Kuantum bilgisayarların pratik hale gelmesi yönünde önemli adımlar atılmış olsa da qubit tabanlı sistemler hala kararsız ve hatalara açık bir yapıya sahip. Ancak Google, bu sorunun çözümüne yönelik büyük bir ilerleme kaydetmiş olabilir.
Google mühendisleri, tanıttıkları yeni kuantum çipi Willow ile hata yönetiminde önemli bir başarıya ulaştı. Özellikle, tek bir mantıksal qubitin kararlılığı, hataların sadece saatte bir kez meydana gelmesini sağlayacak şekilde artırıldı. Bu, önceki sistemlerde birkaç saniyede bir ortaya çıkan hatalarla kıyaslandığında büyük bir ilerleme.
Hata oranının trilyonda bire düşmesi gerekiyor
Qubitler, kuantum bilgiyi oluşturan temel yapı taşlarıdır. Klasik bilgisayarların 1 veya 0 depolayabilen bitlerinden farklı olarak, qubitler hem 1, hem 0, hem de bu iki durumun süperpozisyonunu depolayabilir. Bu özellik, klasik bilgisayarların çözmekte zorlandığı veya hiç çözemedikleri sorunlar için güçlü algoritmalar geliştirilmesine olanak tanır. Ancak qubitler oldukça hassastır ve çevreyle etkileşime girerek süperpozisyonlarını kaybedebilir. Günümüzde %99.9 güvenilirlik sağlanmış olsa da, pratik kullanım için hata oranının trilyonda bire düşmesi gerekiyor.
Bu hataları önlemek için araştırmacılar, bir mantıksal qubiti birden fazla fiziksel parçacığa yayarak hata düzeltmeyi sağlıyor. Ancak bu yöntem, fiziksel qubitlerin hataları düzeltme hızının hata üretme hızını aşması durumunda işe yarıyor.
Hata seviyeleri mantıksal kübitlerde (3×3, 5×5 ve 7×7), fiziksel kübitlerde izlendi ve Google'ın önceki kuantum çipi Sycamore ile karşılaştırıldı. (Google AI)
"Hata oranını iki kat daha azalttık"
Google Quantum AI ekibinden Michael Newman ve Kevin Satzinger, “Willow, hata düzeltmeli qubitlerin büyüdükçe üssel olarak daha iyi hale geldiği ilk işlemcidir. Şifrelenmiş qubit sayısını 3×3’ten 5×5’e ve ardından 7×7’ye çıkardığımız her seferde, hata oranını iki kat daha azalttık” diyor.
Willow, 105 fiziksel qubite sahip ve hem mimarisi hem de kullandığı hata düzeltme algoritmaları sayesinde kararlılıkta önemli bir başarı elde etmiş durumda. Bu çipte daha fazla qubit, daha az hata anlamına geliyor.
1990'lardan beri üzerinde çalışılıyordu
Kuantum hata düzeltme tekniklerinin ilk kez 1990'larda tanıtılmasından bu yana, bu sorun çözülmeye çalışılıyordu. Willow’un başarısı, kuantum hesaplamanın tam anlamıyla uygulanması için önemli bir dönüm noktası olabilir. Büyük ölçekli kuantum işlemler artık bu yöntemle daha mümkün görünüyor.
Newman ve Satzinger, “Bu, kuantum hata düzeltmenin vaat ettiği üssel hata baskısını gösteriyor. Bu hedef, kuantum bilgisayarların geliştirilmesinde neredeyse 30 yıldır beklenen bir dönüm noktası ve büyük ölçekli kuantum uygulamaları için kilit bir unsur” diyor.
Willow’un sağladığı kararlılık tek avantajı değil. Google, bu çipin özel bir kuantum görevini beş dakikada tamamlayabildiğini açıkladı. Aynı görevin en hızlı süper bilgisayarlarla tamamlanması 10 septilyon yıl sürecekti. Görev kuantum bilgisayarlar için özel olarak tasarlanmış olsa da bu, kuantum teknolojisinin potansiyelini ortaya koyuyor.
Hatalar tamamen ortadan kalkmasa da araştırmacılar, kuantum işlemeyi pratik hale getirecek kadar seyrek hale getirmeyi hedefliyor. Bunun için daha iyi donanım, daha fazla qubit ve gelişmiş algoritmalar gerekiyor.
Araştırmanın ön inceleme sürümü Nature dergisinde yayımlandı.
