekip, bu şekilde analiz edilen en karmaşık molekül olan berilyum hidridin yapısını taklit etmek için IBM Q adlı bir kuantum bilgisayar kullandı. Muhtemelen, daha fazla mühendis ve programcı ellerini üzerinize götürene kadar bu makinelerin neler yapabileceğini bilemeyiz. UMD’nin Monroe “fizik çağının ötesine geçerek kuantum mühendisliğine geçmeye başlıyoruz” diyor.

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir