Milisaniyelik Qubitler Kuantum Teknolojisinde Bir Atılımı İşaret Ediyor

Milisaniye Ölçeğinde Süperiletken Qubitlerde Atılım

Quantum bilgisayarlar, şifreleme işlemlerimizi devrim niteliğinde değiştirebilir, proteinlerin 3B konfigürasyonu gibi karmaşık simülasyonları hesaplayabilir ve muhtemelen bugün henüz tahmin edebildiğimizden çok daha fazla uygulamaya sahip olabilir.

İşlev görebilmeleri için mümkün olduğunca kararlı “qubit”lere, yani kuantum hesaplamanın temel unsuruna ihtiyaç duyarlar. Şu ana kadar, sadece “tutulan iyon” kuantum bilgisayarları yüksek kararlılıktaki qubitleri üretebilmiştir. Ancak bu teknoloji, süperiletken qubitlere göre ölçeklendirilmesi doğası gereği daha zordur.

Dolayısıyla süperiletken qubitler bu teknolojinin geleceği olabilir, ancak qubitlerinin koherens süresindeki kararlılığın artırılması gerekmektedir.

Tam da bu, Princeton Üniversitesi’nden büyük bir araştırmacı ekibinin yeni başardığı şeydir. Milisaniyeden uzun bir sürede koherensini koruyabilen bir süperiletken qubit türü yarattılar; bu, kaydedilen en iyi sürenin 3 katı demektir.

They published their findings in Nature¹, under the title “2D transmon qubitlerinde milisaniyelik ömürler ve koherens süreleri”.

Qubit Koherens Sınırı

To perform quantum computation, a quantum computer needs to maintain “coherence”, a special quantum state that is extremely vulnerable to interference from the environment. In general, thermal noise and particle movement tend to destroy coherence in nanoseconds.

Ultra-soğuk gibi özel koşullarda, bir qubitin ömrü daha uzun sürebilir. Ancak yine de yeterince uzun koherens, günümüzdeki çoğu kuantum bilgisayarının büyük bir sınırlamasıdır; bu durum, yalnızca toplam hesaplama kapasitesini azaltmakla kalmaz, aynı zamanda yazılım güncellemeleriyle kolayca telafi edilemeyen hesaplama hatalarına yol açar.

Dolayısıyla, koherensi daha uzun süre koruyabilen materyalin belirlenmesi, kuantum bilişim endüstrisinin ticari aşamaya ulaşmadan önce atılması gereken kritik bir adımdır.

“Gerçek zorluk, bugün faydalı kuantum bilgisayarlarına sahip olamamızın nedeni, bir qubit inşa ettiğinizde bilginin çok uzun sürmemesidir.

Bu, bir sonraki büyük sıçrama olacak.”

Andrew Houck, Princeton’s dean of engineering

Araştırmacıların Transmon Qubit Koherensini Nasıl Uzattığı

Araştırmacılar, Google veya IBM gibi firmaların kendi kuantum bilgisayarlarında kullandığı aynı süperiletken qubit türünü, transmon qubitleri, kullandılar.

Transmon qubitleri, yüksek doğruluk (tek-qubit kapı doğrulukları %99,9’un üzerinde), ölçekli üretim imkanı ve 0,1 milisaniye gibi yüksek koherens süreleri avantajına sahiptir.

Bu umut verici, ancak koherens süresi hâlâ çok düşük.

Dolayısıyla Princeton araştırmacıları, ortalama 1,68 ms süren bir qubit yaratabildiklerini duyurduğunda, bu büyük bir iyileşme anlamına geliyor.

Kaynak: Nature

Bu, bir laboratuvarda şimdiye kadar oluşturulan en iyi qubitin 3 katı daha uzun bir süresi ve kuantum bilgisayarları geliştiren özel şirketler tarafından kullanılanın 15 katı daha güçlü bir süredir.

Neden Tantalum ve Silikon Kuantum Koherensini Artırıyor

Tantalum Koherensi Artırıyor

Bu sonuca ulaşmak için araştırmacılar, kullanılan materyalde iki farklı iyileştirme yaptılar.

İlk olarak, kırılgan devrelerin enerjiyi korumasına yardımcı olmak için temel katman olarak tantalum adlı bir metal kullandılar. Bunun nedeni, metaldeki küçük, gizli yüzey kusurlarının enerjiyi yakalayıp absorbe edebilmesidir.

Bu, çipe daha fazla qubit eklendikçe özellikle sorunlu hâle gelir; bu tür hatalar belirli bir sayıyı aşınca çipi işe yaramaz hale getirecek kadar çoğalır.

Tantalumın kübik kristallerinin son derece düzenli yapısını doğrulamak için Taramalı Geçirimli Elektron Mikroskopisi (STEM) kullanıldı.

Kaynak: Nature

Alüminyum gibi metallere kıyasla, tantalum çok daha az kusura sahiptir ve safsızlıkları temizlemek için kullanılan sert temizlik süreçlerine karşı yüksek direnç gösterir.

“Tantalumu aside koyabilirsiniz, özellikleri yine de değişmez.”

Faranak Bahrami – Research at Princeton University

Tantalumu doğrudan silikon üzerine büyütmek, aşılması kapsamlı çaba gerektiren bir zorluktu.
Kaydırmak için kaydır →

Silikon, Safir Yerine

Koherensi kaybetmeye yol açan bir diğer enerji kaybı kaynağı, kuantum çiplerinde kullanılan safir alt tabakadır.

Bunun yerine araştırmacılar, geleneksel bilgisayar endüstrisinin yaygın standart malzemesi olan yüksek kaliteli (yüksek dirençli) silikonu kullandılar.

Birlikte, bu malzeme iyileştirmeleri sayesinde ortaya çıkan tek-qubit kapılar %99,994 doğruluk elde etti.

Laboratuvar Atılımından Ölçeklenebilir Kuantum Çiplere

Araştırmacılar, yöntemlerini kullanarak önceki tüm tasarımları geride bırakan tam işlevsel bir kuantum çip inşa ettiler.

Hata oranı çarpanlı olduğu için, bu tür bir iyileşme sistem boyutuyla üssel olarak ölçeklenir. Sonuç olarak, tek qubitlerdeki 10-15 katlık hata oranı iyileşmesi, çoklu qubitli bir bilgisayarda çok daha büyük bir etki yaratır.

Önemli olan, böyle bir qubit egzotik bir yeni kavram değil, sadece farklı bir malzeme kullanan “geleneksel” bir süperiletken qubit olmasıdır; bu sayede mevcut kuantum bilgisayarlara kolayca entegre edilebilir ve mevcut kuantum bilişim yazılımları tarafından kullanılabilir.

“Princeton’un bileşenlerini Google’ın en iyi kuantum işlemcisi Willow’a takmak, onun 1.000 kat daha iyi çalışmasını sağlayacaktır.

Princeton qubitinin faydaları sistem boyutu büyüdükçe üssel olarak artar, bu yüzden daha fazla qubit eklemek daha büyük fayda getirir.

Andrew Houck, Princeton’s dean of engineering

Bu, Princeton tasarımının varsayımsal 1.000 qubitlik bir bilgisayarın yaklaşık 1 milyar kat daha iyi çalışmasını sağlayabileceği anlamına gelir.

Dahası, tantalum ve silikon kullanımı, üretim yönteminin yarı iletken endüstrisinin halihazırda kullandığı yöntemlerle uyumlu olduğunu gösterir; bu da kitlesel üretimi tamamen yeni bir teknolojiye kıyasla çok daha kolay bir hedef haline getirir.

Bu araştırma, daha önce tartıştığımız silikon kuantum çiplerinin, kuantum bilişim endüstrisi için muhtemelen doğru yön olduğunu gösteriyor.

Daha iyi kuantum ışık kaynakları ile birlikte, hibrit kuantum-fotonik çipler ve kuantum bilgisini normal telekom veri akışıyla birlikte taşıma olasılığı gibi adımlar, çok daha büyük kuantum bilgisayarlara doğru bu ilerlemeler, teknolojinin hızla ticari olgunluğa ulaştığını gösteriyor.

Kuantum Bilişim Yeniliklerine Yatırım

1. Alphabet Inc.

Google, kuantum bilişimde çok aktif olup, çoğunlukla Google Quantum AI laboratuvarı ve Santa Barbara’daki Quantum AI kampüsü aracılığıyla faaliyet göstermektedir.

Google’ın kuantum bilgisayarı, 2019’da Sycamore makinesiyle “kuantum üstünlüğü” elde ettiğini iddia ederek tarihe geçti. Makine, geleneksel bir süper bilgisayarın 10.000 yıl süreceği bir hesabı 200 saniyede gerçekleştirdi.

Bu, artık Willow adlı en yeni çipinin performansı karşısında önemsiz kalıyor. Bu, eklediğiniz qubit sayısı arttıkça hatanın azaldığı kadar düşük bir hata oranına sahip ilk kuantum bilgisayar çipi. Bu da onu ilk ölçeklenebilir kuantum çip tasarımı yapıyor.

Ancak Google’ın belki de en büyük katkısı yazılımda olacaktır; bu alanda donanımdan (Arama, G Suite, Android vb.) daha etkileyici bir geçmişe sahiptir.

Şimdiden Google Quantum AI, bilim insanlarının kuantum algoritmaları geliştirmelerine yardımcı olmak için tasarlanmış bir yazılım paketi sunuyor.

It also openly advocates for “araştırmacıların, mühendislerin ve geliştiricilerin bu yolculuğa katılmaları içinaçık kaynak yazılım ve eğitim kaynaklarımız, dahil olmak üzereCoursera’daki yeni kurs, geliştiricilerin kuantum hata düzeltmesinin temellerini öğrenebilecekleri ve geleceğin problemlerini çözebilecek algoritmalar oluşturmamıza yardımcı olabilecekleri bir yerde.”

Bu açık yaklaşım sayesinde Google, hem donanımda hem de bulut çözümlerinde lider konuma geldi. Google, kuantum bilişim yazılımı ve kuantum programlamasının standartlarını belirleyen şirketlerden biri olabilir ve bu da ona alanın gelecekteki evrimini yönlendirme konusunda ayrıcalıklı bir konum kazandırıyor.

Bu arada, Waymo’nun otonom aracı da dahil olmak üzere AI çözümleri, hâlâ arama ve reklam endüstrilerinde büyük bir hakimiyet sürdüren Alphabet (GOOG ) için yeni bir gelir kaynağı haline gelebilir.

Google’ın kuantum dışı faaliyetleri, özellikle reklamlar ve AI hakkında daha fazla bilgi edinebilirsiniz, Aralık 2024 tarihli özel raporumuzda.

En Son Alphabet (GOOGL) Hisse Senedi Haberleri ve Gelişmeler

Referans Çalışma:

^{1. Bland, M.P., Bahrami, F., Martinez, J.G.C. et al. 2D transmon qubitlerinde milisaniyelik ömürler ve koherens süreleri. Nature 647, 343–348 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09687-4}