Bilgisayar

Entegre Kuantum Çip İşlemleri Mümkün

İlaç tasarımı veya makine öğrenimi gibi karmaşık problemleri çözebilen kuantum bilgisayarlar; entegre bir şekilde bağlanmış ve kırılgan kuantum sistemlerinde kaçınılmaz olarak meydana gelen hataları düzeltmek için tasarlanmış milyonlarca kuantum biti (veya qubit) gerektirecektir.

Şimdi, bir Avustralya araştırma ekibi, bu yeteneklerin bir silikon çip üzerinde çok önemli bir kombinasyonunu deneysel olarak gerçekleştirdi. Böylece evrensel bir kuantum bilgisayarın hayalini gerçeğe yaklaştırdı.

Kuantum hata düzeltmesi için hayati öneme sahip olan hem tek-spin adreslenebilirliği (komşularını rahatsız etmeden tek bir spin qubit hakkında bilgi yazabilme yeteneği) hem de bir qubit ‘okuma-çıkışı’ sürecini birleştiren entegre bir silikon qubit platformu sergilemişlerdir. 

Ayrıca, yeni entegre tasarımları mevcut bilgisayar endüstrisinde kullanılan sağlam bir teknoloji kullanılarak üretilebilir.

Ekip, Sydney’deki New South Wales Üniversitesi’nden Scientia Profesörü Andrew Dzurak tarafından yürütülmekte olup, Quantum Hesaplama ve İletişim Teknolojisi (CQC2T) için Perfection Center’da ve Avustralya Ulusal Üretim Tesisi’nin NSW düğümü Direktörü’nde bir program lideridir.

Geçen yıl, Dzurak ve meslektaşları, tüm modern bilgisayar çiplerinin temeli olan silikon CMOS (tamamlayıcı metal oksit-yarı iletken) bileşenleri kullanılarak kuantum hesaplamalarının gerçekleştirilebilmesini sağlayan yeni bir çip mimarisi tasarımı yayınladılar.

Nature Communications Dergisi’nde yayınlanan yeni çalışmasında, ekip ilk kez iki temel kuantum tekniğini bir araya getirerek yaklaşımlarının vaatlerini doğruladı.

Dzurak’ın ekibi daha önce entegre bir silikon qubit platformunun tek-spin adreslenebilirlikle çalışabildiğini gösterdi. 

Şimdi, bunları, büyük spin-tabanlı kuantum bilgisayarlarda doğruluğu sağlamak için gerekli olacak kodları düzelten önemli bir gereklilik olan Pauli Spin Blokajı olarak bilinen özel bir kuantum okuma işlemi ile birleştirebildiklerini gösterdiler. Bu yeni qubit okuma ve kontrol teknikleri kombinasyonu kuantum çip tasarımının merkezi bir özelliğidir.

Dzurak, “Silikon qubit cihazımızda Pauli spin okumasını yapabildiğimizi gösterdik. Ama, spin’i kontrol etmek için spin rezonansı ile birleştirmemiz bir ilkti. Bu, evrensel kuantum bilgisayarları için gerekli olacak olan spin qubit’leriyle kuantum hata düzeltme gerçekleştirme yolunda bizim için önemli bir kilometre taşıdır.”

Çalışmanın baş yazarı Michael Fogarty: “Kuantum hata düzeltme, büyük ölçekli yararlı kuantum hesaplamanın oluşturulmasında önemli bir gerekliliktir. Çünkü tüm qubit’ler kırılgandır ve bunları kırparak hataları düzeltmeniz gerekir. Ancak bu, sistemi çalıştırabilmek için ihtiyaç duyduğunuz fiziksel ritimlerin sayısında önemli bir yük oluşturur.”

Dzurak: “Silikon CMOS teknolojisini kullanarak, ihtiyacımız olan milyonlarca qubit’i ölçeklemek için ideal bir platformumuz var. Sonuçlarımız bize, yakın gelecekte spin qubit hata düzeltmesi elde etme araçları sağlıyor. Bu da doğru yolda olduğumuza dair bir başka kanıt… Ayrıca, UNSW’de geliştirdiğimiz mimarinin, şimdiye kadar, çalışan bir kuantum bilgisayar çipinin geliştirilmesine engel teşkil etmediğini de gösteriyor. Dahası, iyi kurulmuş sanayi süreçleri ve bileşenleri kullanılarak üretilebilen bir şey.”

CQC2T’nin Silikon Kullanan Benzersiz Yaklaşımı

Silikonla çalışmak sadece  ucuz ve bol olduğu için değil; küresel bilgisayar endüstrisinde neredeyse 60 yıldır kullanıldğı için önemlidir. Bu yüzden silikonun özellikleri iyi anlaşılmıştır. Milyarlarca konvansiyonel transistörü içeren talaşlar; büyük üretim tesislerinde rutin olarak üretilmektedir.

Üç yıl önce, Dzurak’ın ekibi Nature dergisinde, bir kuantum bilgisayarının merkezi yapı taşı olan iki-qubit mantık kapısının yaratılmasıyla gerçek bir silikon cihazda kuantum mantık hesaplamalarının ilk kanıtını yayınladı.

UNSW Mühendislik Fakültesi Dekanı Profesör Mark Hoffman: “Bunlar, ilk radikal kuantum bilgi işlem konseptini, tüm modern hesaplamanın temelini oluşturan bileşenleri kullanarak, pratik bir cihaza dönüştürmenin ilk göstergeleriydi. Laboratuvarda bu tasarımın unsurlarını çok olumlu sonuçlarla test ettik. Sadece bunun üzerinde durmaya devam etmeliyiz. Ki bu hala zorlu bir mücadeledir. Ancak temel çalışma var ve bu çok cesaret verici. Hala kuantum hesaplamayı ticari gerçekliğe getirmek için büyük bir mühendislik gerekecek. Fakat CQC2T’deki bu olağanüstü ekipten gördüğümüz iş, Avustralya’yı sürücü koltuğuna yerleştiriyor.”

Araştırmanın diğer yazarları, UNSW araştırmacıları Kok Wai Chan, Bas Hensen, Wister Huang, Tuomo Tanttu, Henry Yang, Arne Laucht, Fay Hudson ve Andrea Morello’nun yanı sıra QuTech’ten Menno Veldhorst ve Td Delft, Thaddeus Ladd’dir. Ayrıca Japonya Keio Üniversitesi’nden HRL Laboratuvarları ve Kohei Itoh.

CQC2T’nin Fikri Mülkiyetinin Ticarileştirilmesi

2017’de Avustralya hükümetleri, endüstri ve üniversitelerden oluşan bir konsorsiyum, CQC2T’nin dünya lideri entelektüel mülkiyetini ticarileştirmek için Avustralya’nın ilk kuantum bilgisayar şirketini kurdu. UNSW’deki yeni laboratuvarların işletilmesi, Silikon Quantum Computing Pty Ltd (SQC), silikon bazlı bir kuantum bilgisayar yaratmanın öncüsü olarak 2022’de silikon 10-vuruşluk bir gösterim cihazı üretme hedefine sahiptir.

Dzurak ve ekibinin çalışması, SQC’nin bir parçası olacak. CQC2T’deki UNSW bilim insanları ve mühendisleri, tek atom ve kuantum nokta vuruşlarını kullanarak paralel patentli yaklaşımlar geliştirmektedir.

Mayıs 2018’de, o zamanlar Avustralya Başbakanı Malcolm Turnbull ve Fransa Cumhurbaşkanı Emmanuel Macron, SQC ve dünya lideri Fransız araştırma ve geliştirme örgütü arasında yeni bir işbirliğine değinen bir Mutabakat Anlaşması’nın imzalandığını duyurdu. (Commissariat à l’Energie Atomique et aux Energies Alternatives (CEA).)

MoU, teknolojik gelişmeyi hızlandırmak ve odaklamak ve ticarileştirme fırsatlarını yakalamak için silikon-CMOS kuantum hesaplama teknolojisinde bir ortak girişim kurma planlarını açıkladı. Bir Kuantum bilgisayarı geliştirmek için Fransız ve Avustralyalı çabaları bir araya getirdi.

Önerilen Avustralya-Fransız ortak girişimi, DZSZ’nin UNSW’de yer alan ekibini, ileri CMOS üretim teknolojisinde uzman olan ve son zamanlarda endüstriyel olarak kullanılan bir silikon tahlilini gösteren CEA’dan Dr. Maud Vinet’in liderliğindeki bir ekiple bir araya getirecek. 

Avustralya’nın mevcut ekonomisinin yaklaşık % 40’ını oluşturan endüstrilerin kuantum hesaplama yoluyla önemli ölçüde etkilenebileceği tahmin edilmektedir.

Muhtemel uygulamalar arasında yazılım tasarımı, makine öğrenimi, programlama ve lojistik planlama, finansal analiz, borsa modellemesi, yazılım ve donanım doğrulaması, iklim modellemesi, hızlı ilaç tasarımı ve testi ve erken hastalık tespiti ve önleme yer almaktadır.

Kaynak:
sciencedaily
Etiketler
1 Oy2 Oy3 Oy4 Oy5 Oy (1 oy verildi, Ortalama: 5 üzerinden 5,00 oy )
Loading...

Benzer Makaleler

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Close