Kuantum teknolojileri, uzun müddettir geleceğin bilgisayar dünyasını şekillendireceği savında. Fakat bugüne kadar bu vaatlerin birçok, laboratuvar sonlarının ötesine geçememişti.
Şimdi ise, bu alanda kayda kıymet bir adım daha atıldı. Fizikçiler, lazerlerle sabitlenen 6.100 nötr atomdan oluşan büyük ölçekli bir kübit dizisi oluşturduklarını duyurdu. Bu gelişme, kuantum bilgisayarların gerçek manada fonksiyonel hale gelmesi için gereken ölçeklenebilirlik amacı açısından kıymetli bir eşiğe işaret ediyor.
Sistemin tam manasıyla bir kuantum bilgisayar olarak çalışabilmesi için, bu kübitlerin birbirleriyle “dolanık” hale getirilmesi gerekiyor. Dolanıklık, kuantum hesaplamanın temelinde yer alan ve kübitler ortasında bilgi alışverişini mümkün kılan bir özellik. Şimdi bu kademeye ulaşılmamış olsa da, kübitlerin sayısındaki bu sıçrama, ilerideki deneyler için sağlam bir taban sunuyor.
Klasik bilgisayarlarda datalar “1” ve “0” üzere net durumlarla temsil edilirken, kuantum kübitleri birebir anda birden fazla durumu taşıyabiliyor. Bu da birtakım özel sorunlarda teorik olarak harikulâde süratlerde süreç yapılmasına imkan tanıyor. Fakat bu potansiyeli gerçeğe dönüştürmek, düşünüldüğü kadar kolay değil.
Yavaş başlayan seyahatte büyük bir adım
Kuantum bilgisayarlar üzerine yapılan çalışmalar 30 yıldan uzun bir müddettir sürüyor. Fakat beklentilere karşın ilerleme yavaş gerçekleşti. Bunun bir nedeni, kübit üretmenin pek çok farklı yolu olması ve araştırmaların bu teknikler ortasında dağılması. Öteki nedeni ise, kübitlerin kararsız tabiatı. Her biri çok hassas şartlarda çalışıyor ve çevresel etkenlerden kolaylıkla etkilenebiliyor.
Son yıllarda öğrenilen kıymetli gerçeklerden biri de, fonksiyonel bir kuantum bilgisayarın düşündüğümüzden çok daha fazla, belki de yüz binlerce kübite muhtaçlık duyacağı. Zira sistem içinde meydana gelen yanılgıları düzeltmek için, sırf süreç yapan değil, bu süreçleri izleyip denetleyen ek kübitlere de muhtaçlık var.
Geçmişte sırf 20 kübitlik bir sistem oluşturmak bile haber değerindeyken, bugün 6.000’den fazla kübitin yer aldığı bir yapıdan kelam etmek, geldiğimiz noktayı açıkça gösteriyor.
Caltech’te çalışmayı yürüten takım, sezyum atomlarını vakum ortamında sabit tutmak için “optik cımbız” ismi verilen özel lazerler kullandı. İki farklı dalga uzunluğunda çalışan 12.000 optik cımbız sayesinde, her biri bir kübit üzere davranan 6.100 atom sabitlenerek tek bir dizide toplandı.
Bu yol, sırf atomların birbirine yakın komşularıyla değil, dizi içindeki farklı noktalarla da etkileşim kurmasını sağladığı için avantajlı. Sistemin iç yapısını görselleştiren yüksek lisans öğrencisi Hannah Manetsch, “ekranda her kübiti bir ışık noktası olarak görebiliyoruz” diyerek bu imgenin ölçek açısından ne kadar etkileyici olduğunu vurguluyor.
Dışarıdan bakıldığında kaotik üzere görünen yapı, aslında son derece hassas bir tertibin eseri.
Dolanıklık yoksa, hesaplama da yok
Bu etkileyici dizilim şimdi yalnızca data tutma kapasitesine sahip; bir hesaplama yapılabilmesi için atomların birbirleriyle kuantum dolanıklığına sokulması gerekiyor. Bu, kulağa bilim kurgu üzere gelse de, daha evvel daha fazla atom içeren sistemlerde muvaffakiyetle uygulanmış bir prosedür. Hasebiyle, araştırma takımının bu dizide de benzeri bir muvaffakiyet elde etmesi bekleniyor.
Bununla birlikte sistem, hala ticari bilgisayarlarda alıştığımız sağlamlıktan uzak. Kübitler, süperpozisyon ismi verilen kuantum durumlarını çok kısa müddetler boyunca koruyabiliyor. Rastgele bir dış etken, yani ısı, ışık ya da titreşim, bu hassas dengeyi bozabiliyor.
Bu çalışmada grup, atomları dizi içinde hareket ettirirken süperpozisyon durumunu 12,6 saniye boyunca müdafaayı başardı. Bu, emsal sistemlerde ekseriyetle iki saniyenin altında kalan mühletlere kıyasla epeyce ileri bir düzey.
Nicelik ve nitelik dengesi
Araştırmacılar sırf kübit sayısında değil, süreç doğruluğunda da kıymetli bir kademe kaydettiklerini belirtiyor. Elde edilen datalara nazaran kübitler, %99,99 oranında doğrulukla denetim edilebildi. Bu da büyük ölçekli sistemlerde doğruluk oranının düşeceği istikametindeki genel beklentileri sorgulatıyor.
Yüksek lisans öğrencisi Gyohei Nomura, “genelde sistem büyüdükçe doğruluk düşer. Ancak bu çalışmada hem sayı hem kaliteyi birlikte sağlayabildik” diyerek bu istikrarın ne kadar kritik olduğuna dikkat çekiyor.
Kuantum bilgisayarların günlük yaşantımıza girmesi hala uzak bir maksat olabilir. Fakat bu tıp gelişmeler, gelecekte muteber, ölçeklenebilir ve yanlışa sağlam sistemlerin mümkün olabileceğini gösteriyor.
