Dünyanın ilk taşınabilir elmas tabanlı kuantum bilgisayarı geliştirildi

Saxon Q mühendisleri, sentetik elmaslardaki kusurları kuantum bitleri olarak kullanan nitrojen-boşluk tabanlı bir kuantum bilgisayarı geliştirdi. Şirket, bunun 10’dan fazla kübite sahip ilk işlevsel elmas tabanlı kuantum hesaplama sistemi olduğunu belirtiyor. Donanım, standart bir sunucu rafına yerleştirilebiliyor ve normal alternatif akım şebekesine doğrudan bağlanabiliyor. Mevcut sistemler 128 kübite kadar farklı yapılandırmalarla sunuluyor. Saxon Q, 512 kübitlik modelleri gelecek yıl teslim etmeyi planlıyor. Şirketin uzun vadeli yol haritasında 2030 sonrasında 10.000 kübit ve üzerindeki sistemlere ulaşmak bulunuyor. Ancak mevcut işlemci çiplerinin her biri yalnızca sekiz veya 16 kübit desteklediği için yüksek kapasiteler birden fazla kuantum çekirdeğinin birleştirilmesiyle elde ediliyor. Sistemin diğer kuantum bilgisayarlarla karşılaştırıldığında nasıl bir performans sunduğunu gösteren bağımsız sonuçlar ise henüz yayımlanmış değil.

Yeni sistem aynı zamanda ağ üzerinden kuantum kodu çalıştırabilen çok kullanıcılı ve çok görevli bir yapı sunuyor. Şirket, donanımın tamamen işlevsel bir kuantum bilgisayar olarak kullanılabildiğini ve birden fazla kuantum çekirdeğini yönetebildiğini belirtiyor. Oda sıcaklığında çalışması, sistemin yalnızca özel laboratuvarlarda değil standart veri merkezlerinde de kurulabilmesini kolaylaştırıyor. Süperiletken kuantum bilgisayarlarda gereken kriyojenik soğutma donanımının bulunmaması, cihazın boyutunu ve kurulum karmaşıklığını azaltıyor. Yerel kurulum, kuantum algoritmalarını buluta göndermeden çalıştırmak isteyen kuruluşlara da avantaj sağlayabilir. Özellikle otonom sürüş, robotik ve endüstriyel sistemler gibi gecikmeye duyarlı alanlarda yerel işlem önemli olabilir. Bununla birlikte elmas tabanlı mimarinin bu uygulamalarda gerçek bir hız avantajı sağlayıp sağlamayacağı henüz bilinmiyor. Kuantum donanımının ticari kullanıma uygunluğu, yalnızca kübit sayısına değil işlem doğruluğuna, bağlantıya ve hata düzeltme kapasitesine de bağlı olacak.

Kusurlu elmaslar kuantum bitine dönüşüyor

Nitrojen-boşluk sistemleri, laboratuvarda yetiştirilen elmasların kristal yapısında bilinçli olarak oluşturulan kusurlardan yararlanıyor. Normal bir elmasta karbon atomunun bulunması gereken noktaya nitrojen atomu yerleştiriliyor ve hemen yanında boş bir alan oluşturuluyor. Bu merkezlerdeki elektronlar, çevredeki karbon atomlarının elektronlarından bağımsız biçimde kontrol edilebiliyor. Özel lazerler elektronları başlangıçta sıfır olarak ölçülen belirli bir kuantum durumuna getiriyor. Ardından mikrodalga darbeleri kullanılarak elektronun dönüşü değiştiriliyor ve klasik bitlerin oluşturamadığı süperpozisyon durumları hazırlanıyor. Böylece aynı yapı yalnızca sıfır veya bir değerini değil, iki durumun kuantum birleşimini de temsil edebiliyor. Elmasın kararlı kristal yapısı, bu kuantum durumlarının oda sıcaklığında korunmasına yardımcı oluyor. Ancak kullanılabilir nitrojen-boşluk merkezlerini yüksek verimle ve tutarlı biçimde oluşturmak, bu mimarinin 10 kübitin üzerine çıkmasını uzun süre zorlaştırdı.

Saxon Q’nun geliştirdiği üretim yönteminde sentetik elmasa nitrojenle birlikte kükürt atomları da ekleniyor. Kükürt, nitrojen-boşluk merkezine gerekli elektronu sağlayarak negatif yüklü kuantum durumunun daha yüksek verimle oluşturulmasına yardımcı oluyor. Bu yöntem, mühendislerin ayrı kübitler üzerinde daha fazla kontrol kurmasını sağlıyor. Kübitler lazer ve mikrodalga darbeleriyle ayarlandıktan sonra hata düzeltme işlemlerine hazır hâle geliyor. Şirket, hata düzeltme uygulanmadan önce kuantum işlemlerinde yüzde 99,92 doğruluk elde edildiğini açıkladı. 22 Temmuz itibarıyla yapılan son ölçümlerde tek kübit işlemlerindeki doğruluğun yüzde 99,98’e yükseldiği belirtiliyor. Bu oran yaklaşık her 5.000 tek kübit işleminde bir hata anlamına geliyor. Açıklanan değerler gelişmiş kuantum laboratuvarlarının sonuçlarına yaklaşsa da bağımsız araştırmacılar tarafından henüz doğrulanmadı.

Oda sıcaklığında çalışması önemli avantaj sağlıyor

Elmas tabanlı sistemlerin en önemli avantajı, son derece düşük sıcaklıklara ihtiyaç duymadan çalışabilmesi oluyor. Süperiletken kuantum bilgisayarlar, kübitleri kararlı tutabilmek için mutlak sıfıra yakın sıcaklıklarda çalışan büyük kriyojenik sistemler gerektiriyor. Saxon Q’nun cihazı ise oda sıcaklığındaki standart bir sunucu ortamında kullanılabiliyor. Bu farklılık kurulum, bakım ve enerji altyapısını önemli ölçüde basitleştirebilir. Buna karşılık süperiletken kübitler genellikle nitrojen-boşluk tabanlı sistemlerden daha hızlı kuantum işlemleri gerçekleştirebiliyor. Elmas tabanlı sistemin yerel kullanımda sağladığı düşük iletişim gecikmesinin, daha yavaş işlem hızını ne ölçüde dengeleyeceği belirsizliğini koruyor. İki mimarinin doğrudan karşılaştırılabilmesi için aynı algoritmalarla yürütülen bağımsız performans testlerine ihtiyaç bulunuyor. Saxon Q’nun sisteminin şimdilik en belirgin üstünlüğünü taşınabilirlik ve standart altyapıyla çalışabilmesi oluşturuyor.

Elmas tabanlı sistemin büyümesinin önündeki en önemli engel, tek bir çipe yerleştirilebilen kübit sayısı olmaya devam ediyor. Mevcut çiplerin sekiz veya 16 kübitle sınırlı olması, daha güçlü bilgisayarlar için çok sayıda çekirdeğin birlikte çalıştırılmasını gerektiriyor. Yüz binlerce veya milyonlarca kübit isteyen uygulamalar için yüzlerce kübitin tek bir diziye sığdırılması gerekecek. Çok çekirdekli yapı, kapasiteyi artırsa da kübitler arasındaki bağlantı ve hata düzeltme işlemlerini daha karmaşık hâle getirebilir. Şirketin 512 kübit ve sonrasında 10.000 kübit hedeflerine nasıl ulaşacağı henüz teknik olarak ayrıntılandırılmadı. Ayrıca sistemin kuantum üstünlüğü sağlayan gerçek dünya problemlerini çözdüğünü gösteren yayımlanmış bir araştırma bulunmuyor. Buna rağmen oda sıcaklığında çalışan ve standart bir sunucu rafına sığan donanım, kuantum bilgisayarların laboratuvar dışındaki kullanımını kolaylaştırabilecek önemli bir adım oluşturuyor. Teknolojinin gerçek değeri, bağımsız testler ve daha büyük yapılandırmaların teslim edilmesiyle netleşecek.