Avustralyalı araştırmacılar, neredeyse hatasız kuantum hesaplamanın mümkün olduğunu kanıtlayarak, mevcut yarı iletken üretim teknolojisiyle uyumlu silikon tabanlı kuantum cihazları oluşturmanın yolunu açtı.

Çalışmayı yöneten UNSW'den Profesör Andrea Morello, "Bugün Nature'da yayınlanan yayın, operasyonlarımızın yüzde 99 hatasız olduğunu gösteriyor. Hatalar çok nadir olduğunda, onları tespit etmek ve oluştuklarında düzeltmek mümkün hale geliyor. Bu, anlamlı hesaplamaları işlemek için yeterli ölçeğe ve yeterli güce sahip kuantum bilgisayarları inşa etmenin mümkün olduğunu gösteriyor" " diyor.

Bu araştırma parçası, bizi oraya götürecek yolculukta önemli bir kilometre taşıdır” diyor Prof. Morello.

Morello'nun makalesi, bugün Nature'da yayınlanan ve silikonda sağlam, güvenilir kuantum hesaplamanın artık bir gerçeklik olduğunu bağımsız olarak doğrulayan üç makaleden biridir. Bu atılım derginin ön kapağında yer alıyor.

• Morello ve arkadaşları, iyon implantasyonu yoluyla silikona eklenen bir elektron ve iki fosfor atomu içeren üç kübitlik bir sistemle yüzde 99,95'e varan 1-kübit işlem doğruluğu ve yüzde 99,37'lik 2 kübitlik doğruluk elde etti.
• Hollanda'da Lieven Vandersypen liderliğindeki bir Delft ekibi , silikon ve silikon-germanyum alaşımından (Si/SiGe) oluşan kuantum noktalarında elektron dönüşlerini kullanarak yüzde 99.87 1-qubit ve yüzde 99.65 2-qubit aslına uygunluk elde etti.
• Japonya'da Seigo Tarucha liderliğindeki bir RIKEN ekibi benzer şekilde Si/SiGe kuantum noktalarını kullanan iki elektronlu bir sistemde yüzde 99.84 1-qubit ve yüzde 99.51 2-qubit aslına uygunluk elde etti.

UNSW ve Delft ekipleri , ABD'deki Sandia Ulusal Laboratuvarlarında geliştirilen ve araştırma topluluğuna açık bir şekilde sunulan kapı seti tomografisi adı verilen karmaşık bir yöntem kullanarak kuantum işlemcilerinin performansını sertifikalandırdı .

Morello daha önce, nükleer spinlerin çevrelerinden aşırı izolasyonu nedeniyle kuantum bilgisini silikonda 35 saniye koruyabildiğini göstermişti.

Prof. Morello, "Kuantum dünyasında 35 saniye bir sonsuzluktur. Bir karşılaştırma yapmak gerekirse, ünlü Google ve IBM süper iletken kuantum bilgisayarlarında ömür yaklaşık yüz mikrosaniyedir; neredeyse bir milyon kat daha kısa" diyor. 

Ancak takas, kübitleri izole etmenin, gerçek hesaplamaları gerçekleştirmek için gerektiği gibi birbirleriyle etkileşime girmelerini görünüşte imkansız hale getirmesiydi.

NÜKLEER SPİNLER DOĞRU BİR ŞEKİLDE ETKİLEŞİM KURMAYI ÖĞRENİR

Bugünkü makale, ekibinin iki fosfor atomu çekirdeğini kapsayan bir elektron kullanarak bu sorunun üstesinden nasıl geldiğini anlatıyor.

Baş deneysel yazarlardan biri olan Dr. Mateusz Mądzik, "Aynı elektrona bağlı iki çekirdeğiniz varsa, onları bir kuantum işlemi yaptırabilirsiniz. Siz elektronu çalıştırmazken, bu çekirdekler kuantum bilgilerini güvenli bir şekilde saklar. Ama şimdi, herhangi bir hesaplama problemine uyarlanabilecek evrensel kuantum işlemlerini gerçekleştirmek için elektron aracılığıyla birbirleriyle konuşmalarını sağlama seçeneğiniz var" diyor.

Başka bir baş deneysel yazar olan Dr. Serwan Asaad, "Bu gerçekten bir kilit açma teknolojisidir" ve ekliyor: "Nükleer dönüşler çekirdek kuantum işlemcisidir. Onları elektronla karıştırırsanız, elektron daha sonra başka bir yere taşınabilir ve daha uzaktaki diğer kübit çekirdekleriyle karışabilir, bu da sağlam ve güçlü olabilen büyük kübit dizileri yapmanın yolunu açar.

Melbourne Üniversitesi'nde araştırma lideri olan David Jamieson şunları ekliyor: "Fosfor atomları silikon çipte iyon implantasyonu kullanılarak tanıtıldı, bu yöntem mevcut tüm silikon bilgisayar çiplerinde kullanılan yöntemin aynısı. Bu, bizim kuantum atılımımızın daha geniş yarı iletkenle uyumlu olmasını sağlıyor."

Mevcut tüm bilgisayarlar bir tür hata düzeltme ve veri fazlalığı uygular, ancak kuantum fiziği yasaları, düzeltmenin kuantum bilgisayarda nasıl gerçekleştiği konusunda ciddi kısıtlamalar getirir. Prof. Morello şöyle açıklıyor: "Kuantum hata düzeltme protokollerini uygulamak için genellikle yüzde 1'in altında hata oranlarına ihtiyacınız var. Şimdi bu hedefe ulaştıktan sonra, yararlı hesaplamalar için güvenilir bir şekilde ölçeklenen ve çalışan silikon kuantum işlemcileri tasarlamaya başlayabiliriz.