Kuantum Bilgisayarlar İçin Yeni Bir Umut: Yapay Evrenler

Kuantum bilgisayarlar dünyasında işler karışık. Şimdi anlatayım.

Sorun ne? Kuantum bilgisayarlar inanılmaz hassas. En ufak etkide tüm hesaplama çöküyor. Bilim insanları bu sorunu aşmak için bilgiyi çok sayıda kubit (normal bilgisayar bitlerinin kuantum versiyonu) arasında yayıyorlar. Bir nevi koruyucu kalkan gibi düşün. Hata oranı düşüyor ama yeni bir sıkıntı beliriyor.

Korunan bu bilgiyle gerçek bir işlem yapmak istediğinde duvara tosluyorsun. "Magic state distillation" denilen pahalı ve kaynak tüketen bir adım var. Bu adım, hesaplama için gereken özel kaynakları hazırlamaya çalışıyor ve kuantum bilgisayarın gücünün büyük kısmını yiyor. Her iş yaptırmak istediğinde geçmen gereken pahalı bir gişe gibi düşün.

Çözüm Ne?

Chicago Üniversitesi, Harvard, Stony Brook ve Quantinuum'dan bir ekip Nature'da yayınladıkları araştırmada farklı bir yol bulduklarını gösterdi. Pahalı magic state'lere bağlı kalmak yerine, non-Abelian anyonlar adı verilen şeylerle aynı işi çok daha verimli yapmanın yolunu bulmuşlar.

İşin ilginç kısmı şu: Bu anyonlar doğada karşına çıkan parçacıklar değil. Bilim insanları tonla kubiti dolaştırarak özel bir kolektif durum oluşturuyor. Ortaya çıkan şey, kendi tuhaf kuralları olan yepyeni bir parçacık gibi davranan bir şey.

Harvard'dan Ruben Verresen (araştırmanın yazarlarından biri) konuyu çok güzel özetliyor: "Bu kodları düşündüğümde, küçük evrenler yarattıklarını görüyorum. Alternatif evrenler, ama kendi evrenimizin bazı özelliklerini yansıtanlar."

Yani kuantum devrelerinin içinde literal olarak yeni evrenler oluşturuyoruz. Biraz ürpertici, biraz muhteşem.

Neden Daha Önce Çalışmadı?

Ekip geçen yıl benzer bir yaklaşım denemiş. D4 simetrisi kullanmışlar (bir kareyi değişmeden bırakan döndürme ve çevirme hareketleri). Anyonları başarıyla oluşturmuşlar, hatta hareket ettirmeyi de ("braiding" denilen işlem) başarmışlar. Ama yakaladıkları şey yetmemiş. Oluşturdukları kuantum evreni her türlü hesaplamayı yapabilecek kadar güçlü değilmiş.

Yeni çalışmada ise S3 simetrisine geçmişler (eşkenar üçgeni değişmeden bırakan hareketler). Braiding'in yanına fusion eklemişler. Fusion, iki anyonu bir araya getirip ortaya ne çıktığını ölçme işlemi. İkisini birleştirince aradıkları gücü bulmuşlar.

Neden Önemli?

Ekip, sistemlerinin "evrensel kapı seti" (universal gate set) oluşturduğunu göstermiş. Bilim dilinde bu, sistemlerinin teoride her türlü kuantum hesaplamayı yapabileceği anlamına geliyor. Bu yapay parçacıkları doğru sırayla hareket ettir, istediğini hesapla.

Asıl umut verici olan şey bu yaklaşımın fault-tolerant (hataya dayanıklı) kuantum bilgisayarları çok daha uygulanabilir hale getirebileceği. Pahalı magic state hazırlığına gerek kalmayacak. Quantinuum'dan Henrik Dreyer'in dediği gibi, non-Abelian kodlar kuantum hata düzeltme yarışında bir "dark horse" — yani kimsenin beklenmediği ama herkesi şaşırtabilecek bir yaklaşım.

Pratik uygulamalar muhtemelen yıllar sonra gelecek. Ama bu, gelecek yolu değiştirebilecek araştırma atılımlarından biri gibi duruyor. Bazen en iyi çözümler en beklenmedik olanlardan çıkıyor. Bazen gerçekten kendi küçük evrenini yaratman gerekiyor.

Kaynak: ScienceDaily