Klasik bilgisayarların ardındaki üretim teknikleri, kuantum cihazları teknolojisine doğru ilerliyor.
Geçtiğimiz haftalarda Hollanda Delft Teknoloji Üniversitesi’nden bir araştırma grubu önemli bir paket almayı bekliyordu. Paketin içeriğinde, kullanışlı kuantum programlama yarışının hızını arttırma hedefi vardı.
ABD’nin Oregon eyaletinin Hillsboro şehrindeki Intel’in dev yarı-iletken araştırma ve geliştirme tesislerinden gönderilen paket, alışılagelmiş bilgisayarların silikon çiplerinin üretilme tekniğiyle üretilmiş ilk kuantum bilgisayarı içeriyordu. Şu anki silikon yöntemi, kuantum bilgisayar üretimindeki diğer yaklaşımlara göre çağın gerisinde olduğu halde, şirket, bu tekniğin aletlerin gelişimini hızlandıracağını umuyor. Intel’ in Kuantum Donanım Geliştirme Başkanı James Clarke, “Bu yıl silikon kuantum bilgisayarı hakkında çok şey duyacağınızı düşünüyorum” diyor.
Nispeten mütevazı sayılabilen cihaz, diğer yaklaşımlara göre silikona bir artı kazandıran son hamleyi temsil ediyor. Ayrıca bazı biliminsanları, geleceği silikon güzergâhında görüyor. Avustralya-Sidney’de bulunan New South Wales Üniversitesi’ndeki (UNSW) Michelle Simmons gibi fizikçiler, kuantum bilgisayar üretirken kendi silikon yöntemlerini geliştiriyorlar. Mayıs 2017’de Michelle Simmons, Avusturya Hükümeti tarafından desteklenen 83 milyon Avustralya doları (65 milyon ABD doları) değerinde, silikon kuantum bilgisayar geliştirme projesini kurdu.
Kuantum bilgisayarlar, iki küçük ölçekli olgudan yararlanarak, bilgiyi 1 ve 0 olarak kodlayan klasik bilgisayarlara göre performansı arttırmayı hedefliyor. Kuantum dünyasında kubit olarak adlandırılan bilgi üniteleri, 0 ve 1’in eşzamanlı bulunabildiği “süperpozisyon”dadır. Aynı zamanda iki bit dolaşık olabilir, bu durumda bir kubitin durumu eş kubitinin durumunu belirler. Bu durum kuantum cihazlarının paralel hesaplamalar yapmasını sağlar.
Fizikçiler pek çok laboratuvarda mutlak sıfır sıcaklığına yakın derecelerde çalışabilen kuantum bilgisayar taslakları geliştirdiler. Bu yarışta önde gidenler kubitleri kodlamak için iki metodu kullanıyor: Hapsedilmiş tek bir iyon veya süperiletkenlerdeki titreşen akım döngüleri. İki sistem de çok hassas kontrol gerektiriyor: İyon tekniği kubitleri okumak ve yazmak için karmaşık lazer sistemleri kullanırken, süperiletken kubitlerin her biri, radyo dalgaları kullanan kontrol cihazlarına sahip olmalıdır.
Silikon tekniği yanlıları, kubitleri kodlarken yarı-iletkenler kullanılmasında önemli avantajlar görüyor. Çiplerin üstüne kazınmış mikroskopik elektrikleri kullanarak basit bir şekilde manipüle edilebilirler ve eğer çip yapmaktaki geniş çaplı üretim teknikleri kuantum evrenine aktarılabilinirse, teknolojiyi ticari üretime çevirmek daha kolay olabilir.
Uzun bir yol
Silikondan kuantum bilgisayarları yapma fikri yeni değil. Maryland Üniversitesi’ndeki deneysel fizikçi Bruce Kane, kubitlerin manyetik yönlendirmede kodlanmasını veya silikona gömülmüş fosfor çekirdeklerinin kullanılmasını ilk olarak 20 yıl önce önerdi. Bununla eşzamanlı olarak New York-Yorktown Heights’deki IBM’de teorik fizikçi David Di Vincenzo ve meslektaşı İsveçre-Basel Üniversitesi’nden Daniel Loss, bilgileri yarı-iletkenlerin içerisinde dönen hareketli elektronlara depolamanın bir yolunu önerdi. İki öneri de birtakım deneysel ispatlamalara öncülük etti. Fakat uzun bir zaman için materyallerin kalitesi ilerlemeyi sınırlandırdı.
New Jersey’deki Princeton Üniversitesi’nden fizikçi Jason Petta, silikon kuantum bilgisayar yapımında kullanılan malzemelerin bilim ve mühendislik geliştirmelerinde, pek ilerlemenin olmadığı yıllar yaşandığını söylüyor. Simmons’un yönetimindeki, Kuantum Hesaplama ve İletişim Teknoloji Merkezi’nden (UNSW) fizikçiler altyapıyı kurdular. Simmons iletkenler üzerinde kuantum bilgisayarları yükseldiğinde, yığılma problemlerinin kaçınılmaz sonuçlarının önüne geçen ve daha az kontrol gerektiren bir üretim tekniği geliştirdi. Simmons, “Gerekli olmayan her şeyi ayıklamak ve bunları mümkün olduğunca basit hale getirmek istiyordum” diyor.
2017’de iki grup, ilk kez silikonda kontrol edilebilen ikili kubit cihazlarını tasarladıklarında dönüm noktasına ulaştılar. Petta ve meslektaşları ile Delft’de bulunan Lieven Vandersypen’de yönetilen ayrı bir takım bu başarıya ulaştı.
Delft’ de 10 yıl boyunca toplam 50 milyon dolar yatıran Intel şu anda Vandersypen için çoklu -kubit elektron-dönüş cihazlarını, mikroişlemci üretme tekniklerini geliştirdiği aynı tip fabrikada üretiyor. Endüstriyel ortaklar güvenilir, özdeş cihazlar sağlayarak birbirine yardım edebilir.
Clarke daha olgun yaklaşımlarla diyor ki, “Umarım dönen kubitlerin tamamlanma sürecini hızladırabiliriz.” Simmons’ ın ekibi, beş yıl içinde 10’lu kubit makineleri yapmayı hedefliyor. Google, IBM, pek çok diğer şirket ve akademik laboratuvarların hepsi, farklı yöntemler kullanarak 50 süperiletken kubit civarında kuantum bilgisayar inşa etmek için farklı teknikler kullanıyorlar. Intel’in kendisi de birden fazla teknik yaklaşımı destekleyerek şansını artırıyor.
