IBM 100-Qubit Çip ile Kendi-Düzelten Quantum Bilgisayarlarında Önemli İlerleme Kaydediyor.

Araştırmacılar, bir quantum bilgisayarın hesaplamalar sürerken qubit‘lerini tekrar tekrar ölçüp sıfırlayabildiğini ve böylece işlemci içindeki kaotik davranışı sınıflandırabildiğini gösterdi. Deneyde 100’e kadar qubit kullanıldı ve daha güvenilir makineler geliştirmek için kritik bir teknikle ilgili kanıt sunuldu.

Rutgers Üniversitesi, IBM ve birkaç işbirliği kurumu bilim insanından oluşan ekip, bulgularını Nature Physics dergisinde yayımladı. Çalışma, kaotik ile kontrollü quantum davranışı arasında keskin bir geçiş olduğunu da ortaya koydu.

Qubit’leri sıfırlayarak düzeni geri getirmek

Quantum bilgisayarlar bilgiyi klasik makinelerden farklı şekilde işler. Qubit’leri durumların süperpozisyonunu işgal edebilir ve bu da onlara klasik bitlerin doğrudan kopyalayamadığı yetenekler kazandırır. Ancak bu hassas durumlar ortam etkileşimleri ve donanım kusurları nedeniyle bozulabilir.

Hesaplamalar sırasında hatalar birikebilir ve sonunda sonuçları güvenilir olmaktan çıkarmak. Araştırmacıların, hesaplamalar sürerken bu hataları tespit edip düzeltebilen sistemler geliştirmesi gerekir. Bu yaklaşım quantum hata düzeltmesi olarak bilinir ve dayanıklı (fault-tolerant) quantum hesaplamanın temelini oluşturur.

Ekip yaklaşımını 156 qubit’li bir IBM Quantum Heron işlemcisi üzerinde test etti. Araştırmacılar deney için içine 100’e kadar qubit alan bağlı bir zincir seçti.

İki rekabetçi süreç arasında gidip geldiler. Biri bilgiyi komşu qubit’ler arasında karıştırıp sistemi kaosa sürüklerken, diğeri bireysel qubit’leri tekrar tekrar ölçüp önceden belirlenmiş bir duruma doğru sıfırladı.

Deney neredeyse 5.000 iki-qubit operasyonu ve neredeyse 5.000 ölçüm-sıfırlama döngüsünü içerdi. Bu araştırmacılara tekrar müdahalelerin karıştırma sürecini nasıl etkileyebileceğini inceleme imkanı verdi.

Kaosdan keskin geçiş

Araştırmacılar hangi davranışın baskın olduğunu belirlemek için her sürecin ne sıklıkla gerçekleştiğini ayarladı. Karıştırma daha sık olduğunda sistem kaotik kaldı. Daha sık ölçüm ve sıfırlama ise onu düzenli, kontrollü bir duruma doğru itti.

En dikkat çekici değişim iki süreç arasında yaklaşık %50 dengeye yakın meydana geldi. İki sürecin göreli sıklığındaki küçük bir ayarlama sistem çapında dramatik bir geçişi tetikleyebilir.

Fizikçiler bu olguya faz geçişi derler. Bir sistemin davranışındaki kolektif değişimi tanımlar ve suyun donup buz haline gelmesine benzetilir.

Rastlantısal müdahalelerin aksi takdirde öngörülemez olan davranışı baskılayabileceğini açıkladı. Araştırmacılar ayrıca geçişin, hayatta kalması belirsiz kalan bir quantum sisteminde de sürdüğünü buldu.

Justin Wilson, Louisiana State Üniversitesi Fizik Doçenti ve çalışma ortaklarından

Bulgular teoretik tahminlerle uyumluydu. Geçiş araştırmacılar daha büyük sistemleri incelerken daha net tanımlanıyor; bu da etkinin küçük deney devrelerinin ötesine geçtiğini gösteriyor.

Dayanlı quantum hesaplama yönünde

Gerçek zamanlı geri bildirim, gelecek quantum işlemcilerinin uzun hesaplamalar boyunca hataları yönetmesine yardımcı olabilir. Dayanıklı bir makine tek bir düzeltme yapmak yerine bu operasyonları bilgiyi yok etmeden çok kez tekrarlamak zorundadır.

IBM araştırmacısı Maika Takita, deneyin quantum operasyonlarını, ölçümleri ve sıfırlamaları büyük bir sistem üzerinde binlerce kez koordine ettiğini söyledi. Bu yeteneği pratik hata düzeltmesine doğru önemli bir adım olarak nitelendirdi.

Ekip ayrıca klasik bilgisayarlarla simüle edebileceğinden daha büyük sistemleri de test etti. Bu karşılaştırma teoretik açıklamaya dair güveni pekiştirdi.

New York Şehir Koleji, Iowa Devlet Üniversitesi, Penn State ve diğer kurumlardan araştırmacılar da çalışmaya katkıda bulundu.

Gösterim tamamen dayanıklı bir quantum bilgisayarı kurmuyor. Ancak mevcut donanımın operasyonlar sürerken sistemde çok kez müdahale edebileceğini göstererek ölçeklenebilir quantum hesaplamayı merkezî bir mühendislik hedefine yaklaştırıyor.