Google kuantumda tarihi darboğazı aştı: Willow ile hata oranı 40 kat düştü

Google’ın Quantum AI ekibi, hataya dayanıklı kuantum bilgisayarların geliştirilmesinde yüksek kaynak tüketimine yol açan özel kuantum durumlarını daha düşük hata oranıyla üretmeyi başardı. Science dergisinde yayımlanan çalışmada, Willow işlemcisi üzerinde 'sihirli durum geliştirme' (magic-state cultivation) yöntemi fiziksel donanımda uygulandı. Araştırma, 2004’ten bu yana üzerinde çalışılan teknik darboğazlardan birine yönelik ilerleme sağlarken, karmaşık algoritmalar için gerekli mantıksal T-durumları yüzde 99,99 doğruluk (fidelity) düzeyinde üretildi.

KAYNAK TÜKETİMİ SORUNU 

Gelişmiş kuantum algoritmalarının çalıştırılması, “sihirli durumlar” olarak adlandırılan özel tek kübitlik durumların sürekli hazırlanmasını gerektiriyor. Bu durumların geleneksel yöntemlerle hata düzeltmeli biçimde üretilmesi, kuantum bilgisayarının toplam donanım kapasitesinin yüzde 95’e varan bölümünü tüketebiliyor.

Hazırlanan her durumun yalnızca tek bir işlemde kullanılabilmesi de kaynak ihtiyacını artırıyor. Bu nedenle yüksek doğrulukta durum üretimini daha verimli hale getirmek, pratik kuantum hesaplama açısından kritik önem taşıyor.

ÖLÇÜMLERLE DURUM GELİŞTİRME 

Teorik altyapısı 2024’te oluşturulan yöntem, çipin küçük bir alanında hazırlanan hatalı durumları koordineli ölçümlerle kontrol ediyor. Bir filtre gibi çalışan protokol, kontrolleri geçemeyen durumları eliyor.

Seçilen ve saflaştırılan durumlar ise daha büyük hata düzeltme kodlarına genişletilerek güvenilir hesaplamalarda kullanılabilecek hale getiriliyor. Willow üzerindeki uygulamada bu süreç, hata oranının 40 kat azaltılmasını sağladı.

DONANIM GÜRÜLTÜSÜNE KARŞI 

Araştırmacılar, yöntemi fiziksel donanıma aktarırken elektriksel donanım sapmaları ve sıcaklık dalgalanmalarından kaynaklanan laboratuvar gürültüsüyle karşılaştı.

Ölçüm doğruluğunu etkileyen bu sorunları gidermek amacıyla, durum geliştirme sürecinin kendisini referans alan yeni bir kıyaslama tekniği oluşturuldu. Ekip, bu ölçümlerden yararlanarak işlemci üzerindeki kontrol hassasiyetini optimize etti.

KODLAR ARASINDA AKTARIM 

Çalışmada, saflaştırılmış kuantum durumlarının kod mesafesi 3 olan renk kodundan, kod mesafesi 5 olan yüzey koduna aktarıldığı 'aşılama' işlemi de gerçekleştirildi. İki farklı hata düzeltme mimarisi arasında durumların korunarak aktarılması, gelecekte farklı kodların birlikte kullanılabileceği hibrit sistemler açısından önem taşıyor.

Google, yöntemin tam ölçekli ve pratik kuantum bilgisayarlarda kullanılabilmesi için daha geniş ölçeklerde test edilmesi gerektiğini belirtiyor.