Kuantum hesaplama dünyasında, bir kuantum bilgisayarın işleyebileceği kuantum durumlarının toplam sayısını belirleyen Hilbert uzayının boyutu, sistemin gücünü doğrudan etkileyen kritik bir ölçüt olarak kabul ediliyor. Daha büyük Hilbert uzayları, yalnızca daha karmaşık hesaplamalara olanak sağlamakla kalmıyor, aynı zamanda kuantum bilgiyi hatalara ve çevresel gürültülere karşı koruyan kuantum hata düzeltme (QEC) tekniklerinin uygulanabilmesini de mümkün kılıyor.
YENİ BİR KUANTUM DÜZEYİ
Yale Üniversitesi'nden bilim insanlarının Nature dergisinde yayımlanan yeni araştırması, bu alanda önemli bir kilometre taşı niteliğinde. Ekip, “kudit” adı verilen ve ikiden fazla kuantum durumunda bulunabilen kuantum sistemleri kullanarak, ilk kez deneysel olarak yüksek boyutlu kuantum hata düzeltmesini gerçekleştirdi. Bu çalışmada, üç seviyeli bir kuantum sistemi olan bir qutrit ve dört seviyeli bir sistem olan ququart kullanıldı.
GKP KODUYLA HATA DÜZELTME
Araştırmada, kuantum bilgiyi bozonik modlarda kodlamak için geliştirilmiş olan Gottesman-Kitaev-Preskill (GKP) bozonik hata düzeltme kodu kullanıldı. Bu kod, geleneksel kübitlerden farklı olarak, daha yüksek boyutlu kuantum sistemlerine uygulanarak daha fazla mantıksal kuantum durumu elde edilmesini sağlıyor.
KÜBİTLERİN ÖTESİNE GEÇİŞ
Halihazırda piyasada bulunan kuantum bilgisayarların büyük çoğunluğu, yalnızca iki kuantum durumunu temsil eden kübitleri kullanıyor. Ancak Hilbert uzayında boyut arttıkça, işlem gücü ve kodlama kapasitesi de artıyor. Bu yüzden kuditlerin kullanımı, kuantum bilgi işleme alanında bilimsel çevrelerce büyük ilgiyle takip ediliyor.
YÜKSEK BOYUT, YÜKSEK VERİM
Kuditler; kuantum algoritmalar çalıştırma, sihirli kuantum durumlar üretme, kuantum kapılar inşa etme ve çok parçacıklı sistemleri simüle etme gibi karmaşık görevlerde verimliliği artırabiliyor. Bu potansiyeli hayata geçirmek için araştırmacılar fotonlar, süper iletken devreler ve ultra soğutulmuş atomlar gibi teknolojiler üzerinde uzun süredir çalışıyor.
YAPAY ZEKÂ DESTEKLİ YÖNTEM
Araştırmada, GKP kodlarını qutrit ve ququart’lara uygularken, takviyeli öğrenme (reinforcement learning) algoritmaları kullanıldı. Bu algoritmalar sayesinde bilim insanları, sistemin hatalara karşı nasıl daha iyi korunabileceğini deneme yanılma yoluyla optimize etti. Sonuç olarak, sistem hata düzeltme açısından donanım verimliliği yüksek bir eşiği aşmış oldu.
FİZİKSEL SİSTEMLERDE YENİ UFUK
Araştırmacılar, daha büyük Hilbert uzaylarının kullanımı sayesinde, tek bir fiziksel sistemde daha fazla mantıksal kuantum durumuna erişilebildiğini belirtiyor. Her ne kadar artan foton kaybı ve dephasing gibi sorunlar bilgi ömründe hafif bir azalma yaratabilse de, genel kazanımlar bunu dengeleyebilecek düzeyde.
GELECEK VAAT EDİYOR
Bu deneysel başarı, ölçeklenebilir ve güvenilir kuantum bilgisayarların inşası açısından önemli bir adımı temsil ediyor. Elde edilen sonuçların; kriptografi, malzeme bilimi ve ilaç keşfi gibi birçok kritik alanda devrimsel gelişmelere kapı aralayabileceği değerlendiriliyor.
