Yerleşik hata düzeltme özelliğine sahip fiziksel bir kübit

Kuantum hesaplama alanında önemli ilerlemeler kaydedildi. Google ve IBM gibi büyük küresel oyuncular halihazırda bulut tabanlı kuantum bilişim hizmetleri sunuyor.

Ancak kuantum bilgisayarlar, standart bilgisayarlar kapasitelerinin sınırlarına ulaştığında ortaya çıkan sorunlara henüz yardımcı olamıyor çünkü kubitlerin veya kuantum bitlerinin, yani kuantum bilgisinin temel birimlerinin kullanılabilirliği hala yetersiz.

Bunun nedenlerinden biri, çıplak kübitlerin kuantum algoritmasını çalıştırmak için hemen kullanılmamasıdır. Geleneksel bilgisayarların ikili bitleri, bilgiyi 0 veya 1 gibi sabit değerler biçiminde saklarken, kübitler aynı anda 0 ve 1’i temsil edebilir ve değerlerine ilişkin olasılığı devreye sokar. Bu kuantum süperpozisyonu olarak bilinir.

Bu onları dış etkenlere karşı çok duyarlı hale getirir, bu da depoladıkları bilgilerin kolayca kaybolabileceği anlamına gelir. Kuantum bilgisayarların güvenilir sonuçlar vermesini sağlamak için, birkaç fiziksel kübiti birleştirerek mantıksal bir kübit oluşturacak gerçek bir dolaşma oluşturmak gerekiyor. Bu fiziksel kübitlerden birinin arızalanması durumunda diğer kübitler bilgiyi saklayacak. Ancak işlevsel kuantum bilgisayarların geliştirilmesini engelleyen temel zorluklardan biri, gerekli olan çok sayıda fiziksel kübittir.

Foton bazlı yaklaşımın avantajları
Kuantum hesaplamayı uygulanabilir kılmak için birçok farklı kavram kullanılıyor. Örneğin büyük şirketler şu anda süper iletken katı hal sistemlerine güveniyor ancak bunların yalnızca mutlak sıfıra yakın sıcaklıklarda çalışması gibi bir dezavantajı var. Fotonik kavramlar ise oda sıcaklığında çalışır.

Tek fotonlar genellikle burada fiziksel kübit görevi görür. Bir anlamda küçük ışık parçacıkları olan bu fotonlar, doğası gereği katı hal kübitlerinden daha hızlı çalışır ancak aynı zamanda daha kolay kaybolurlar. Kubit kayıplarını ve diğer hataları önlemek için, süperiletken tabanlı yaklaşımda olduğu gibi, birkaç tek fotonlu ışık darbesini mantıksal bir kübit oluşturmak üzere bir araya getirmek gerekir.

Doğal hata düzeltme kapasitesine sahip bir kübit
Tokyo Üniversitesi’nden araştırmacılar, Almanya’daki Johannes Gutenberg Üniversitesi Mainz (JGU) ve Çek Cumhuriyeti’ndeki Palacký Üniversitesi Olomouc’tan meslektaşlarıyla birlikte yakın zamanda fotonik kuantum bilgisayarı oluşturmanın yeni bir yolunu gösterdiler. Ekip, tek bir foton kullanmak yerine, birkaç fotondan oluşabilen, lazerle üretilen bir ışık darbesi kullandı. Araştırma Science dergisinde yayınlandı.

Mainz Üniversitesi’nden Profesör Peter van Loock, “Lazer darbemiz, bize hataları düzeltme konusunda doğal bir kapasite sağlayan kuantum optik duruma dönüştürüldü” dedi. “Sistem yalnızca bir lazer darbesinden oluşmasına ve bu nedenle çok küçük olmasına rağmen, prensip olarak hataları anında ortadan kaldırabilir.” Bu nedenle, çok sayıda ışık darbesi aracılığıyla bireysel fotonları kübitler halinde üretmeye ve ardından bunların mantıksal kübitler olarak etkileşime girmesine gerek yoktur.

Van Loock, “Güçlü bir mantıksal kübit elde etmek için yalnızca tek bir ışık darbesine ihtiyacımız var” diye ekledi. Başka bir deyişle, fiziksel bir kübit, bu sistemde zaten mantıksal bir kübite eşdeğerdir; dikkat çekici ve benzersiz bir kavramdır. Ancak Tokyo Üniversitesi’nde deneysel olarak üretilen mantıksal kubit henüz gerekli düzeyde hata toleransını sağlayacak yeterli kalitede değildi. Bununla birlikte araştırmacılar, evrensel olarak düzeltilemeyen kübitleri, en yenilikçi kuantum optik yöntemleri kullanarak düzeltilebilir kübitlere dönüştürmenin mümkün olduğunu açıkça gösterdi.