Finlandiya’dan kuantum bilgisayarların maliyetini düüşürecek ısı motoru

Yapay zeka, finansal modelleme ve kriptografi gibi alanlarda önemli dönüşümler yaratması beklenen kuantum bilgisayarların ticari ölçekte yaygınlaşmasının önündeki en büyük engellerden biri, yüksek altyapı maliyetleri ve donanım karmaşıklığı olarak öne çıkıyor. Finlandiya, Kuantum Teknolojisi Stratejisi kapsamında 2035 yılına kadar bin mantıksal kubite sahip bir süper bilgisayar geliştirmeyi hedefliyor. Ancak bu ölçekte bir sistemin yüz binlerce fiziksel kubit ve bunları birbirine bağlayan milyonlarca özel mikrodalga kablosu gerektirebileceği belirtiliyor. Birim fiyatı yaklaşık bin avroya ulaşan bu kablolar, kuantum bilgisayar yatırımlarının maliyetini önemli ölçüde artırıyor. Kablolar aynı zamanda sistemde gürültüye ve sinyal parazitine yol açarak donanım mimarisini daha karmaşık hale getiriyor. Aalto Üniversitesi araştırmacıları, bu sorunlara çözüm bulmak amacıyla yürüttükleri çalışmalar sonucunda süperiletken bir devrede çalışan döngüsel kuantum ısı motoru geliştirdi.

OTTO ÇEVRİMİ MUTLAK SIFIRA TAŞINDI

Isı enerjisini mekanik veya elektriksel işe dönüştüren ısı motorları, Sanayi Devrimi’nden bu yana otomobillerden uçaklara ve enerji santrallerine kadar pek çok alanda kullanılıyor. Kuantum teknolojisi profesörü Mikko Möttönen liderliğindeki ekip, klasik termodinamiğin temel prensiplerinden biri olan Otto çevrimini nano ölçekte uyguladı. Araştırmacılar; bir transmon kubiti, rezonatör ve özel bir kuantum devre soğutucusunu bir araya getirerek işlevsel bir kuantum ısı motoru oluşturdu. Projenin üretim aşamasında görev alan Tuomas Uusnäkki, sistemi şöyle anlattı: “Deneylerimizde süperiletken devreler kullanarak nano üretim yöntemiyle bir ısı motoru inşa ettik. Sistemi mutlak sıfıra yakın sıcaklıktaki bir kriyostatın içinde çalıştırdık. Süperiletken devrede, geleneksel otomobil motorlarının da temelini oluşturan Otto çevrimini başarıyla gerçekleştirdik.”

AYNI CIHAZDA HEM ISITMA HEM SOĞUTMA

Araştırma ekibi, geliştirdiği motorun ölçülebilir bir iş üretip üretmediğini belirlemek için kubiti kuantum devre soğutucusuna bağlayarak ısı akışını kuantum ölçeğinde yönetti. Yeni mimaride aynı kuantum soğutucusu hem ısıtma hem de soğutma işlemleri için kullanılabiliyor. Böylece daha yalın, kompakt ve çok yönlü bir sistem elde ediliyor. Uusnäkki, cihazın çalışma sürecine ilişkin şu bilgileri verdi: “Kuantum devre soğutucumuz, gerektiğinde kubiti hem ısıtacak hem de soğutacak biçimde ayarlanabiliyor. Dikkatle zamanlanmış milisaniyelik kontrol darbeleri kullanarak motoru Otto çevriminde çalıştırdık ve motor faal durumdayken kubitin durumunu anlık olarak izledik.”

HEDEF OTONOM KUANTUM DONANIMLARI

Geliştirilen teknolojinin, kuantum bilgisayarların yatırım ve işletme maliyetlerinin düşürülmesine katkı sağlaması bekleniyor. Çalışma, mutlak sıfıra yakın sıcaklıklardaki kuantum sistemleri ile oda sıcaklığındaki kontrol donanımları arasında kullanılan pahalı mikrodalga bağlantılarına duyulan ihtiyacı azaltabilecek otonom cihazların geliştirilmesinin önünü açıyor. Bu tür cihazların ticari sistemlere entegre edilmesi halinde milyonlarca mikrodalga kablosuna olan ihtiyaç ortadan kalkabilecek. Böylece hem donanım maliyetleri hem de kabloların yol açtığı sistemsel gürültü azaltılabilecek. Daha sade bir mimarinin, binlerce kubitlik kuantum bilgisayarların geliştirilmesini ve seri üretime geçişini hızlandırabileceği değerlendiriliyor.