Kuantum hesaplama en büyük zorluğuyla karşı karşıya: gürültü

Ancak sonuçta, kullanışlı kuantum bilgisayarları oluşturma konusundaki ilerlememizi değerlendirmek tek bir merkezi faktöre dayanıyor: gürültüyle baş edip edemeyeceğimiz. Kuantum sistemlerinin hassas doğası, ister ısının yarattığı başıboş bir foton, ister çevredeki elektroniklerden gelen rastgele bir sinyal veya fiziksel bir titreşim olsun, en ufak bir rahatsızlığa karşı onları son derece savunmasız hale getirir. Bu gürültü ortalığı kasıp kavurur, hatalara neden olur ve hatta kuantum hesaplamasını durdurur. onun izlerinde. İşlemcinizin ne kadar büyük olduğu ya da öldürücü uygulamaların ne olduğu önemli değil: gürültü kontrol altına alınamadığı sürece, bir kuantum bilgisayar asla klasik bir bilgisayarın yapabileceklerini geçemez.

Uzun yıllar boyunca araştırmacılar, en azından yakın vadede gürültülü devrelerle yetinmek zorunda kalabileceklerini düşündüler ve çoğu, bu sınırlı kapasiteyle yararlı bir şeyler yapabilecek uygulamaların peşine düştü. Av pek iyi gitmedi ama bunun artık bir önemi olmayabilir. Son birkaç yılda teorik ve deneysel gelişmeler, araştırmacıların gürültü sorununun artık çözülemeyeceğini açıklamalarına olanak sağladı. Donanım ve yazılım stratejilerinin bir kombinasyonu, kuantum hatalarını bastırmak, hafifletmek ve temizlemek için umut vaat ediyor. Bu çok şık bir yaklaşım olmasa da işe yarayacak gibi görünüyor ve herkesin beklediğinden daha kısa sürede.

Cambridge, Birleşik Krallık merkezli bir kuantum bilgisayar şirketi olan Riverlane'in kuantum bilimi başkan yardımcısı Earl Campbell, “İyimserliği savunmak için çok daha fazla kanıt sunulduğunu görüyorum” diyor.

En katı şüpheciler bile ikna ediliyor. Örneğin Helsinki Üniversitesi profesörü Sabrina Maniscalco gürültünün hesaplamalar üzerindeki etkisini araştırıyor. On yıl önce kuantum hesaplamayı kapattığını söylüyor. “Gerçekten temel sorunların olduğunu düşündüm. Bir çıkış yolu olacağından emin değildim” diyor. Ancak şimdi, ışıkla etkinleşen kanser ilaçlarının daha düşük konsantrasyonlarda etkili olan ve ışığın daha az zararlı bir formuyla etkinleştirilebilen gelişmiş versiyonlarını tasarlamak için kuantum sistemlerini kullanmaya çalışıyor. Projenin başarıya ulaşmasına sadece iki buçuk yıl kaldığını düşünüyor. Maniscalco için “kuantum faydası” çağı (belirli görevler için klasik işlemci yerine kuantum kullanmanın mantıklı olduğu nokta) neredeyse yaklaşıyor. “Aslında çok yakında kuantum fayda çağına gireceğimiz konusunda oldukça eminim” diyor.

Kübitleri buluta yerleştirme

Bu çığır açıcı an, on yılı aşkın süren sürünen hayal kırıklığının ardından geldi. 2000'li yılların sonlarında ve 2010'lu yılların başlarında, gerçek dünyadaki kuantum bilgisayarları geliştiren ve çalıştıran araştırmacılar, bunların teorisyenlerin umduğundan çok daha sorunlu olduğunu buldu.

Bazı insanlara bu sorunlar aşılamaz görünüyordu. Ancak Jay Gambetta gibi diğerleri etkilenmedi.

Sessiz konuşan bir Avustralyalı olan Gambetta, Avustralya'nın Gold Coast bölgesindeki Griffith Üniversitesi'nden fizik alanında doktora derecesine sahiptir. Oraya gitmeyi seçti çünkü burası sörf bağımlılığını beslemesine olanak sağlıyordu. Ancak Temmuz 2004'te kendini zorladı ve Yale Üniversitesi'nde ışığın kuantum özellikleri üzerine araştırma yapmak için Kuzey Yarımküre'ye gitti. Üç yıl sonra (o sırada New Haven çevresindeki soğuk sular sayesinde eski bir sörfçüydü) Gambetta daha da kuzeye, Ontario, Kanada'daki Waterloo Üniversitesi'ne taşındı. Daha sonra IBM'in kuantum hesaplama konusunda biraz daha pratik yapmak istediğini öğrendi. Gambetta, 2011 yılında şirketin yeni işe alınanlarından biri oldu.

IBM'in kuantum mühendisleri, klasik bilgisayarın ikili rakamının veya bitinin kuantum versiyonlarını oluşturmakla meşguldü. Klasik bilgisayarlarda bit, iki durumu temsil eden bir elektronik anahtardır. 0 Ve 1. Kuantum bilgisayarlarda işler daha az siyah ve beyazdır. Gürültüden izole edilirse, bir kuantum biti veya “qubit”, bu iki olası durumun olasılıksal bir kombinasyonunda, biraz para atışı sırasındaki bir madeni paraya benzer şekilde var olabilir. Kübitlerin bu özelliği, diğer kübitlerle “dolanık” olma potansiyelleriyle birlikte, kuantum hesaplamanın devrim niteliğindeki olanaklarının anahtarıdır.