Kuantum bilgisayarlar uzun yıllardır temel bir sorunla mücadele ediyor: hesap yaparken hata yapıyor ama bunu nasıl fark edip düzeltebilir? Nature Physics dergisinde yayımlanan yeni araştırma, bu sorunun çözüme yaklaştığını gösteriyor. Araştırma, kuantum sistemlerin kaostan kendi kendilerine düzen bulabilmelerini ilk kez kanıtladı.
IBM araştırmacıları ve üniversite bilim insanlarından oluşan ekip, 156 kubitlik IBM Quantum Heron işlemcisini kullanarak deneyler yaptı. İnanılır olanın üstünde: 100 kübite kadar kuantum sistemlerinde gerçek zamanlı hata düzeltmeyi başarıyla test ettiler. Bu, kuantum bilgisayarların pratik uygulamalara hazırlanması yolundaki en önemli adımlardan biri.
Kaos içinden düzen çıkarmak
Araştırmanın yöntemi iki aşamadan oluşuyor. Bilim insanları sistem üzerinde kontrollü kaos deneyler. Ardından geri düzeltmeye başlıyorlar. Rutgers Üniversitesi'nden fizikçi Jedediah Pixley, IBM'den Maika Takita, Florida Üniversitesi'nden Haining Pan ve Louisiana State Üniversitesi'nden Justin Wilson tarafından gerçekleştirilen çalışmanın temel bulgusu oldukça önemli: Hataların %50'sinden fazlasını düzeltmek başarılı olduğunda, sistem sırasını yeniden sağlayabiliyor ve hesaplamalar doğru sonuç veriyor.
Bu, basit bir benzetmeyle anlaşılabilir. Kimya laboratoryosunda bir tepkime kontrolden çıksa, kimyager ısıyı azaltarak veya yeni maddeler ekleyerek sistemi düzeltebilir. Kuantum bilgisayarlar benzer mantıkla çalışıyor ama kuantum dünyasının kuralları çok daha karmaşık ve hassastır.
Neden bu kadar önemli?
Kuantum bilgisayarlar teoride mükemmel olsa da, pratikte ışığa, titreşime ve sıcaklık değişimlerine karşı inanılmaz derecede duyarlıdırlar. Yapılan her işlem sırasında hatalar ortaya çıkması kaçınılmazdır. Bugüne kadar bu hatalar bilgisayarın yanlış sonuç vermesine yol açıyordu ve tüm sonuçlar güvenilmez oluyordu. Bu da kuantum bilgisayarları pratik kullanımdan uzak tutuyordu.
Yeni araştırma, kaos teorisinden alınan geri besleme mekanizmalarının kuantum sistemlerine uygulanabileceğini gösteriyor. Önemli olan şu: Hataları düzeltmek sadece hataları yakalamak değil, aynı zamanda sistemi orijinal haline getirmektir. Bu, bilim insanlarının "hata toleranslı kuantum bilgisayarlar" (fault-tolerant quantum computers) yapabilmesi için gerekli olan kritik bir tekniktir. Bir tür kuantum "reset düğmesi" gibi. Hata toleransı olmadan, kuantum bilgisayarlar insan problemlerini çözemeyecek kadar güvenilmez kalıyor. Bu araştırma, "iyi haber-kötü haber" yapısındadır: Hata düzeltmek mümkün (iyi), ama yüzlerce kubit sistemlerine ihtiyaç var (kötü).
Sırada ne var?
Araştırma sistemin 100 kübite kadar işlem yapabileceğini gösterse de, ticari kuantum bilgisayarları gerçek dünya problemlerini çözmek için binlerce kübite ihtiyaç duyacak. Bilim insanları şu anda daha büyük sistemlerde aynı başarıyı sağlamak için hızlı bir şekilde çalışıyor. Bu sadece bir başlangıç, kesinlikle sonuç değil. Ancak başlangıcı doğru yöne atmış olmak, kuantum hesaplamada en büyük engeli aşmanın ilk adımıdır. İlaç keşfinden malzeme bilimine, iklim modellemesine kadar birçok alanda, kuantum bilgisayarlar gelecekte çok daha güvenilir ve yararlı sonuçlar verebilecek. Bu araştırma, o günün ne kadar yakın olduğunu gösteriyor.
