Tam Boyutta Gör

Bugün kuantum bilgisayarların önündeki en büyük engellerden biri, hesaplamalarda kullanılan kübitlerin (kuantum bitlerinin) çevresel etkilere karşı son derece hassas olması ve kolayca hata yapabilmesi. Bu hataları azaltmak için çalışmalarını sürdüren Google, bu sorunu aşmaya yardımcı olabilecek yeni bir yöntemi Willow kuantum işlemcisi üzerinde test etti. Şirketin geliştirdiği “magic state cultivation” (sihirli durum yetiştirme) yöntemi, belirli kuantum durumlarının hazırlanması sırasında oluşan hataları 40 kat azaltmayı başardı. Deneylerde elde edilen mantıksal kuantum durumlarının doğruluğu da yüzde 99,99'a ulaştı.

Google'ın Yeni Yöntemi Donanım ve Hesaplama İhtiyacını Azaltıyor

Kuantum bilgisayarların güvenilir şekilde çalışabilmesi için yalnızca kübitlerdeki hataların düzeltilmesi yeterli değil. Bu bilgisayarların karmaşık hesaplamalar yapabilmesi için ihtiyaç duyduğu bazı kuantum işlemlerini de yüksek doğrulukla gerçekleştirmesi gerekiyor. İşte bu noktada, magic state olarak adlandırılan özel kuantum durumları devreye giriyor. Bu durumlar, hata düzeltme sistemleriyle korunan kübitler üzerinde gerçekleştirilmesi zor olan bazı işlemlerin yapılabilmesini sağlıyor.

Ancak bu özel durumları yeterince düşük hata oranlarıyla hazırlamak oldukça maliyetli. Geleneksel yöntemlerden biri olan magic state distillation (sihirli durum damıtma), hatalı olabilecek çok sayıda kuantum durumunu işleyerek daha az sayıda, ancak daha güvenilir durum elde etmeye dayanıyor. Bu işlem önemli miktarda donanım ve hesaplama kaynağı gerektirebiliyor. Bazı tahminlere göre, gelecekteki kuantum bilgisayarların kaynaklarının yüzde 95'e varan kısmı yalnızca bu özel durumları üretmek için kullanılabilir. Üstelik her bir sihirli durum yalnızca bir kez kullanılabildiğinden, bilgisayarların karmaşık işlemleri sürdürebilmek için sürekli yenilerini üretmesi gerekiyor.

Google'ın geliştirdiği magic state cultivation yöntemi ise bu süreci daha az kaynakla gerçekleştirmeyi sağlıyor. Şirketin kuantum araştırmacıları Craig Gidney, Noah Shutty ve Cody Jones, 2024 yılında daha önce ortaya atılan teorik bir yaklaşımı geliştirerek bu yöntemi tasarladı. Yöntem, hatalı olabilecek bir kuantum durumunu küçük bir alanda hazırlayıp bir dizi hassas ölçümle kontrol etmeye dayanıyor. Kontrolleri geçemeyen denemeler elenirken başarılı olanlardan elde edilen kuantum durumu daha büyük bir yapıya genişletilebiliyor. Böylece çok sayıda kusurlu durumu işleyerek daha az sayıda kaliteli sonuç elde etmek yerine, başlangıçtan itibaren daha küçük bir kuantum sistemi üzerinde çalışılarak yüksek doğrulukta bir durum üretilmesi sağlanıyor.

Willow İşlemcisinde Hatalar 40 Kat Azaltıldı

Google'ın bu yaklaşımı gerçek donanım üzerinde sergileyebilmesi için bazı teknik sorunları aşması gerekti. İlk deneylerde araştırmacı Emma Rosenfeld, ölçüm sonuçlarında beklenmedik sapmalarla karşılaştı. Aylar süren testler ve simülasyonların ardından ekip, sorunun laboratuvardaki elektrikli ekipmanlardan kaynaklanan gürültü ve sıcaklık değişimleriyle ilişkili olduğunu belirledi. Bu değişimler, kuantum durumlarının doğruluğunu ölçmek için kullanılan yöntemin güvenilirliğini etkiliyordu. Araştırmacılar bunun üzerine işlemcinin kontrol sistemlerinde iyileştirmeler yaptı ve hazırlanan kuantum durumlarının doğruluğunu değerlendirmek için yeni bir ölçüm tekniği geliştirdi. Kickback tomography adı verilen bu teknik, önceki ölçümlerde karşılaşılan gürültünün etkisini azaltarak kuantum durumlarının güvenilirliğinin daha doğru biçimde değerlendirilmesini sağladı.

Bu çalışmalar sonucunda Google, Willow işlemcisinde magic state cultivation kullanarak hazırlanan kuantum durumlarındaki hata oranını, yöntemin kullanılmadığı duruma kıyasla yaklaşık 40 kat azaltmayı başardı. Deneylerde, karmaşık kuantum hesaplamalarında kullanılabilecek özel bir tür olan mantıksal T durumları yüzde 99,99 doğrulukla hazırlandı.

Ekip ayrıca hazırlanan kuantum durumlarını farklı hata düzeltme yöntemleri arasında aktarabildiğini gösterdi. Bunun için grafting adı verilen bir teknik kullanılarak, mesafesi 3 olan bir renk kodundan (color code) mesafesi 5 olan bir yüzey koduna (surface code) geçiş gerçekleştirildi. Bunlar, kuantum bilgisindeki hataları tespit etmek ve düzeltmek için kullanılan iki farklı yaklaşım. Buradaki mesafe değeri, kodun belirli hata türlerine karşı sağladığı korumayla ilişkili. Daha büyük bir mesafeye sahip kodlar, genel olarak daha güçlü hata koruması sağlayabiliyor; ancak bunun için daha fazla donanım kaynağı gerekebiliyor.

Bu aktarımın gerçek bir kuantum işlemcisi üzerinde gösterilmesi, gelecekte farklı hata düzeltme yöntemlerini bir arada kullanabilecek kuantum bilgisayarlar açısından önem taşıyor. Ancak geçiş sırasında ek hatalar ortaya çıkması, yöntemin daha da geliştirilmesi gerektiğini gösteriyor.

Google'ın elde ettiği sonuçlar, magic state cultivation yaklaşımının yalnızca teorik bir fikir olmadığını, gerçek kuantum donanımında da uygulanabildiğini ortaya koyuyor. Tabii bu öntemin pratik uygulamalarda kullanılabilmesi için çok daha büyük ölçekte çalışabildiğinin gösterilmesi gerekiyor.

Bu haberi ve diğer DH içeriklerini, gelişmiş mobil uygulamamızı
kullanarak görüntüleyin: