Tek-Atom Qubit’lerle Kuantum Bilgisayarların Ölçeklendirilmesi

Tek-Atom Qubit’ler: Kuantum Hesaplama için Yeni Bir Dönem

Quantum bilgisayarlar, bireysel atomların davranışlarındaki ufak farklılıkları hesaplama için kullanan son derece karmaşık makinelerdir. Bu nedenle, hem atomik ve tekil parçacık ölçeğinde evrenin doğasına dair yeni içgörüler sunar hem de bu içgörüleri kullanırlar.

Bu tür içgörüler, ölçeklenebilir kuantum bilgisayarlar inşa etmek için muhtemelen gereklidir; sistem ne kadar karmaşık olursa, pratik kullanım için yeterince büyük bir bilgisayar inşa etmek o kadar zorlaşır.

Avustralya, Sydney Üniversitesi araştırmacıları, bir atom içinde birden fazla kuantum hesaplama verisini kodlamayı yeni yeni başarmış ve bu, kuantum bilgisayar qubit’lerinin (normal bilgisayarların bit’lerinin kuantum eşdeğeri) fiziksel boyutunu devrim niteliğinde küçültebilir.

They published their results in the prestigious scientific journal Nature Physics¹, under the title “Gottesman–Kitaev–Preskill mantıksal qubit’leri için evrensel kuantum kapı seti”.

Qubit’leri Güvenilir Hale Getirmek

Şu anda, qubit’ler ya “tutulan iyon” yöntemiyle ya da ultra-soğuk süperiletken malzemelerle üretiliyor.

Kaynak: Forbes

Both methods have their limitations:

• Tutulan iyonlar yalnızca birkaç qubit içerir, ancak daha güvenilirdir ve daha az hata üretir.
• Süperiletken malzemeler daha fazla qubit barındırır ve ölçeklendirilmesi daha kolay beklenirken, hata oranı daha yüksektir.

In both cases, error rate affects the physical-to-logical qubits ratio, or the amount of physical qubits required to create a functional qubit from a computing point of view.

Yararlı (veya mantıksal) qubit sayısı arttıkça, gereken fiziksel qubit sayısı da daha da artar. Bu ölçeklendikçe, kullanılabilir bir kuantum makinesi oluşturmak için gereken qubit sayısı mühendislik kabusu hâline gelir.

So, making quantum computers more error-resistant is maybe the most important task of researchers in the field at the moment, as it would lift the main hindrance to the building of useful large-scale quantum computers.

Kaydırarak kaydırın →

Qubit’leri Küçültmek

Avustralyalı araştırmacılar, bir tutulan iyon (yüklü bir ytterbium atomu) kuantum hesaplama sistemi ve Gottesman‑Kitaev‑Preskill (GKP) kodu adı verilen bir veri kodlama yöntemi kullandılar.

GKP, kuantum bilgisayarlardaki hataları düzeltmeye yardımcı olması beklenen bir kod türüdür. Ancak pratikte bir tane oluşturmak şu ana kadar çok zor olmuştur.

Anahtar, bilgisayarların – kuantum ve klasik – programlanabilir olmasını sağlayan bir “mantıksal kapı” yaratmaktır.

Quantum Control Laboratuvarı’ndan çıkan bir yan kuruluş olan Q‑CTRL tarafından geliştirilen kuantum kontrol yazılımı kullanılarak, araştırmacılar verileri 3B bir ortamda tek bir atom içinde kodladılar.

Özetle, iki veri seti tek bir atomun titreşimi olarak depolanıyor; bir set “soldan sağa” titreşim, diğer set ise “yukarı ve aşağı” titreşim olarak kaydediliyor.

“Etkin bir şekilde, iki hata‑düzeltilebilir mantıksal qubit’i tek bir tutulan iyon içinde sakladık ve aralarındaki dolaşıklığı gösterdik.

Vassili Matsos – Fizik Okulu ve Sydney Nano doktora öğrencisi”

Tek-Atom Mantıksal Kapı İnşa Etmek

Bu kuantum fiziği başarısını gerçekleştirmek için, tek atomu odada tutan ve doğal titreşimlerini kontrol edip karmaşık GKP kodlarını üretmek amacıyla bir dizi lazer kullandılar.

Kaynak: Nature Physics

“Oda sıcaklığı” kısmı çok önemlidir; çünkü bu, mutlak sıfıra yakın sıcaklık ve sıvı helyum gerektiren süperiletken kuantum bilgisayarlara göre çok daha kolay ve ucuz bir uygulama sağlar.

“Deneylerimiz, GKP qubit’leri için evrensel bir mantıksal kapı setinin ilk gerçekleşimini gösterdi.

Bunu, tutulan bir iyonun doğal titreşimlerini (harmonik salınımları) hassas bir şekilde kontrol ederek, bireysel GKP qubit’lerini manipüle edebildiğimiz ve onları çift olarak dolaşıklık yaratabildiğimiz bir şekilde yaptık.”

Dr Tingrei Tan – University of Sydney Nano Institute

Ölçeklenebilir Kuantum Bilgisayarlara Doğru

Oda sıcaklığı kontrolleri, tek‑atom mantıksal kapı ve hata azaltma kodunun birleşimi bu keşfi bu kadar önemli kılıyor.

Birlikte, bu, inşa edilmesi çok daha basit ve ölçeklendirilmesi çok daha kolay olabilecek yeni bir tutulan‑iyon kuantum bilgisayarının yolunu açıyor.

“Deneylerimiz, bu yüksek‑kaliteli kuantum kontrollerinin birden fazla mantıksal qubit’i manipüle etmek için kilit bir araç olduğunu gösteren önemli bir kilometre taşını başardı.

Bu qubit’lerle evrensel kuantum kapılarını göstererek, donanım‑verimli bir şekilde büyük‑ölçekli kuantum bilgi işlemine doğru bir temel oluşturduk.”

Dr Tingrei Tan – University of Sydney Nano Institute

Paralel olarak, kuantum bilgisayarlarını birbirine bağlama potansiyelini gösteren birkaç yeni keşif de yakın zamanda yapıldı. Böylece her biri daha güçlü hale geldikçe ve kuantum ağları gerçeğe daha yakınlaştıkça, kullanılabilir qubit kapasitesinde bir patlama yaratabilir.

Kuantum Bilgisayarlar Yeni Fiziği Açığa Çıkarıyor

Ölçeklendirilmiş kuantum bilgisayarlar, büyük veri kapasitesi sayesinde şifreleme ve bilimsel araştırmaları devrim niteliğinde değiştirecek, ikili bilgisayarlarla çözülemeyen karmaşık problemleri çözebilecek.

Ayrıca, fizikçilerin kuantum alemini incelemesi için tamamen yeni bir yol da dolaylı olarak açabilir.

Bu, Princeton Üniversitesi, Cornell Üniversitesi, Purdue Üniversitesi, University of Nottingham (İngiltere), Technical University of Munich (Almanya) ve Google Research araştırmacılarının Google’ın kuantum bilgisayarları üzerinde yaptığı analizlerin bir sonucu; Nature’da yayımlanan yeni bir çalışma² “(2 + 1)D kafes gauge teorilerinde yüklerin ve tellerin dinamiklerini görselleştirme” başlığını taşıyor.

Gauge Teorisi Ölçümü

Google kuantum bilgisayarı, araştırmacıların “Kafes Gauge Teorisi” (LGT) denilen, kuvvet taşıyıcı alanları (elektromanyetik alan gibi) ve bu alanları taşıyan gauge bozonlarını (temel parçacıklar) öne süren bir kuantum alan teorisini deney ve test etmelerine olanak tanıyor.

Kaynak: Nature

Ekip, parçacıkların ve onları bağlayan görünmez “tel”lerin nasıl davrandığını, dalgalandığını ve hatta kırıldığını gösterdi.

Kaynak: Nature

Araştırmacılar, bu çalışmada bu “tel”lerin kuantum bilgisayarlarında ölçülebileceğini ve gözlemlenebileceğini doğruladı.

“Kuantum işlemcinin gücünden yararlanarak, belirli bir gauge teorisi tipinin dinamiklerini inceledik ve parçacıkların ve onları bağlayan görünmez ‘tel’lerin zaman içinde nasıl evrildiğini gözlemledik.”

Pedram Roushan – Google Quantum AI

Yüksek enerjili parçacık hızlandırıcılarına ihtiyaç duymadan, kuantum etkilerini gözlemlemek için çok kontrollü durumlar yaratarak, kuantum bilgisayarların temel fizik araştırmalarının kilit araçları haline gelebileceği açıkça ortaya çıkıyor.

“Çalışmamız, kuantum bilgisayarların evrenimizi yöneten temel kuralları keşfetmemize nasıl yardımcı olabileceğini gösteriyor.

Bu etkileşimleri laboratuvar ortamında simüle ederek, teorileri yeni yollarla test edebiliriz.”

Michael Knap, TUM Doğa Bilimleri Okulu Kollektif Kuantum Dinamikleri Profesörü

Ölçeklenebilir Kuantum Bilgisayarların Geleceği

Kuantum bilgisayarların potansiyeli henüz tam olarak anlaşılmadı; çünkü temel prensiplerinden sürekli olarak yeniden icat ediliyorlar; bu, ilk bilgisayarların delikli kartlardan vakum tüplerine, ardından silikon transistörlere geçişine benziyor. Ancak değişim hızı çok daha hızlı.

Bu, çok yakında daha büyük ve daha güçlü kuantum bilgisayarların üretiminde büyük ilerlemeler görebileceğimiz ve bu bilgisayarların daha da büyük kapasiteler için birbirine bağlanabileceği anlamına geliyor.

Bu, sadece çok daha yüksek hesaplama kapasiteleri değil, aynı zamanda maddeler ve kuantum fiziği hakkında tamamen yeni bir anlayışın yolunu da açabilir; örneğin Microsoft’ (MSFT ) un kuantum ekiplerinin (Majorana‑1 çipi) yakın zamanda gösterdiği “topolojik durum” gibi tamamen yeni bir madde hali.

Kuantum Hesaplamaya Yatırım

Honeywell / Quantinuum

Google’ın kuantum bilgisayarı kuantum fiziği teorisi hakkında yeni içgörüler ortaya çıkarabilirken, tutulan iyon teknolojisiyle potansiyel bir tek‑atom qubit keşfi, bu yöntemi süperiletken kuantum bilgisayarlara göre ticari açıdan çok daha yakın bir konuma getiriyor.

Quantinuum, Honeywell Quantum Solutions ile Cambridge Quantum’ın birleşmesinin sonucudur.

Honeywell, şirketin çoğunluk hissedarı konumunda kalmaya devam ediyor (muhtemelen %52 sahiplik) 5 Milyar $ değerlemeyle gerçekleşen bir fon toplama turunun ardından. Kurucu Ilyas Khan’ın şirkette yaklaşık %20 hissesi olduğu raporlanıyor. Diğer hissedarlar arasında JSR Corporation, Mitsui, Amgen (AMGN ), IBM ve JP Morgan bulunuyor.

Quantinuum’un gelecekte bir IPO’su, muhtemelen daha büyük bir kurumsal yeniden yapılandırmanın parçası olarak, 20 Milyar $’a kadar değerlenebileceği ve 2026‑2027 yılları arasında gerçekleşebileceği tahmin ediliyor.

Kuantum hesaplama, Honeywell’ın ana iş alanı değildir; şirket daha çok uzay, otomasyon ve özel kimyasallar & malzemeler üzerine odaklanmıştır.

Bu alanların her biri kuantum bilgisayarlardan fayda sağlayabilir; özellikle hesaplamalı kimya ve kuantum siber güvenliği, Honeywell’a rakiplerine karşı bir avantaj sağlayabilir.

Şirketin şu anki ana modeli, %99.895 iki‑qubit kapı doğruluğuna sahip, 56‑qubit tutulan‑iyon çipi H2’dir.

Şirket, mümkün olduğunca çok qubit eklemekten ziyade çok az hata ile yüksek‑kaliteli hesaplama yapmayı hedefleyerek, “hata‑toleranslı kuantum hesaplama” olarak adlandırılan bir yaklaşım izliyor.

Bu yaklaşım, şirket tarafından “Daha iyi qubit’ler, daha iyi sonuçlar” şeklinde adlandırılıyor; benzer sayıda qubit, 100‑1.000 kat daha güvenilir sonuçlar üretiyor.

Kaynak: Quantinuum

Bu, savunma şirketi Thales (HO.PA -0.96%) Quantinuum ile zaten iş birliği yapması ve uluslararası bankalar HSBC ve JP Morgan gibi kurumlarla birlikte, acil ihtiyaç duyulan kuantum‑dayanıklı şifreleme alanında önemli bir fark yaratabilir.

Quantinuum ayrıca, ilaç, malzeme bilimi, kimya, enerji ve uzay uygulamaları için kullanılabilen, kendi geliştirdiği kuantum hesaplamalı kimya platformu InQuanto’yu sunuyor.

Diğer birçok kuantum bilgisayar şirketi gibi, Quantinuum Helios’u “donanım‑servis‑olarak” (HaaS) sunuyor, böylece kullanıcılar sistemi kendileri yönetmek zorunda kalmadan kuantum bilgisayarlarından faydalanabiliyor.

Quantinuum, Kasım 2024’te Almanya’nın en büyük yarı iletken üreticisi Infineon ile bir ortaklık imzaladı. Infineon, entegre fotonik ve kontrol elektronik teknolojisini bir sonraki nesil tutulan‑iyon kuantum bilgisayarlarını yaratmak için sağlayacak.

Entegre fotoniklerin pratik kullanım durumlarına daha da yaklaşmasıyla, bu ortaklığın Quantinuum’un geleceği için ne kadar önemli olduğu artık net. Şu aşamada, şirketin bir sonraki adımının, dünyanın ilk AI‑odaklı fotonik‑kuantum çipini piyasaya sürmek olduğu görülüyor.

Önümüzdeki aylarda, Quantinuum, kuantum‑güdümlü gelişmelerin Generatif AI’da çığır açıcı potansiyelini gösteren sonuçları paylaşacak.

Yenilikçi Gen QAI yeteneği, ilaç taşıma için Metal‑Organik Çerçevelerin (MOF) kullanımını geliştirecek ve Helios lansmanında detayları açıklanacak.

Quantinuum, Büyük Ticari Potansiyele Sahip Generatif Kuantum AI Çığır Açıcı Buluşunu Duyurdu

Daha fazla devam eden kullanım senaryosu, şirketin gelecekteki değerini ve dolayısıyla Honeywell’ın bu şirketteki payını ve yatırımcıların potansiyel kârını güçlü bir şekilde artırabilir.

(Honeywell’ın otomasyon, uzay ve ileri malzemeler konusundaki endüstriyel faaliyetlerinin geri kalanını içeren raporu buradan okuyabilirsiniz.)

Son Honeywell (HON) Hisse Senedi Haberleri ve Gelişmeler

Referans Alınan Çalışmalar

<sup>1. Matsos, V.G., Valahu, C.H., Millican, M.J. et al. Universal quantum gate set for Gottesman–Kitaev–Preskill logical qubits. Nature. Physics. (2025). https://doi.org/10.1038/s41567-025-03002-8
2. Cochran, T.A., Jobst, B., Rosenberg, E. et al. Visualizing dynamics of charges and strings in (2 + 1)D lattice gauge theories. Nature 642, 315–320 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-08999-9</sup>