Mantık geçitlerinde hata tespiti, kuantum bilgisayarlarda daha fazla iyileştirmeyi sağlıyor.
Sidney Üniversitesi‘ndeki bilim insanları ilk kez, bu tür makinelerin mantık kapılardaki hataları tespit etmek ve silmek için tasarlanan kodları kullanarak, kuantum bilgisayarlarda iyileşme gösterdiler.Kuantum mantık geçitleri; az sayıda kuantum bitinin (kubitlerin) dolaşmış ağları tarafından oluşturulur. Bunlar kuantum bilgisayarların algoritmaları veya tarifleri çalıştırmalarına, bilgiyi işlemesine ve hesaplamaları yapmasına izin veren anahtarlardır.
Harper ve meslektaşı Sydney Nano Enstitüsü Fizik Okulu’ndan Profesör Steven Flammia; hata tespit kodlarını test etmek için IBM’in kuantum bilgisayarını kullandı. Tamamen işleyen kuantum bilgisayarlarının temelini oluşturacak anahtarların, yanılma paylarının azaltılmasında veya kuantum mantık geçitlerinde hata oranlarının azaltılmasında büyük bir gelişme olduğunu gösterdiler.
IBM Q Teorik Bilim İnsanı Dr. Jay Gambetta: “Bu makale, bilim insanlarının kamuya açık bulut sistemlerinin temel sorunları araştırmak için nasıl kullanabileceğinin harika bir örneği. Burada Harper ve Flammia, hata toleransı fikirlerinin olabileceğini gösteriyor. Bugün inşa ettiğimiz ve halihazırda dağıttığımız gerçek cihazları da araştırdık.”
Kuantum teknolojileri hala başlangıç aşamasındadır, ancak en büyük ve en hızlı süper bilgisayarların kapasitesinin ötesinde olduğu düşünülen hesaplamaları yaparak, 21. yüzyılda bilgisayarlarda devrim yapmayı vaat ediyor.
Bunu kuantum kullanarak, bilgiyi işlemelerini sağlayan kuantum ölçeğinde olağandışı özellikleriyle yapacaklar. Bunlar, kuantum nesnelerinin; süperpozisyon olarak bilinen, belirsiz bir durumda var olabileceği ve geleneksel bilgisayarlarda görülmeyen davranışı tanımlayan, bir fenomen olan ‘dolaşıklığı’ hesaplama öğeleridir.Elektronik ‘gürültü’ bu durumları kolayca bozar ve hızlı bir şekilde kuantum hesaplamalarında hatalar üreterek, kullanışlı makinelerin geliştirilmesini çok zorlaştırır.
Harper: “Mevcut cihazlar çok küçük olma eğiliminde ve kubitler arasında sınırlı bir bağlantı vardır. Ayrıca anlamlı hesaplamalar yapmak için çok fazla ‘gürültülüdür.’ Ancak, kuantum kodlarını kullanarak; hataları tespit etmek ve potansiyel olarak düzeltmek gibi temel kavramların ispatı için test odaları gibi hareket etmek yeterlidir.”
Dizüstü bilgisayarlardaki veya cep telefonundaki klasik anahtarlar; uzun yıllar boyunca hatasız çalışabilse de, bu aşamada kuantum anahtarlar, sadece bir saniyenin kesirlerinden sonra bozulmaya başlar.
Pawsey Madalyası alan Avustralya Bilim Akademisi Profesör Flammia:“Bunu incelemenin diğer bir yolu da, entropi kavramından geçiyor. Tüm sistemler bozulma eğilimindedir. Geleneksel bilgisayarlarda; sistemler kolayca yenilenir. DRAM* ve diğer yöntemler kullanılarak sıfırlanır, entropiyi etkin bir şekilde sistemden dışarı atarak, sipariş edilen hesaplamaya izin verir.Kuantum sistemlerinde, entropi ile mücadele etmek için etkili sıfırlama yöntemleri; mühendisliği yapmaktan daha zor. Kullandığımız kodlar, bu entropiyi sistemden atmanın bir yoludur.”
IBM‘in kuantum aygıtındaki hataları saptamak ve silmek için kodlar kullanan Dr. Harper ve Profesör Flammia, hata oranlarının yüzde 5,8’den yüzde 0,60’a düştüğünü belirtiyor. Bu yüzden, 20 kuantum geçitten birinin başarısız olması yerine; 200’de sadece biri; bir büyüklük iyileştirme sırasında başarısız oluyor.
Harper: “Bu, kuantum sistemlerinde anlamlı cihazlara ölçeklendirme yapabilmeleri için hata toleransı geliştirmek amacıyla atılmış önemli bir adımdır.”
ARC Centre of Excellence for Engineered Quantum Systems‘da araştırmacı fizikçiler, bunun; çiftler üzerinde hataya dayanıklı kapıların bir kanıtı olduğunu vurguladı.
Harper: “Kuantum topluluğunun hataya dayanıklı bilgisayarları gösterebilmesi için daha da uzun, başka bir yol var: Diğer grupların kodları kullanarak, diğer kuantum cihazlarının etkilerinde gelişme göstermesi… Bir sonraki adım, bu yaklaşım, kubitlerin tekrar kullanılmasını ve yeniden başlatılmasını sağlayan birkaç düzine kubit büyük ölçekli cihazlarda sentezlemek ve test etmektir.Bu deneyler, mantıksal kapıların işlemlerinde kuantum kodlarını kullanarak, hataları saptamadaki teorik kabiliyetin, günümüz cihazlarında; büyük ölçekli kuantum bilgisayarları inşa etme hedefine yönelik önemli bir adım olduğunu ve avantajlı olduğunu gösteren ilk onaydır.”
*DRAM (Dynamic random-access memory-Dinamik rasgele erişim belleği): Her bir veri bitini tümleşik bir devre içinde ayrı bir minik kapasitörde depolayan, rasgele erişim yarı iletken belleği türüdür. Kapasitör şarj edilebilir veya boşaltılabilir; bu iki durum, geleneksel olarak 0 ve 1 olarak adlandırılan bir bitin iki değerini temsil etmek için alınır.
