Kuantum bilgisayarların önündeki bir büyük engel daha kalkıyor

Princeton Üniversitesi bilim insanları, kuantum hesaplama alanında büyük bir atılım gerçekleştirdiklerini duyurdu. Geliştirdikleri yeni kuantum biti, yani kübit, kritik bilgiyi 1 milisaniyeden daha uzun bir süre boyunca stabil tutabiliyor. Bu süre, laboratuvar ortamında şimdiye kadar elde edilen en iyi kübit ömrünün üç katına ve endüstrideki büyük ölçekli işlemcilerde bulunan kübit ömrünün ise neredeyse 15 katına denk geliyor. Bu nedenle kuantum teknolojisinin geleceği için hayati bir ilerleme olarak kabul edilebilir.

Sıradan bilgisayar bitleri, bilgiyi basitçe 0 veya 1 olmak üzere iki durumda işler. Kuantum bitlerinin devrimci gücü ise, hem 1 hem de 0 durumlarının aynı anda üst üste gelme yeteneğinde yatar. Bu kuantum özelliği, meşhur 'kuantum kedisi' deneyinde olduğu gibi, kübitin aynı anda hem “açık” hem de “kapalı” olabilmesini sağlar. Bu yetenek, inanılmaz bir işlem gücünün kilidini açar ve kuantum bilgisayarları, en gelişmiş süper bilgisayarların bile çözemediği karmaşık problemleri çözebilecek bilişimin bir sonraki devrimi olarak görülüyor.

Peki, tüm bu devrim niteliğindeki potansiyele rağmen, neden henüz kullanışlı kuantum bilgisayarlarına sahip değiliz? Buradaki temel sorun, kübitlerin aşırı kırılgan olması. Çevrelerindeki en küçük etkileşim bile kübiti kararsız hale getirir ve taşıdığı bilginin kaybolmasına (koherans kaybına) neden olur. Bu kararlılığı korumak için kübitler genellikle mutlak sıfıra yakın çok düşük sıcaklıklarda tutulmak zorundadır.

Bu bağlamda, bir milisaniyenin kısa görünmesine rağmen, kararlılık süresindeki bu üç kat artış, devasa bir sıçramayı ifade ediyor.

Tantal ve silikon ile seri üretime uygun tasarım

Princeton ekibinin başarısı sadece süreden ibaret değil. Araştırmacılar, bu uzun ömürlü kübite dayalı, tam işlevli bir tantal-silikon süperiletken kuantum çipi inşa etmeyi başardı ve en önemlisi, bu tasarımın seri üretime kolayca uyarlanabilir olması.

Princeton Kuantum Girişimi eş direktörü ve araştırmanın başındaki isimlerden Nathalie de Leon, yaptığı açıklamada “Elde ettiğimiz sonuçlar gerçekten de teknolojinin ulaştığı son noktayı zorluyor” dedi. Eş baş araştırmacı Andrew Houck ise, “Bugün kullanışlı kuantum bilgisayarlarına sahip olmamızı engelleyen asıl zorluk, bir kübit inşa ettiğinizde bilginin yeterince uzun süre kalıcı olmamasıdır. Bu, ileriye doğru atılan bir sonraki büyük adım” sözleriyle gelişmenin önemini vurguladı.

Bu çalışmada, çok sert bir geçiş metali olan tantalın kullanımı kritik rol oynadı. Tantal, korozyona karşı son derece dayanıklı ve kübitin kararsızlığına yol açan kusurları gidermek için gereken zorlu temizleme işlemlerine dayanabiliyor. Yeni makalenin ortak başyazarı Faranak Bahrami, “Tantal’ı aside koyabilirsiniz ve özellikleri yine de değişmez” diyerek malzemenin dayanıklılığını örneklendirdi.

Başlangıçta tantal, pahalı ve nadir bir malzeme olan safir bir alt tabaka üzerinde duruyordu. Ancak tantalın gelişmiş performansı o kadar iyiydi ki, asıl sorun alt tabakada ortaya çıktı. Ekip, bunun üzerine alt tabakayı silikona geçirdi. Silikon; ucuz, yaygın ve yüksek miktarlarda üretilen bir malzeme olduğu için, bu tercih yeni kübitin üretiminin ölçeklendirilmesini büyük ölçüde kolaylaştırıyor.

Kuantum bilgisayarların gerçek potansiyellerini ortaya çıkarabilmeleri için bir milyon kübitin birlikte çalışması gerekecek. Şu anda bilim insanları 100'den az kübitle çalışıyor. Bu nedenle, hem kararlı hem de kolayca ölçeklenebilir bir kübitin geliştirilmesi, geleceğin kuantum teknolojisi için atılmış en büyük adımlardan biri olarak görülüyor.

Çalışma, Nature dergisinde yayımlanarak bilim dünyasına duyuruldu.