Kuantum bilgisayarların yaygın ve güvenilir şekilde kullanılmasının önündeki en büyük teknik sorunlardan biri olan hata oranları konusunda Google’dan dikkat çeken bir sonuç geldi. Şirket, Willow kuantum işlemcisi üzerinde denediği “magic state cultivation” yöntemiyle belirli kuantum durumlarının hazırlanması sırasında oluşan hataları yaklaşık 40 kat azalttı.
Deneylerde, karmaşık kuantum hesaplamalarında kullanılabilecek mantıksal T durumlarının doğruluğunun yüzde 99,99 seviyesine ulaştığı bildirildi. Bu sonuç, kuantum bilgisayarların yalnızca daha fazla kübit üretmesiyle değil, bu kübitler üzerinde güvenilir işlem yapılabilmesiyle de ilerlemesi gerektiğini gösteriyor.
YENİ YÖNTEM DAHA AZ KAYNAK HEDEFLİYOR
Kuantum bilgisayarlarda kullanılan kübitler çevresel etkilere karşı son derece hassas. Bu nedenle hesaplama sırasında ortaya çıkan hataların tespit edilmesi ve düzeltilmesi, sistemin kullanılabilirliği açısından kritik önem taşıyor. Ancak bazı kuantum işlemleri, klasik hata düzeltme yaklaşımlarıyla korunmuş kübitler üzerinde doğrudan ve düşük hatayla gerçekleştirilemiyor.
Bu noktada “magic state” olarak adlandırılan özel kuantum durumları devreye giriyor. Söz konusu durumlar, kuantum bilgisayarların daha karmaşık işlemleri yerine getirebilmesi için gerekli görülüyor. Fakat bu durumların yüksek doğrulukla hazırlanması, geleneksel yöntemlerde ciddi donanım ve hesaplama kaynağı gerektiriyor.
Mevcut yaklaşımlardan biri olan “magic state distillation”, çok sayıda hatalı olabilecek kuantum durumundan daha az sayıda fakat daha güvenilir sonuç elde etmeye dayanıyor. Bu süreç, gelecekteki kuantum bilgisayarların kaynaklarının büyük bölümünü tüketebilecek kadar maliyetli olabilir. Ayrıca her bir magic state yalnızca bir kez kullanılabildiği için sistemin sürekli yeni durumlar üretmesi gerekiyor.
Google’ın denediği “magic state cultivation” yöntemi ise hatalı olabilecek bir kuantum durumunu küçük bir alanda hazırlayıp hassas ölçümlerle kontrol etmeye dayanıyor. Başarısız denemeler elenirken, başarılı olan kuantum durumu daha büyük bir yapıya genişletilebiliyor. Böylece çok sayıda kusurlu durumdan az sayıda iyi sonuç üretmek yerine, başlangıçtan daha küçük bir sistemle yüksek doğruluk hedefleniyor.
WILLOW ÜZERİNDE GERÇEK DONANIM TESTİ
Yöntemin gerçek donanımda denenmesi sırasında Google ekibi bazı teknik zorluklarla da karşılaştı. İlk ölçümlerde beklenmedik sapmalar görülürken, yapılan testler ve simülasyonlar sorunun laboratuvardaki elektrikli ekipmanlardan gelen gürültü ve sıcaklık değişimleriyle ilişkili olduğunu ortaya koydu.
Araştırmacılar bunun üzerine işlemcinin kontrol sistemlerinde iyileştirmeler yaptı ve kuantum durumlarının doğruluğunu değerlendirmek için “kickback tomography” adı verilen yeni bir ölçüm tekniği geliştirdi. Bu teknik, önceki ölçümlerde karşılaşılan gürültü etkisini azaltarak sonuçların daha güvenilir biçimde değerlendirilmesini sağladı.
Google ayrıca hazırlanan kuantum durumlarının farklı hata düzeltme yöntemleri arasında aktarılabildiğini de gösterdi. “Grafting” adı verilen teknikle, mesafesi 3 olan bir renk kodundan mesafesi 5 olan bir yüzey koduna geçiş yapıldı. Renk kodu ve yüzey kodu, kuantum bilgisindeki hataları tespit edip düzeltmek için kullanılan iki farklı yaklaşım olarak biliniyor.
Bu aktarımın gerçek bir kuantum işlemci üzerinde gösterilmesi, gelecekte farklı hata düzeltme yöntemlerini birlikte kullanabilecek sistemler açısından önemli görülüyor. Ancak geçiş sırasında ek hataların ortaya çıkması, yöntemin pratik kullanım için hâlâ geliştirilmesi gerektiğine işaret ediyor.
Google’ın sonucu, “magic state cultivation” yaklaşımının yalnızca teorik düzeyde kalmadığını ve kuantum donanımı üzerinde uygulanabildiğini ortaya koyuyor. Buna karşın yöntemin gerçek ölçekli kuantum bilgisayarlarda kullanılabilmesi için çok daha büyük sistemlerde de benzer başarıyı gösterebilmesi gerekiyor.
Haber Kaynağı : 12punto
