Milisaniyelik Kübitler Kuantum Teknolojisinde Bir Çığır Açıyor

Milisaniye Ölçekli Süperiletken Kübitlerde Çığır Açan Gelişme

Kuantum bilgisayarlar kriptografiyi gerçekleştirme biçimimizde devrim yaratabilir, proteinlerin 3 boyutlu konfigürasyonu gibi karmaşık simülasyonları hesaplayabilir ve muhtemelen bugün tahmin edemediğimiz çok daha fazla uygulamaya sahip olabilir.

İşlevlerini yerine getirebilmeleri için, kuantum hesaplamanın temel unsuru olan mümkün olduğunca kararlı "kübitlere" ihtiyaç duyarlar. Şimdiye kadar yalnızca "hapsed iyon" kuantum bilgisayarları son derece kararlı kübitler üretmeyi başardı. Ancak bu teknolojinin ölçeklendirilmesi, süperiletken kübitlere göre doğası gereği daha zordur.

Dolayısıyla süperiletken kübitler bu teknolojinin geleceği olabilir ancak kübitlerinin tutarlılık zamanının kararlılığında bir iyileştirmeye ihtiyaç vardır.

Princeton Üniversitesi'ndeki büyük bir araştırma ekibinin yeni başardığı şey tam da bu. Bir milisaniyeden daha uzun süre tutarlılığını koruyabilen bir tür süperiletken kübit geliştirdiler; bu, şimdiye kadar kaydedilen en iyi kübitlerden 3 kat daha uzun.

Bulgularını Nature dergisinde yayınladılar¹, Başlığın altında "2 boyutlu transmon kübitlerde milisaniye ömürleri ve tutarlılık süreleri anlayışının sonucu olarak, buzdolabında iki üç günden fazla durmayan küçük şişeler elinizin altında bulunur.

Kübit Tutarlılık Sınırı

Kuantum hesaplaması yapabilmek için bir kuantum bilgisayarının, çevreden gelen müdahalelere karşı son derece hassas olan özel bir kuantum durumu olan "tutarlılığı" koruması gerekir. Genellikle, termal gürültü ve parçacık hareketi tutarlılığı nanosaniyeler içinde bozma eğilimindedir.

Ultra soğuk koşullar gibi özel koşullarda, bir kübitin ömrü daha uzun olabilir. Ancak yine de, yeterince uzun tutarlılık, günümüz kuantum bilgisayarlarının çoğu için büyük bir sınırlamadır ve bu durum, yalnızca toplam işlem kapasitesini azaltmakla kalmayıp, aynı zamanda yazılım yükseltmeleriyle kolayca telafi edilemeyen hesaplama hatalarına da yol açar.

Dolayısıyla, hangi malzemenin daha uzun süre tutarlılığını koruyabileceğinin belirlenmesi, kuantum hesaplama endüstrisi için ticari aşamaya ulaşmadan önce atılması gereken önemli bir adımdır.

"Gerçek zorluk, bugün kullanışlı kuantum bilgisayarlarına sahip olmamızı engelleyen şey, bir kübit inşa ettiğinizde bilginin çok uzun süre saklanamaması.

Bu ileriye doğru atılan bir sonraki büyük adımdır."

Princeton Mühendislik Dekanı Andrew Houck

Araştırmacılar Transmon Kübit Tutarlılığını Nasıl Genişletti?

Araştırmacılar, Google veya IBM gibi firmaların kendi kuantum bilgisayarlarında kullandıkları aynı tip süperiletken kübitleri kullandılar. tfidye kübitleri.

Transmon kübitleri yüksek sadakate sahip olma (tek kübit kapı sadakatleri %99.9'u aşmaktadır), büyük ölçekte üretilebilme olanağına sahip olma ve 0.1 milisaniyelik yüksek tutarlılık sürelerine sahip olma avantajına sahiptir.

Bu ümit verici, ancak tutarlılık süresi hala çok düşük.

Dolayısıyla Princeton araştırmacılarının ortalama 1.68 ms süren bir kübit üretmeyi başardıklarını duyurmaları, çok büyük bir gelişmeydi.

Kaynak: Tabiat

Bu, laboratuvarda şimdiye kadar yaratılmış en iyi kübitlerden 3 kat daha uzun ömürlü, kuantum bilgisayarları geliştiren özel şirketlerin kullandığı kübitlerden ise 15 kat daha güçlü bir kübit.

Tantal ve Silisyum Kuantum Tutarlılığını Neden İyileştirir?

Tantal Tutarlılığı Artırıyor

Araştırmacılar bu sonuca ulaşmak için kullanılan malzemede iki farklı iyileştirmeden yararlandılar.

İlk olarak, kırılgan devrelerin enerjiyi korumasına yardımcı olmak için taban katmanı olarak tantal adı verilen bir metal kullandılar. Bunun nedeni, metaldeki küçük, gizli yüzey kusurlarının hareket ettikçe enerjiyi hapsedip emebilmesidir.

Özellikle çipe daha fazla kübit eklendikçe bu tip hatalar daha da sorunlu hale geliyor ve belli bir sayının üzerinde çipi kullanılamaz hale getiriyor.

Tantalın kübik kristallerinin oldukça düzenli yapısını doğrulamak için taramalı transmisyon elektron mikroskobu (STEM) kullanıldı.

Kaynak: Tabiat

Tantal, alüminyum gibi metallerle karşılaştırıldığında çok daha az kusura sahiptir ve kirleri gidermek için kullanılan sert temizleme işlemlerine karşı oldukça dayanıklıdır.

"Tantal'ı aside koyabilirsiniz, yine de özellikleri değişmez."

Faranak Bahrami – Princeton Üniversitesi'nde Araştırma

Tantalın doğrudan silikon üzerine yetiştirilmesi, üstesinden gelinmesi için yoğun çaba gerektiren bir zorluktu.
Kaydırmak için kaydırın →

Safirin Yerine Silikon

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

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

Tantal-silikon platformunda kullanılan malzemelerdeki bu iyileştirmeler bir araya gelerek, ortaya çıkan tek kübitli kapıların %99.994 oranında doğruluğa ulaşmasını sağladı.

Laboratuvar Atılımından Ölçeklenebilir Kuantum Çiplerine

Araştırmacılar, daha önceki tüm tasarımlardan daha iyi performans gösteren, tam işlevli bir kuantum çipi üretmek için bu yöntemi kullanmaya devam ettiler.

Hata oranı çarpansal olduğundan, bu tür bir iyileştirme sistem boyutuyla üssel olarak ölçeklenir. Sonuç olarak, tekil kübitler için hata oranındaki 10-15 katlık iyileştirme, çok kübitli bir bilgisayarda çok daha büyük bir etkiye sahiptir.

Önemlisi, böyle bir kübit egzotik yeni bir kavram değil, sadece farklı bir malzeme kullanan "geleneksel" bir süperiletken kübittir, bu nedenle mevcut kuantum bilgisayarlarına kolayca entegre edilebilir ve mevcut kuantum hesaplama yazılımları tarafından kullanılabilir.

Princeton'ın bileşenlerini Google'ın en iyi kuantum işlemcisi olan Willow ile değiştirmek, onun 1,000 kat daha iyi çalışmasını sağlayacak.

Princeton kübitinin faydaları sistem boyutu büyüdükçe katlanarak artıyor, bu nedenle daha fazla kübit eklemek daha da büyük faydalar sağlayacaktır.”

Princeton Mühendislik Dekanı Andrew Houck

Bu, Princeton'ın tasarımının varsayımsal 1,000-kübitlik bir bilgisayarın yaklaşık 1 milyar kat daha iyi çalışmasını sağlayabileceği anlamına geliyor.

Daha da iyisi, tantal ve silikonun kullanılması, üretim yönteminin yarı iletken endüstrisinde halihazırda kullanılan yöntemlere uyması anlamına geliyor ve bu da seri üretime, tamamen yeni bir teknolojiye kıyasla ulaşılması çok daha kolay bir dönüm noktası haline getiriyor.

Bu araştırma, silikon kuantum çiplerinin, daha önce tartıştığımız, kuantum bilişim sektörü için muhtemelen doğru yöndür.

Birlikte daha iyi kuantum ışık kaynakları, hibrit kuantum-fotonik çipler, ve kuantum bilgilerinin normal telekomünikasyon veri akışıyla birlikte taşınması olasılığıÇok daha büyük kuantum bilgisayarlara doğru atılan bu adımlar, teknolojinin hızla ticari olgunluğa ulaştığını gösteriyor.

Kuantum Bilişim İnovasyonuna Yatırım Yapmak

1. Alfabe A.Ş.

Google, kuantum hesaplamada, çoğunlukla kendi Santa Barbara'daki Google Quantum AI laboratuvarı ve Quantum AI kampüsü.

Google'ın kuantum bilgisayarı, 2019 yılında Sycamore makinesiyle "kuantum üstünlüğüne" ulaştığını iddia ederek tarihe geçti. Makine, geleneksel bir süper bilgisayarın 10,000 yılda gerçekleştireceği bir hesaplamayı 200 saniyede gerçekleştirdi.

Bu artık cüceleşti Willow adlı en yeni çipinin performansıBu, ne kadar çok kübit eklerseniz o kadar az hata almanızı sağlayacak kadar düşük bir hata oranına sahip ilk kuantum hesaplama çipidir. Bu da onu ilk ölçeklenebilir kuantum çip tasarımı yapar.

Ancak belki de Google'ın en büyük katkısı yazılım alanında olacak; bu alanda etkileyici bir geçmişe sahip, hatta donanım alanından (Arama, G Suite, Android, vb.) daha iyi bir performans sergiliyor.

Google'ın Quantum AI'sı, bilim insanlarının kuantum algoritmaları geliştirmesine yardımcı olmak üzere tasarlanmış bir yazılım paketini kullanıma sunuyor.

Ayrıca açıkça "Bu yolculukta bize katılmak isteyen araştırmacıları, mühendisleri ve geliştiricileri açık kaynaklı yazılım ve eğitim kaynakları, bizim de dahil olmak üzere Coursera'da yeni kursGeliştiricilerin kuantum hata düzeltmesinin temellerini öğrenebilecekleri ve geleceğin sorunlarını çözebilecek algoritmalar oluşturmamıza yardımcı olabilecekleri bir platform.başlıklı bir kılavuz yayınladı

Bu açık yaklaşım sayesinde Google, bulut çözümlerinin yanı sıra donanım alanında da lider konuma geldi. Google, kuantum hesaplama yazılımı ve kuantum programlama standartlarını belirleyen şirketlerden biri olabilir ve bu da ona bu alanın gelecekteki evrimini yönlendirme konusunda ayrıcalıklı bir konum kazandırabilir.

Bu arada, Waymo'nun otonom aracı da dahil olmak üzere yapay zeka çözümleri, arama ve reklamcılık sektöründe hâlâ büyük bir hakimiyete sahip olan Alphabet için yeni gelir kaynağı olabilir.

Google'ın kuantumla ilgili olmayan faaliyetleri, özellikle reklamlar ve yapay zeka hakkında daha fazla bilgi edinebilirsiniz. Aralık 2024 tarihli özel raporumuzda.

En Son Alphabet (GOOGL) Hisse Senedi Haberleri ve Gelişmeleri

Referans Alınan Çalışma:

^{1. Bland, MP, Bahrami, F., Martinez, JGC ve diğerleri. 2 boyutlu transmon kübitlerinde milisaniye ömürleri ve tutarlılık süreleri. Nature 647, 343–348 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09687-4}