Caltech, Nötr-Atom Qubitlerini 6.100’e Kadar Kelebeklerle Ölçeklendiriyor

Optik çeneler geliştirildiğinden bu yana yaklaşık dört on yıl geçti, ve bunlar hâlâ fizik, biyoloji ve tıbbı devrim niteliğinde değiştirmeye devam ediyor.

Optik çeneler, hücreler, atomlar, moleküller ve damlacıklar gibi mikroskobik nesneleri dokunmadan yakalayıp hareket ettirebilen olağanüstü bir araçtır. 

Bu araçlar odaklanmış lazerler kullanarak nesneleri manipüle eder. Yüksek odaklı bir ışık demeti kullanarak, mikroskobik ve alt‑mikroskobik parçacıkları üç boyutta sabit tutabilirler.

Demet, yüksek kaliteli bir mikroskop tarafından bir noktaya odaklanır ve bir ‘optik tuzak’ oluşturarak parçacığı tutar. Bu parçacık, ışıkla etkileşimi nedeniyle saçılım ve gradyan kuvvetlerinden oluşan bir kuvvet deneyimler.

Amerikalı fizikçi Arthur Ashkin tarafından 1986 yılında geliştirilen ve 2018 yılında bu buluşundan Nobel Fizik Ödülü alan optik çeneler, bilim insanlarının tek bir bakteri, bir sperm hücresi, DNA zincirleri, tek parçacık‑ışık etkileşimleri ve çok daha fazlasını incelemesini sağlar.

Bugün bu bilimsel aletler, simülasyon ve kuantum hesaplama alanındaki birçok öncü deneye temel oluşturmaktadır. 

Örneğin, Deneysel Fizik Bölümü ve Kuantum Optiği ve Kuantum Bilgi Enstitüsü (IQOQI) araştırmacıları yakın zamanda tek erbium atomlarını yakaladılar¹; bu, optik çene dizilerini ilk kez tek atom seviyesinde yakalamayı göstererek bu araçların basit sistemlerin ötesinde daha karmaşık kuantum deneylerine uygulanmasını genişletiyor.

Bu tür deneyler, ondalıklarca ila yüzlerce atomik qubit’i yakalar ve yakın zamanda yaklaşık bin atomluk diziler elde edilmiştir.

Bu ölçeği düşük kayıplı, uzun koherans süreli ve yüksek doğruluklu görüntüleme ile binlerce atomik qubit’e çıkarmak, ki bu kuantum hata düzeltmesi ilerlemesi için kritik öneme sahiptir, ancak büyük bir zorluktur.
Kaydırmak için kaydır →

Bununla birlikte, bu durum artık Caltech araştırmacıları tarafından deneysel olarak gösterildi. Yaklaşık 12.000 konumda 6.100 nötr atomu bir optik çene dizisiyle başarıyla yakaladılar. Aynı anda, ekip “platformun başarısını destekleyen birkaç ölçütteki en iyi performansı” aştıklarını belirtti.

Araştırmacılar 12,6(1) saniyelik bir koherans süresi kaydettiler; bu, optik çene dizisindeki hiperince qubitler için bir rekordtur. Yaklaşık 23 dakika süren bu deney, %99,98952(1) görüntüleme hayatta kalma ve %99,99 üzeri görüntüleme doğruluğu ile rekor bir seviyeye ulaştı. 

Ekip, bu sonuçların evrensel kuantum bilgisayarların yakında gerçeğe dönüşebileceğini gösterdiğini belirtiyor. 

Neden Hata Düzeltme Kuantum Hesaplamanın Yol Haritasını Hakim Kılıyor

Kuantum hesaplama, araştırmacıların ve şirketlerin dünya çapında ilgisini çekmiştir. 

BofA analistlerine göre, kuantum hesaplama pazarı ön on yılın başına doğru yaklaşık 4 milyar dolar değerine ulaşması bekleniyor. 

“Kuantum hesaplamanın vaatleri gerçektir,” diye belirten analistler, teknoloji büyümesinin hâlâ birkaç engelle karşılaştığını ve bu engeller aşılırsa, “gelirlerde çok daha anlamlı bir kırılma bekliyoruz” diye ekliyor.

Kuantum bilgisayarının destekçileri, finans, sağlık, lojistik, siber güvenlik, malzeme bilimi ve yapay zekâ gibi alanları dönüştürme potansiyeline dikkat çekiyor. 

Bu hafta HSBC Holdings, kuantum bilgisayarını finans piyasalarında kullanarak dünya çapında bir ilk başardığını duyurdu. Londra merkezli banka, IBM’in Heron kuantum işlemcisini tahvil ticaretinde kullandı ve bu, bir tahvilin belirli bir fiyatta işlem görme olasılığını tahmin etmede %34 iyileşme sağladı. 

Kuantum işleme anonimleştirilmiş bir Avrupa tahvil ticareti veri setine uygulandı, burada piyasanın verimliliğini önemli ölçüde artırma yeteneklerini gösterdi.

Diğer sektörlerde kuantum teknolojisinin pratik uygulamaları hâlâ kesinleşmemiştir; eleştirmenler, kuantum bilgisayar devriminin hem uzak hem de sınırlı olduğunu savunuyor.

Örneğin, geçen yılın sonlarında Google, Willow adlı yeni bir çip yayınladı ve bu çip alanında büyük bir atılım olduğunu söyledi, ancak kullanılan benchmark’in “bilinen gerçek‑dünya uygulaması yok.”² 

Yine de McKinsey, kuantum teknolojisi pazarının bir on yıl içinde 100 milyar dolara kadar çıkabileceğini tahmin ediyor.

Bu rakamlar, belirli problemlerinin klasik bilgisayarlarla çözülemediği, ancak kuantum bilgisayarlarla kolayca ele alınabileceği beklentisine dayanıyor; bu da diğer kuantum sistemlerini anlamamıza ve manipüle etmemize yardımcı oluyor. 

Ancak şu anda kuantum bilgisayarları, decoherence (çözülme) nedeniyle büyük zorluklarla karşı karşıyadır; bu durum qubitleri kırılgan ve hataya açık hâle getirir. Bu da güvenilir kuantum hesaplaması için maliyetli hata toleransının kritik olduğunu gösteriyor.

Qubitler ya da kuantum bitleri klasik bilgisayarlardaki bitlere eşdeğerdir. Ancak klasik bitler her zaman 0 ya da 1 iken, kuantum bitleri ölçülene kadar aynı anda her iki durumda da bulunabilir ve birden çok qubit’in durumları da dolanık (entangled) olabilir. 

Bu iki fenomen – süperpozisyon (bir qubit’in aynı anda birden çok durumda bulunabilmesi) ve dolanıklık (qubit’lerin mesafeden bağımsız olarak aynı durumu paylaşabilmesi) – kuantum bilgisayarlara klasik bilgisayarların sahip olmadığı yetenekler kazandırır.

Bununla birlikte, bu durumlar son derece kırılgandır ve çevreyle en ufak bir etkileşimle bile yok edilebilir.

Elektromanyetik parazitlerden sıcaklık değişimlerine kadar çevresel faktörler bu özellikleri çökertir, hatalı sonuçlara yol açar. Dolayısıyla, bu kırılganlık ölçeklenebilir ve güçlü kuantum bilgisayarların en büyük engellerinden biridir, ve bu yüzden çok sayıda araştırma kuantum hata düzeltmesi (QEC) üzerine odaklanmaktadır.

Araştırmacıların qubit kırılganlığını telafi edip hataları düzeltmek için kullandığı yöntemlerden biri, ekstra, yedekli qubit’ler ekleyerek kuantum bilgisayarlar inşa etmektir. Bu, sağlam bir kuantum bilgisayarın yüz binlerce qubit içermesi anlamına gelir.

Caltech’ın Rekor Kıran Nötr Atom Dizisi Miktar ve Kaliteyi Dengeliyor

Çok sayıda qubit ile hata düzeltmesi yapmayı hedefleyen kuantum bilgisayarını inşa etme yolunda Caltech’teki bir araştırma ekibi, şimdiye kadar oluşturulmuş en büyük qubit dizisini yaratarak bir rekora imza attı.

Toplam 6.100 nötr‑atom qubit, lazerler kullanılarak bir ızgara içinde hapsedildi. Daha önce bu tür bir dizi yalnızca yüzlerce qubit içeriyordu.

Nature’da yayımlanan “A tweezer array with 6100 highly coherent atomic qubits³” başlıklı çalışma, nötr atomları kullanan bu kilometre taşını detaylandırıyor. 

Nötr atomlar, net elektrik yükü olmayan atomlardır; yani proton sayısı elektron sayısına eşittir. 

İç enerji seviyelerinden yararlanarak araştırmacılar nötr atomları qubit olarak kullanabiliyor. Enerji seviyeleri lazerler ve manyetik alanlarla kontrol edilebilir ve belirli işlemler için manipüle edilebilir.

Nötr oldukları için atomlar birbirleriyle güçlü bir şekilde etkileşmez; bu da büyük atom dizilerini hapsederken büyük ölçekli kuantum işlemcileri inşa etmeyi mümkün kılar. Ayrıca nötr atomlar uzun koherans sürelerine sahiptir; bu da kuantum hesaplaması için onları avantajlı kılar.

Tabii ki, haps, soğutma ve manipülasyonun hassas kontrolüne ihtiyaç duyulması gibi zorluklar da vardır.

“Bu, nötr‑atom kuantum bilgisayarları için heyecan verici bir an. Artık büyük ölçekli, hata‑düzeltmeli kuantum bilgisayarlara giden bir yol görüyoruz. Yapı taşları yerli.”

– Araştırmanın baş araştırmacısı Manuel Endres & Caltech’te fizik profesörü

Caltech lisansüstü öğrencileri Hannah Manetsch, Gyohei Nomura ve Elie Bataille liderliğinde, çalışma optik çenelerle binlerce tek tek sezyum (Cs) atomunu bir ızgarada hapsederek gerçekleştirildi. 

Atom dizisini oluşturmak için lazer ışını 12.000 çeneye bölündü; bu da vakum odasında toplam 6.100 atomun hapsedilmesini sağladı. “Ekranda, her qubit’i bir ışık noktasında görebiliyoruz,” dedi Manetsch. “Bu, büyük ölçekli kuantum donanımının çarpıcı bir görüntüsü.”

Ekip, ölçeği artırırken kaliteyi feda etmedi; uzun koherans süreleri elde etti.

Qubit’leri yaklaşık 13 saniye süren bir süperpozisyonda tutabildiler; bu, benzer dizilerin daha önceki performansının yaklaşık on katı. Ayrıca bireysel qubit’leri %99,98 doğrulukla manipüle edebildiler.

Nomura’ya göre:

“Büyük ölçek, daha fazla atom genellikle doğruluk pahasına gelir diye düşünülür, ancak sonuçlarımız hem miktarı hem de kalitesi aynı anda elde edebileceğimizi gösteriyor. Qubit’ler kalite olmadan işe yaramaz. Şimdi hem miktar hem de kaliteye sahibiz.”

Ayrıca ekip, atomları yüzlerce mikrometre (μm) boyunca hareket ettirirken hâlâ süperpozisyonu koruduklarını gösterdi. Bunu, koşarken bir bardak suyu dengede tutmaya benzetebiliriz.

“Bir atomu hareket ettirirken tutmak, su bardağının devrilmemesine çalışmak gibidir. Aynı zamanda atomu süperpozisyon hâlinde tutmak, çok hızlı koşup suyun sıçramasını önlemek gibi bir dikkat gerektirir.”

– Manetsch

Bu yetenek, nötr‑atom kuantum bilgisayarlarının süperiletken qubit’lere kıyasla daha verimli hata düzeltmesi yapmasını sağlar.

Araştırma, nötr atomların binlerce fiziksel qubit ölçeğinde kuantum hata düzeltmesini hayata geçirmek için güçlü bir aday olduğunu gösteriyor; bu, alanın bir sonraki büyük başarısıdır.

“Kuantum bilgisayarları, hatalara toleranslı bir şekilde bilgi kodlamalı; böylece değerli hesaplamalar yapabiliriz. Klasik bilgisayarlarda qubit’ler basitçe kopyalanamaz (no‑cloning teoremi), bu yüzden hata düzeltme daha ince stratejilere dayanmak zorunda.”

– Bataille

Süperpozisyon hâli elde edildiğinde, bu bilgi işleme ve depolama için kritik bir rol oynar; ekip şimdi dizi içindeki qubit’leri birbirine bağlayarak dolanıklık (entanglement) üzerinde çalışacak.

Dolanıklık hâline ulaşarak kuantum bilgisayarlar tam kuantum hesaplamaları ve simülasyonları gerçekleştirebilecek. Dolanıklığı kullanarak araştırmacılar yeni bilimsel keşifler yapabilecek.

“Kuantum mekaniğinin yalnızca öğretebileceği şekillerde evreni öğrenmemize yardımcı olacak makineler yaratıyor olmamız heyecan verici.”

– Manetsch

Yeni Hata Bastırma Mimarileri ve Hiper‑Entanglement Sonuçları

Endres ve ekibi uzun süredir kuantum bilgisayarları üzerinde çalışıyor. Tek atomları optik çenelerle kontrol etme konusunda uzman ve kuantum sistemlerinin temel özelliklerini inceleme amaçlıyor. 

6.000’den fazla tek tek atomu kontrol eden rekor kıran kuantum sisteminin yanı sıra, ekibin deneyleri kuantum makinelerde hataları silmek için yeni teknikler ve dünyanın en hassas saatlerini sağlayabilecek yeni bir cihaz geliştirdi.

Bu yıl Mayıs ayında, bir çalışma yayınladılar⁴; bu çalışma atomların titrek hareketi sorununu ele alıyor, ki bu hareket sistemi kontrol etmeyi zorlaştırıyor. Yaptıkları şey, bu sorunu kuantum bilgiyi kodlamak için kullanmak.

“Atom hareketi, genellikle kuantum sistemlerinde istenmeyen bir gürültü kaynağı olarak ele alınır, ancak bunu bir güç kaynağına dönüştürebileceğimizi gösteriyoruz.”

Çalışmanın ortak lider yazarı Adam Shaw

Deneyleri, atomların hareketinde kuantum bilgiyi kodladı ve bu da hiper‑entanglement hâline yol açtı.

Bu, hiper‑entangled atom çiftlerinin bireysel elektronik durumları ve hareket hâllerinin birbirleriyle korele olduğu anlamına geliyor. Bu gösterim, nötr atomlar ya da iyonlar gibi kütleli parçacıklarda hiper‑entanglement’in ilk örneği olup, aynı anda daha fazla özelliğin de entangle edilebileceğini gösteriyor.

“Bu, atom başına daha fazla kuantum bilgi kodlamamıza izin veriyor,” dedi Endres. “Daha az kaynakla daha fazla dolanıklık elde ediyoruz.”

Deneyleri için, bireysel alkalin‑toprak nötr atomları optik çeneler içinde hapsederek “tespiti ve ardından termal hareketli uyarıların aktif düzeltmesi” yoluyla yeni bir soğutma biçimi gösterdiler.

Ekip, esasen her atomun hareketini ölçüyor ve sonuca göre atom‑atom bir işlem uyguluyordu.

Bu teknik, atomları neredeyse tamamen durma hâline getirdi. Daha sonra atomlar 100 nanometre genli bir salınıma zorlandı; bu da onları aynı anda iki ayrı salınıma yönlendirdi ve hareketi süperpozisyon hâline soktu. 

Bireysel atomlar sonra partner atomlarla dolanık hâle getirildi; bu partner atomlar da hareket ve elektronik durumları korele edecek şekilde hiper‑entangled oldu.

“Temelde amaç, bu atomları ne kadar kontrol edebileceğimizin sınırlarını zorlamak. Bir kutuphaneyi inşa ediyoruz: Elektronları kontrol etmeyi biliyorduk, şimdi atomun dış hareketini de tamamen kontrol etmeyi öğrendik. Bu, tamamen hâkim olduğunuz bir atom oyuncağı gibi.”

– Endres

Caltech’teki bir başka çalışma, Caltech Üniversite Kampüsü’ndeki Caltech Quantum Computing Center’da yürütülen araştırmacılar yeni bir kuantum çip mimarisi⁵ gösterdi; bu mimari hataları bastırmak için tasarlandı. 

“Kuantum bilgisayarların başarılı olabilmesi için hata oranlarının bugün olduğundan bir milyar kat daha iyi olması gerekir,” dedi AWS’te kuantum donanım başkanı ve Caltech fizik profesörü Oskar Painter. Hata oranları düşse de bu süreç yavaş ilerliyor, “her iki yılda iki kat” gibi bir oranla; bu süreci hızlandırmak için yeni bir çip mimarisi geliştiriyorlar, ancak bu “erken bir yapı taşı” olarak nitelendiriliyor.

Araştırmacılar, bit‑flip hatalarını büyük ölçüde azaltan cat qubit’leri kullanıyor; geriye sadece faz‑flip hataları kalıyor ve bunlar düzeltilmesi gereken tek hata türü. Bu, araştırmacıların bir tekrar kodu (repetition code) kullanabilmesini sağlıyor. Yeni çiplerinde Ocelot adı verilen bu çip, klasik bir tekrar kodu sayesinde hata düzeltmesi için gereken ek qubit sayısını %90’a kadar azaltıyor.

“Daha ölçeklenebilir bir mimari gösterdik; bu, hata düzeltmesi için gereken ek qubit sayısını %90’a kadar azaltabilir.”

– Fernando Brandão, Caltech Teorik Fizik Profesörü ve AWS Uygulamalı Bilim Direktörü

Bunu başarmak için Ocelot çipi beş cat qubit, osilasyonlarını stabilize eden özel tampon devreler ve faz hatalarını tespit eden dört destek qubit’i birleştiriyor. Tekrar kodu, üçten beşe cat qubit’e çıktıkça faz‑flip hatalarını yakalamada daha etkili olduğunu gösterdi.

Kuantum Teknolojisine Yatırım

Şimdi, pazarda en saf kuantum bilgisayar oyunlarından biri IonQ (IONQ ), tutulan‑iyon yaklaşımını teknoloji gerçeğe dönüştürmek için kullanıyor. Gerçekten öne çıkan özelliği, yüksek‑doğruluklu kapılar, büyük bulut platformlarıyla entegrasyon, agresif satın almalar ve güçlü patent büyümesi, ancak ölçekleme maliyetleri büyük bir zorluk oluşturuyor.

IonQ (IONQ )

Bir on yıl önce, Maryland Üniversitesi ve Duke Üniversitesi’ndeki yıllarca süren araştırmalara dayanarak kurulan IonQ, tutulan‑iyon kuantum bilgisayarları geliştiriyor. Şirketin amacı bu teknolojiyi ticari, endüstriyel ve akademik uygulamalara getirmektir. 

Bunun için şirket iyonlaştırılmış atomlara odaklanıyor; bu atomların bilgisayarlarını daha karmaşık hesaplamaları daha uzun süre ve daha az hata ile yapabilmesini sağlayacağına inanıyor.

Bu ay IonQ %99,9 üzeri iki‑qubit kapı doğruluğu elde ettiğini barium geliştirme platformlarında duyurdu; bu, ticari sistemi IonQ Tempo’ya daha da yaklaştırıyor.

Bu kilometre taşı “kurumsal‑düzey sistemler için kritik bir eşik” olarak nitelendirildi, dedi IonQ Mühendislik ve Teknoloji SVP’si Dean Kassmann; “yerel kapı doğruluğu ne kadar yüksek olursa, tüm hata düzeltme ihtiyacı o kadar azalır. Daha yüksek doğruluk, daha hızlı ve daha doğru kuantum uygulamaları için de şarttır.”

Baryum iyonlarını qubit olarak kullanmak şirketin tarihinin büyük bir kısmında çalıştığı ytterbium iyonlarından bir kaymadır. Baryum iyonları, daha yüksek kapı hızları, daha yüksek yerel doğruluk sınırı, daha iyi kararlılık, daha düşük durum hazırlama/ölçüm (SPAM) hataları ve üstün genel performansları nedeniyle seçildi. 

IonQ ayrıca, şimdi 1.000’i geçen sağlam bir patent portföyüne sahip; bu, şirketi ölçeklenebilir, yüksek‑performanslı, maliyet‑etkin sistemler geliştirmeye konumlandırıyor ve benzersiz ticari kuantum avantajı için zaman çizelgesini hızlandırıyor.

29 Eylül 2025 itibarıyla IONQ hisse fiyatı 64,26 $ (tüm zamanların en yüksek seviyesi 23 Eylül 2025 tarihinde 75,14 $). Bu, 30 Eylül 2024 kapanış fiyatı 8,74 $’ın yaklaşık 7,4 katı. Yıl‑başından‑bu‑yana performans kaynak pencereye göre değişmekle birlikte genel olarak +%50‑90 civarında. Piyasa değeri yaklaşık 20‑22 milyar $.

Şirketin TTM EPS’i -2,02 ve TTM P/E oranı -33,35.

Finansallarına gelince, IonQ 30 Haziran 2025’de sona eren ikinci çeyrekte 20,7 milyon $ gelir bildirdi. Net zarar 177,5 milyon $. Dönem sonu nakit, nakit benzerleri ve yatırımlar 656,8 milyon $ idi.

Bu çeyrekte şirket, sektördeki tek kurumdan gelen en büyük özkaynak yatırımını alarak bilançosunu güçlendirdi. IonQ ayrıca kuantum bağlantı şirketi Lightsynq ve uzay teknolojisi şirketi Capella’nın satın alımını tamamladı ve Oxford Ionics’i 1,075 milyar $ karşılığında satın almayı önerdi.

“IonQ donanım‑yazılım uzmanlığı ile Oxford’un ion‑tuzak‑çip‑entegrasyonu, ekibi, IP’yi, teknolojiyi ve ivmeyi 2027’de 800 mantıksal qubit ve 2030’da 80 000 mantıksal qubit elde etmek için sağlıyor.”  

– CEO Niccolo de Masi

İkinci çeyrekte IonQ, AstraZeneca, NVIDIA ve AWS iş birliğiyle kuantum‑hızlandırmalı bir kimya‑hesaplama iş akışında (ilaç geliştirme için) %20’ye kadar hız artışı sağladığını bildirdi.

Son IonQ (IONQ) Hisse Senedi Haberleri ve Gelişmeler

Sonuç

Kuantum teknolojisi geniş çapta endüstrileri devrim niteliğinde değiştirecek ve karmaşık problemleri çözecek beklentisiyle görülüyor. Caltech’teki rekor kıran deney, büyük ölçekli, hata‑düzeltmeli kuantum bilgisayarların gerçeğe daha yakın olabileceğini gösteriyor.

Bu tür araştırmalar, yeni mimariler, malzeme ilerlemeleri ve ticari oyuncuların geliştirmeyi hızlandırmasıyla birlikte, kuantum teknolojisinin önümüzdeki yıllarda evrensel bir araç haline gelerek bilim ve toplumda çığır açan gelişmelere yol açması muhtemel.

Üst düzey kuantum hesaplama şirketlerinin listesi için buraya tıklayın.

Referanslar

1. Grün, D. S., White, S. J. M., Ortu, A., Di Carli, A., Edri, H., Lepers, M., Mark, M. J. & Ferlaino, F. (2024). Optical Tweezer Arrays of Erbium Atoms. Physical Review Letters, 133, 223402. Yayınlandı 26 Kasım 2024. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.223402
2. Neven, H. (2024, 9 Aralık). Meet Willow, our state‑of‑the‑art quantum chip. Google Research Blog. Erişim: https://blog.google/technology/research/google-willow-quantum-chip/
3. Manetsch, H. J., Nomura, G., Bataille, E., et al. (2025). A tweezer array with 6100 highly coherent atomic qubits. Nature. Yayınlandı 24 Eylül 2025. https://doi.org/10.1038/s41586-025-09641-4
4. Manetsch, H. J., Nomura, G., Bataille, E., Leung, K. H., Lv, X. & Endres, M. (2025). A tweezer array with 6100 highly coherent atomic qubits. Nature. (Version of Record), yayınlandı 24 Eylül 2025. https://doi.org/10.1038/s41586-025-09641-4
5. Putterman, H., Noh, K., Hann, C. T., et al. (2025). Hardware‑efficient quantum error correction via concatenated bosonic qubits. Nature, 638, 927–934. (Version of Record), yayınlandı 26 Şubat 2025. https://doi.org/10.1038/s41586-025-08642-7