Quantum computer breakthrough: Qubit dalgalanmaları artık gerçek zamanlı izlenebiliyor
Quantum computer breakthrough, kuantum bilgisayarların en kritik bileşeni olan qubitlerin davranışını anlık olarak izleme imkânı sundu. Danimarka’daki Niels Bohr Enstitüsü araştırmacıları, qubit performansındaki ani değişimleri önceki yöntemlere kıyasla yaklaşık yüz kat daha hızlı takip eden bir sistem geliştirdi.
Bilim insanlarına göre bu gelişme, güvenilir ve ölçeklenebilir kuantum işlemciler üretme yolunda önemli bir eşiği temsil ediyor.
Qubitler neden bu kadar hassas
Qubitler, kuantum bilgisayarların temel bilgi birimini oluşturuyor. Araştırmacılar bu sistemlerin gelecekte klasik bilgisayarları aşmasını bekliyor. Ancak qubitler son derece hassas yapılar olarak biliniyor.
Uzmanlar, qubit üretiminde kullanılan malzemelerde mikroskobik kusurlar bulunduğunu belirtiyor. Bu kusurlar saniyede yüzlerce kez yer değiştirebiliyor. Bu hareketlilik, qubitin enerji kaybı hızını doğrudan etkiliyor ve kuantum bilgisi hızla bozulabiliyor.
Eski ölçüm yöntemleri kritik detayları kaçırıyordu
Geleneksel test yöntemleri, bir qubitin performansını ölçmek için dakikaya varan süreler gerektiriyordu. Bu yavaşlık, milisaniyeler içinde gerçekleşen dalgalanmaların gözden kaçmasına neden oluyordu.
Araştırmacılar bu nedenle yalnızca ortalama enerji kaybını görebiliyordu. Bu yaklaşım, qubitlerin gerçekte ne kadar kararsız olabileceğini gizliyordu.
Bilim insanları durumu, güçlü bir iş hayvanının sürekli önüne çıkan engellerle mücadele etmesine benzetiyor. Sistem güçlü olsa bile öngörülemeyen bozulmalar performansı ciddi biçimde düşürüyor.
FPGA tabanlı sistemle anlık takip mümkün oldu
Niels Bohr Enstitüsü Kuantum Aygıtlar Merkezi ve Novo Nordisk Vakfı Kuantum Hesaplama Programı araştırmacıları, gerçek zamanlı uyarlanabilir bir ölçüm sistemi geliştirdi. Çalışmaya Dr. Fabrizio Berritta liderlik etti.
Ekip, qubitin enerji kaybı oranını milisaniyeler içinde güncelleyebilen hızlı bir klasik kontrolcü kullandı. Bu yaklaşım, dalgalanmaların doğal hızına yetişebilen ilk sistemlerden biri oldu.
Sistem nasıl çalışıyor
Araştırmacılar yüksek hızlı işlemler için tasarlanmış bir FPGA işlemci kullandı. Deney doğrudan bu donanım üzerinde çalıştırıldı.
Sistem şu yetenekleri sağladı:
Qubit enerji kaybı hızını çok az ölçümle tahmin edebilme
Her ölçüm sonrası Bayes modeli güncelleme
Qubit durumunu anlık olarak yeniden değerlendirme
Bu mimari, verilerin yavaş şekilde harici bilgisayarlara aktarılması ihtiyacını ortadan kaldırdı. Sonuç olarak kontrol sistemi, qubit ortamındaki değişimlerle neredeyse aynı zaman ölçeğinde tepki verebilir hâle geldi.
Ticari donanım ile ileri kontrol birleşti
Araştırmacılar çalışmada Quantum Machines tarafından geliştirilen OPX1000 adlı FPGA tabanlı kontrolcüyü kullandı. Sistem, Python benzeri bir dil ile programlanabiliyor. Bu yapı, farklı araştırma gruplarının teknolojiye daha kolay erişmesini sağlayabilir.
Kuantum işlem birimi ise Chalmers Üniversitesi ile yürütülen iş birliği kapsamında tasarlandı ve üretildi. Projede Norveç Bilim ve Teknoloji Üniversitesi ile Leiden Üniversitesi de yer aldı.
Gerçek zamanlı kalibrasyon neden kritik
Uzmanlar, kuantum işlemcilerde toplam performansın en iyi qubitler tarafından değil, en zayıf olanlar tarafından belirlendiğini vurguluyor. Yeni çalışma önemli bir gerçeği ortaya koydu.
Araştırma ekibine göre iyi çalışan bir qubit, saniyenin küçük bir bölümünde kötü duruma geçebiliyor. Bu hızlı bozulma daha önce yeterince net gözlemlenemiyordu.
Yeni algoritma sayesinde kontrol donanımı hangi qubitin sağlıklı, hangisinin sorunlu olduğunu neredeyse anında belirleyebiliyor. Sistem ayrıca problemli qubitler hakkında saatler yerine saniyeler içinde istatistik toplayabiliyor.
Ölçeklenebilir kuantum bilgisayarlar için yeni kapı
Araştırmacılar hâlâ gözlenen dalgalanmaların önemli bölümünü tam olarak açıklayamadıklarını belirtiyor. Buna rağmen bulgular, süperiletken qubitlerin test ve kalibrasyon yaklaşımını kökten değiştirebilir.
Uzmanlara göre mevcut üretim teknikleriyle ilerlemek için gerçek zamanlı izleme ve uyarlama artık kritik bir gereklilik hâline geliyor. Bu yaklaşım, gelecekte büyük ölçekli ve güvenilir kuantum bilgisayarların önünü açabilecek önemli bir adım olarak görülüyor.