Kuantum bilgisayarlar LEGO gibi inşa edilecek

Kuantum bilgisayarlar, kuantum mekaniği prensiplerine dayalı hesaplamalar gerçekleştirebilir ve bazı optimizasyon ve işleme görevlerinde klasik bilgisayarlardan daha iyi performans göstermeleri beklenir.

Fizikçiler ve mühendisler son onyıllarda çeşitli kuantum hesaplama sistemleri göstermiş olsalar da, bu sistemlerin pratik sorunları çözerken hesaplama sırasında ortaya çıkan hataları düzeltebilecek şekilde güvenilir bir şekilde ölçeklendirilmesi şimdiye kadar bir zorluk olmuştur.

Việc liên kết các qubit bên trong máy tính lượng tử vẫn là một vấn đề. — Kuantum bilgisayarların içindeki kübitleri birbirine bağlamak hala bir sorun.

Tek ve birleşik bir cihaz olarak bir kuantum bilgisayarı inşa etmek son derece zor olmuştur. Bu makineler, kuantum bilgisinin temel birimleri olan milyonlarca kübiti işlemeye dayanır, ancak bu kadar büyük bir sayıyı tek bir sistemde bir araya getirmek büyük bir zorluktur.

Tıpkı küçük LEGO bloklarının bir araya gelerek daha büyük ve karmaşık tasarımlar oluşturması gibi, araştırmacılar da daha küçük ve daha kaliteli modüller inşa edip bunları birbirine bağlayarak eksiksiz bir kuantum sistemi oluşturabilirler.

Illinois Üniversitesi Urbana-Champaign'deki araştırmacılar, süperiletken kuantum işlemcilerinin hata toleranslı, ölçeklenebilir ve yeniden yapılandırılabilir ölçeklendirilmesini sağlayan yeni bir modüler kuantum mimarisini tanıttı. Hata toleranslı ölçeklendirme, kuantum etkilerinin ve uzun vadeli kuantum hesaplamaları için gerekli koşulların korunması açısından hayati önem taşımaktadır.

Bağlantı kablosu protokolü, kübit bloklarını LEGO parçaları gibi birbirine bağlıyor.

Nature Electronics dergisinde yayımlanan makalede sundukları önerdikleri sistem, bağımsız olarak çalışabilen ve diğer modüllere ara bağlantılar aracılığıyla bağlanan ve daha büyük bir kuantum ağı oluşturan birkaç modülden (yani süperiletken kübit aygıtlarından) oluşuyor.

Basitçe söylemek gerekirse, bu bağlantılarla sistemdeki her kübitin, tıpkı normal bir bilgisayara çevresel aygıtlar eklediğimiz gibi, yalnızca "tak ve çalıştır" özelliğine sahip olması yeterli olacaktır. Bu tür bir ara bağlantı kablosu, sistemin hesaplama hatasını %1'in altına düşürme etkisine de sahiptir.

Çalışmanın ortak yazarı Wolfgang Pfaff, "Bu araştırmanın başlangıç noktası, süperiletken kuantum hesaplama alanında işlemciyi birden fazla bağımsız cihaza bölmemiz gerektiği yönündeki mevcut anlayıştı; bu yaklaşıma 'modüler kuantum hesaplama' diyoruz" diye açıklıyor.

Son yıllarda bu yaygın bir inanış haline geldi ve IBM gibi şirketler bile bunu benimsiyor. Bu araştırma, modüler yaklaşıma mühendislik dostu bir bağlantı sağlayabilir.

Pfaff ve meslektaşları, kuantum cihazları arasında kuantum bilgisi aktarımı sırasında sinyal bozulmasını veya güç kaybını en aza indirerek kuantum cihazlarını birbirine bağlamak için bir strateji geliştiriyorlar. Ayrıca, cihazları kolayca bağlayabilmek, bağlantısını kesebilmek ve yeniden yapılandırabilmek istiyorlar.

Pfaff, "Basitçe ifade etmek gerekirse, yöntemimiz, veri yolu rezonatörü adı verilen yüksek kaliteli süper iletken bir koaksiyel kablo kullanmayı içeriyor" diye açıklıyor.

Kapasitif bir kübiti özel bir konnektör aracılığıyla bir kabloya bağlarlar, kabloyu kübite çok yakın (mm'nin altında hassasiyet) yerleştirirler ve daha sonra aynı kabloya bağlıysa birden fazla kübiti bağlarlar.

Araştırmacıların modüler kuantum ağları oluşturmaya yönelik yeni yaklaşımı, kuantum sistemlerini ölçeklendirmeye yönelik önceki yaklaşımlara kıyasla önemli avantajlara sahip.

İlk testlerde, bu yöntemin süperiletken tabanlı kuantum aygıtlarını güvenli bir şekilde bağlamalarına ve daha sonra kuantum kapılarında önemli bir sinyal kaybına neden olmadan, onlara zarar vermeden ayırmalarına olanak sağladığını buldular.

Pfaff, "Yaklaşımımızla, sıfırdan yeniden yapılandırılabilir kuantum sistemleri inşa etme fırsatına sahip olduğumuzu düşünüyorum. Örneğin, zamanla kuantum cihazları ağına daha fazla işlemci modülü 'takma' seçeneğine sahibiz." diye ekledi.

"Şu anda, ağımızı daha büyük hale getirerek bağlı eleman sayısını artırıp artıramayacağımızı görmek için bir tasarım üzerinde çalışıyoruz. Ayrıca, sistemdeki kayıpları nasıl daha iyi telafi edebileceğimizi ve mimariyi kuantum hata düzeltmesiyle nasıl uyumlu hale getirebileceğimizi araştırıyoruz."