Kuantum Sıçraması: Dünyanın İlk Hibrit Kuantum-Fotonik Çipi

Yatırımların artması ve atılımların çoğalmasıyla, kuantum teknolojisi gerçek olmaya her zamankinden daha yakın. 

McKinsey’e göre, kuantum teknolojisinin üç ana sütunu olan kuantum hesaplama, kuantum iletişim ve kuantum algılama, birlikte yaklaşık $97 milyar gelir elde edebilir dünya çapında önümüzdeki on yıl içinde. 

Bu teknoloji kuantum mekaniğinin ilkelerini kullanarak klasik teknolojilerin ötesinde yenilikçi teknolojiler üretir.

Kuantum teknolojilerini geliştirmek için promosyon bir yol, fotoniği kullanmaktır. Bu, optik bağlantılarla doğal uyumluluğu, oda sıcaklığında bozunmaya karşı dayanıklılığı ve çip ölçeğine küçültülebilme yeteneği nedeniyle mümkündür.

Fotoni, ışık (foton) bilimi olup, ışığın üretimi, tespiti ve çeşitli uygulamalar için manipülasyonu ile ilgilenir.

Kuantum-fotonik sistemler için silikon fotoniği en ölçeklenebilir platformu sunar. Bu platform, tamamlayıcı metal‑oksit‑yarı iletken (CMOS) mikro‑elektronik endüstrisinde geliştirilen yarı iletken üretim teknikleri kullanılarak üretilir ve zaten büyük ölçekli çip üretimi yapılmaktadır.

Silikon fotoniği yakında fiziksel kuantum bitleri (qubit) sayısını büyük ölçekte üretmek için kullanılabilir, bu da miniaturize optik cihazlarda ışık kuantum durumlarını üretmek ve manipüle etmek için gereklidir; ancak bu silikon kuantum‑fotonic bütünleşik devreleri inşa etmek ciddi zorluklar doğurur.

Bu sorunlar termal çapraz etkileşim, serbest taşıyıcı ve öz‑ısıtma doğrusal olmayan etkiler ve sıcaklık ile işlemdeki küçük değişkenliklere karşı aşırı duyarlılığın yönetilmesiyle ilgilidir. 

Silikon kuantum fotonik cihazların düzgün çalışması için sürekli izleme ve elektronik devrelerle kontrol gereklidir. Bu nedenle, büyük dış‑çip elektronikleri kullanılmıştır; bu kısmen sorunu çözer, ancak aynı zamanda çip ölçeği platformunun birçok avantajını kaybettirir. 

Silikon fotoniğin kuantum bilgi işlem platformu olarak tam potansiyelini gerçekleştirmek için, klasik kontrol darboğazını aşmamız gerekir.

Bu nedenle, disiplinlerarası bir araştırmacı ekibi elektronik‑fotonic kuantum sistem‑on‑chip’i tanıttı. Bu sistem ticari bir 45‑nm CMOS mikro‑elektronik fabrikasında üretilmiştir.

Bu, elektronik, fotoniği ve kuantum gücünü birleştiren dünyanın ilk hibrit çipidir. 

CMOS’un kullanılması araştırmayı daha da takdire değer kılıyor. Bu yarı iletken teknoloji modern elektroniğin temelini oluşturur. Samsung, Sony, Intel (INTC ) ve TSMC gibi şirketler bunu büyük ölçekli elektronik üretiminde kullanır.

45 nm düğümü ise kanıtlanmış ve maliyet‑etkin bir süreçtir. Aynı zamanda geniş silikon üretim altyapısıyla uyumludur.

Ekibin tamamen bütünleşik, modüler kontrol yaklaşımı, “silicon quantum photonics’in gelecekteki nesil kuantum bilgi sistemleri için gereken büyük ölçeğe ulaşmasını sağlayacak” şeklinde tanımlanıyor.

Disiplinlerarası İşbirliği Kuantum Teknolojisini Gerçeğe Yaklaştırıyor

UC Berkeley, Boston University ve Northwestern University’den araştırmacılar tarafından yürütülen bu son çalışma, kuantum teknolojisinde büyük bir atılımı işaret ediyor.

“Bu çalışmanın gerektirdiği disiplinlerarası işbirliği, kuantum sistemlerini laboratuvardan ölçeklenebilir platformlara taşımak için tam olarak gereken şeydir. Elektronik, fotoniği ve kuantum ölçümündeki ortak çabalar olmadan bunu başaramazdık.”

– Prem Kumar, Northwestern Üniversitesi Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Profesörü

Araştırma, Ulusal Bilim Vakfı tarafından desteklenmiştir. Nature Electronics’te yayınlanan çalışma, standart 45‑nm yarı iletken süreci kullanılarak tek bir silikon çip üzerine kuantum ışık kaynakları ve stabilizasyon elektroniklerini başarıyla bütünleştiren sistemi¹ detaylandırmaktadır.

Bu kombinasyon, çipin sürekli olarak korele foton çiftleri üretmesini sağlar; bu da çeşitli kuantum uygulamalarının temelini oluşturur.

Her silikon çip, toplamda on iki bağımsız “kuantum ışık fabrikası” içeren bir dizi barındırır; bu fabrikalar lazer ışığıyla beslenir ve mikroring rezonatörlerine dayanarak foton çiftleri üretir. Her bir kaynak, her yönde bir milimetreden daha küçük bir boyuta sahiptir.

Bu, birden fazla birbirine bağlanmış çipten oluşan daha karmaşık kuantum sistemlerinin geliştirilmesi ve “kuantum ışık fabrikası” çiplerinin kitlesel üretimi yönünde büyük bir adımdır. IBM’den kıdemli yazar Miloš Popović, “Kuantum hesaplama, iletişim ve algılama, kavramdan gerçeğe on yıllık bir yolda ilerliyor. Bu, o yolda küçük ama önemli bir adım; çünkü ticari yarı iletken fabrikalarında tekrarlanabilir, kontrol edilebilir kuantum sistemleri inşa edebileceğimizi gösteriyor.” şeklinde konuştu.

Şu anda, kuantum teknolojisi klasik bilgisayarların kullandığı sıfır ya da bir değerine sahip klasik bitlerden farklı olarak, kuantum bitleri (qubit) kullanır.

Bu qubit’ler aynı anda iki durumda süperpozisyon halinde bulunabilir, bu da kuantum bilgisayarların paralel hesaplama yapmasını ve dolayısıyla büyük hız artışları sağlamasını mümkün kılar. Burada süperpozisyon, bir kuantum sisteminin aynı anda birden fazla durumda bulunması anlamına gelir.

Ölçeklenebilirlik Kodunu Gerçek Zamanlı Öz‑Ayarlama ile Çözmek

Kuantum teknolojisinin farklı uygulama yolları vardır ve fotoniğin rolü, kontrollü ışık akışı, tek fotonlar veya dolaşıklık içeren foton çiftleri gerektiren uygulamalardır. 

Bu sabit kuantum ışık akışları, mikroring rezonatörleri ve kuantum noktaları gibi cihazlar kullanılarak üretilir.

Mikroring rezonatörleri, çip üzerinde ışığın kuantum durumlarını üretmeye yarayan hassas fotonik cihazlardır. Bunlar, ışığı nanometre ölçeğinde yönlendiren çok verimli bir yöntem sunar. Işık, bir daire içinde döndürülerek hedef dalga boyuna (rezonans) ulaşır.

Korelasyonlu foton çiftleri üretmek için mikroring rezonatörlerinin, çip üzerindeki her kuantum ışık fabrikasını besleyen gelen lazer ışığıyla senkronize bir şekilde ayarlanması gerekir. Bu aynı zamanda üretim sürecinin yakıtı olarak da kullanılır.

Rezonatörler, sıcaklık ve üretim varyasyonlarına karşı son derece hassastır. Bu durum, rezonatörlerin senkron dışı kalmasına ve sabit kuantum ışık üretiminin bozulmasına yol açabilir.

Bu bozulmayı önlemek için, ekip çip üzerindeki kuantum ışık kaynaklarını aktif olarak stabilize eden bütünleşik bir sistem geliştirdi; özellikle korele foton üreten rezonatörler bu sistemle kontrol ediliyor. Bu ışık kaynakları her çipte bulunur ve paralel olarak çalışır. 

“Beni en çok heyecanlandıran, kontrolü doğrudan çip üzerine yerleştirmemiz – kuantum sürecini gerçek zamanlı olarak stabilize etmemiz. Bu, ölçeklenebilir kuantum sistemlerine giden kritik bir adımdır.”

– Anirudh Ramesh, Northwestern Üniversitesi Doktora Öğrencisi, kuantum ölçümlerini yöneten

İlginç bir şekilde, mikroring rezonatörlerinin aşırı duyarlılığı aslında kuantum ışık kaynaklarının temelini oluşturur; bu duyarlılık, ışık akışının verimli ve minimal çip alanında üretilmesini sağlar. Ancak sıcaklıkta küçük bir değişiklik bile foton‑çift üretim sürecini önemli ölçüde etkileyebilir. 

Bu sorunu aşmak için araştırmacılar, gerçek zamanlı kontrol sistemini doğrudan çipe yerleştirdi. Her rezonatöre özel olarak entegre edilen fotodiyotlar, performansı (özellikle gelen lazerle hizalanmasını) izlerken kuantum ışık üretimini korur.

Aynı zamanda çip üzerindeki minyatür ısıtıcılar ve kontrol mantığı, kayma durumuna göre rezonansı sürekli ayarlar. Böylece koşullar değişse bile bu yerleşik geri besleme döngüsü kuantum ışık üretim sürecini öngörülebilir kılar.

Öz‑ayarlama, tüm on iki rezonatörün büyük ekipmanlara ihtiyaç duymadan mükemmel senkronizasyon içinde çalışmasını sağlar; bu, kuantum sistemlerini ölçeklendirmek için kritik bir gereksinimdir. Boston Üniversitesi Doktora Öğrencisi Imbert Wang, “Önceki çalışmalarımıza göre en büyük zorluk, fotonik tasarımını ticari CMOS platformunun katı kısıtlamaları içinde tutarken kuantik optiğin zorlu gereksinimlerini karşılamaktı. Bu, elektronik ve kuantik optiğin ortak bir sistem olarak birlikte tasarlanmasını sağladı.” dedi.
Tüm sistem, Boston Üniversitesi, UC Berkeley, GlobalFoundries ve Ayar Labs iş birliğiyle geliştirilen ticari bir 45‑nm CMOS çip platformunda üretildi. Başlangıç şirketi Ayar Labs, ışık darbeleriyle çalışan çip teknolojileri geliştirmekte ve AMD Ventures, Intel Capital ve Nvidia’dan 155 milyon dolar yatırım alarak 1 milyar dolar değerleme elde etti; bu “kitlesel üretim için zemin hazırlıyor.”

Üretim süreci, AI ve süper‑bilgisayarlar için gelişmiş optik bağlantıları mümkün kılıyor ve şimdi ölçeklenebilir bir silikon platformunda karmaşık kuantum‑fotonic sistemler inşa edilebiliyor.

“Amacımız, karmaşık kuantum‑fotonic sistemlerin tamamen bir CMOS çipi içinde inşa edilip stabilize edilebileceğini göstermekti. Bu, genellikle birbirleriyle iletişim kurmayan alanlar arasında sıkı koordinasyon gerektiriyordu.”

– Daniel Kramnik, UC Berkeley Doktora Öğrencisi, çip tasarımı, paketleme ve bütünleştirmeyi yöneten

Çipin mevcut tekniklere dayalı olması, yeni kurulumlar yaratmaya gerek kalmadığı anlamına gelir; bu da ölçeklenebilir kuantum bilgisayarların yolunu açar.

Kuantum Sistemlerine Yatırım 

Kuantum teknolojisi dünyası, her geçen yıl gerçeğe daha da yaklaşıyor. International Business Machines (IBM ) bu alanda, özellikle kuantum hesaplamada, önde gelen şirketlerden biridir. Yakın zamanda IBM® ve kuantum girişimi Pasqal, bir beyaz kitap² yayımladı; bu belgede kuantum avantajının tanımını, iddiaların bilimsel olarak nasıl doğrulanabileceğini ve bu avantajın nasıl elde edilebileceğini ortaya koydular.

International Business Machines (IBM )

Bu ay, IBM Quantum, Moderna ile iş birliği yaparak kuantum simülasyonu ile mRNA yapısını modelledi. Bunun için IBM Quantum Heron işlemcisinin 80 qubit’ini kullandılar ve “insan sağlığını iyileştirmeyi” amaçlayan özel bir algoritma çalıştırdılar.

“Günümüz ilerlememizi ölçeklendirmek için kuantum bilgisayarları da dahil olmak üzere mevcut tüm araçları keşfetmemiz kritik. Teknolojinin tam olarak olgunlaşmasını beklemek yerine şimdi harekete geçmeliyiz.”

– Moderna Kuantum Algoritmaları ve Uygulamaları Bilimsel Direktörü Alexey Galda

Geçen ay IBM, dünyanın ilk büyük ölçekli kuantum bilgisayarını inşa edeceğini duyurdu; bu sistemin 2029’da müşterilere teslim edilmesi planlanıyor. 

Fault‑tolerant kuantum bilgisayar IBM Starling, mevcut kuantum bilgisayarlardan 20.000 kat daha güçlü olacak ve “dünyanın en güçlü süper bilgisayarlarının bir quindecillion’undan daha fazla belleğe” ihtiyaç duyacak.

Şirketin yol haritasına göre, Starling’in gelmesi birkaç kilometre taşıyla takip edilecek; bunlar arasında önümüzdeki yıl ‘kuantum avantajı’ demonstrasyonu yer alıyor; bu aşamada kuantum bilgisayarlar pratik uygulamalarda klasik bilgisayarları geride bırakacak.

Bunun öncesinde, IBM Quantum Loon, bu yılın ilerleyen zamanlarında Nighthawk çipiyle birlikte tanıtılacak. Ve gelecek yıl IBM Quantum Kookaburra, şirketin ilk modüler işlemcisiyle kodlanmış bilgiyi depolayıp işleyebilecek. Ardından IBM Quantum Cockatoo, bir yıl sonra piyasaya sürülecek; mimarisi “kuantum çiplerini daha büyük bir sistemdeki düğümler gibi bağlayarak, aşırı büyük çipler inşa etme ihtiyacını ortadan kaldıracak.”

Bu duyurular, on yılın sonuna kadar Starling’in lansmanına yol açacak. Bu yenilik, “200 mantıksal qubit ile 100 milyon kuantum operasyonu” çalıştırmayı hedefliyor.

Starling ile IBM, gerçek dünya sorunlarını çözmeyi amaçlıyor; bu, kuantum teknolojisinin henüz başaramadığı bir hedef. CEO Arvind Krishna’ya göre, kuantum bilgisayarları “iş dünyası için muazzam fırsatlar açacak.”

Yol haritasına göre, IBM’in kuantum hedefleri Starling’i aşacak. Blue Jay, ikinci nesil fault‑tolerant kuantum bilgisayar ISA’sı olacak ve 2033’ten sonra ortaya çıkması bekleniyor. O zamana kadar, platform 1 milyar kapı ve 2.000 mantıksal qubit’e ölçeklenebilir.

262 milyar dolarlık piyasa değerine sahip IBM, küresel hibrit bulut, AI ve danışmanlık hizmeti sağlayıcısı olarak hisse senetleri şu anda 265 dolardan üzerinde, YTD %28,29 artış gösteriyor. Şirket %2,38 temettü verimliliği sunuyor.

En son, şirket Q2 2025 sonuçlarını açıkladı; gelir %8 artarak 17 milyar dolar, faaliyetlerden net nakit 6,1 milyar dolar ve serbest nakit akışı 4,8 milyar dolar oldu.

“Gelir, kar ve serbest nakit akışı beklentilerini bir kez daha aştık. IBM, pazarda derin yenilik ve alan uzmanlığı sayesinde yüksek derecede farklılaşmış durumda; bu, müşterilerin AI’ı dağıtıp ölçeklendirmesine yardımcı oluyor. Üretken AI iş hacmimiz hızla artıyor ve artık 7,5 milyar doların üzerinde.”

– CEO Krishna

Latest International Business Machines (IBM) Stock News and Developments

Conclusion

Kuantum teknolojisi hızla ilerliyor, kavramdan ölçeklenebilir bir endüstriye geçişini sağlıyor; bu geçiş, hibrit kuantum‑elektronik‑fotonic çipler gibi atılımlarla destekleniyor. 

Kuantum ışık kaynakları, stabilizasyon elektroniklerini ve ölçeklenebilir üretimi tek bir çipte birleştirerek, çalışma kuantum geleceği için bir yol haritası oluşturdu. Kuantum fotonik sistemleri ilerledikçe, bu yeni hibrit çipler gelişmiş algılama, güvenli iletişim ağları ve kuantum bilgisayar gibi teknolojilerin temelini oluşturabilir.

IBM büyük kuantum işlemciler inşa ederken, önümüzdeki on yılın kuantum bilgisayarların gerçek dünya etkisini göstereceği bir döneme işaret ettiği kesin.

2025’in en iyi kuantum bilgisayar şirketleri listesi için buraya tıklayın.

References:

1. Kramnik, D.; Wang, I.; Ramesh, A.; Ghorbani, M.; Patel, V.; Lin, Y.; Choi, H.; Liu, Q.; Das, R.; Jensen, T.; Nakamura, S.; Lee, J.; Bowers, J. E.; Faraon, A.; Englund, D.; Painter, O.; Vučković, J. Scalable Feedback Stabilization of Quantum Light Sources on a CMOS Chip. Nature Electronics, 8, (2025). Yayınlandı online 14 Temmuz 2025. https://doi.org/10.1038/s41928-025-01410-5
2. Lanes, O.; Beji, M.; Corcoles, A. D.; Dalyac, C.; Gambetta, J. M.; Henriet, L.; Javadi‑Abhari, A.; Kandala, A.; Mezzacapo, A.; Porter, C.; Sheldon, S.; Watrous, J.; Zoufal, C.; Dauphin, A.; Peropadre, B. A framework for quantum advantage. arXiv preprint arXiv:2506.20658v2 [quant‑ph] (2025). Yayınlandı online 14 Temmuz 2025. https://doi.org/10.48550/arXiv.2506.20658