Araştırmacılar iki ayrı kuantum işlemcisini başarıyla bağlayarak, birbirinden uzakta birden fazla işlemciye sahip olan bir kuantum bilgisayarı tasarladı. Bu atılım, kuantum bilgisayarların ölçeklenebilirlik sorununun çözülmesini sağlayabilir.
Euronews'un aktardığı habere göre, endüstriyi altüst edebilecek kadar güçlü bir kuantum bilgisayarının milyonlarca kübiti işleyebilmesi gerekiyor. Ancak bu kadar çok kübiti tutabilen bir donanım üretmek çok zor. Diğer bir deyişle bu işlemcileri tek bir cihaza sığdırmak, muazzam büyüklükte bir makine gerektiriyor.
Yeni yaklaşım ise küçük kuantum cihazlarını birbirine bağlayarak hesaplamaların ağın tümüne dağıtılmasına olanak tanıyor. Teorik olarak bu ağda yer alabilecek işlemci sayısının sınırı yok.
Kübit nedir?
Günümüzdeki bilgisayarlar dijital bilgiyi temsil eden en küçük birim olan "bit"ler üzerinden işliyor. Bir bit, yalnızca iki farklı değerden birine sahip olabiliyor: 0 veya 1. Tüm veri, bu 0 ve 1'lerin kombinasyonlarıyla ifade ediliyor. Örneğin, metin, resim ve ses gibi dosyalardaki bilgiler, bitlerin belirli şekillerde düzenlenmesiyle saklanıp işleniyor.
Bu bit'leri, gündelik ihtiyaçlar için elektriği açıp kapatmaya yarayan anahtarlar gibi düşünmek de mümkün. "0" kapatma, "1" ise açma işlevini yerine getiriyor olsun. Bilgisayarlardaki tüm veriler de belirli örüntüler halinde "açılıp kapanarak" çalışıyor.
Kuantum bilgisayarlar ise "kuantum bit"lerini, yani "kübit"leri kullanıyor. Kuantum mekaniğinin "süperpozisyon" adı verilen bir özelliği sayesinde kübitler hem 0 hem de 1 değerini aynı anda taşıyabiliyor. Yani kübitler, elektriğin hem açık hem de kapalı olmasına benziyor. Bu sayede aynı anda birçok hesaplamayı yapabiliyor.
Bu da kuantum bilgisayarlarının klasik hesaplamanın aksine, karmaşık bilgileri inanılmaz hızlarda işleyebileceği anlamına geliyor.
Oxford'un ölçeklenebilir mimarisi
Yeni araştırmanın ardındaki ekibin tasarladığı ölçeklenebilir mimari, her biri yalnızca az sayıda sıkışmış iyon kübiti (kuantum bilgisinin atom ölçeğindeki taşıyıcıları) içeren modüllere dayanıyor. Bunlar fiber-optikler kullanılarak birbirine bağlanıyor ve aralarında veri iletmek için elektrik sinyalleri yerine ışık (fotonlar) kullanılıyor.
Bu fotonik bağlantı, ayrı modüllerdeki kübitlerin "dolanık" hale getirilmesini sağlıyor ve modüller arasında "kuantum ışınlanması" gerçekleştiriliyor.
Işınlanma genellikle bilimkurguda insanların ışık hızıyla herhangi bir yere seyahat edebilme yeteneği olarak işlenir. Ancak bu teknolojinin canlılar veya insan boyutunda nesneler için uygulanabileceği henüz kanıtlanmış değil.
Yine de bilgiyi bu şekilde ışınlamanın mümkün olduğu biliniyor ve bilim insanları yıllardır bunu, yaygın ölçekte kullanılabilir bir teknolojiye dönüştürmek için çalışıyor.
Kuantum dolanıklık
Kuantum ışınlanması, kuantum dolanıklık olarak bilinen bir olguyu temel alıyor. İki veya daha fazla parçacığın kuantum durumlarının birbirine bağlı hale gelmesi ve birinin durumu ölçüldüğünde diğerinin durumunun mesafeden bağımsız olarak anında belirlenmesine "dolanıklık" adı veriliyor.
Bunun daha rahat anlaşılması için de sıklıkla dile getirilen bir düşünce deneyine başvurulabilir: Bu hayali deneyde bir kutunun içinde biri kırmızı, diğeri mavi olmak üzere iki eldiven vardır ve bunlar farklı yerlere gönderilir. Eğer bir kutuyu açıp kırmızı eldiveni bulursanız, diğer kutudaki eldivenin mavi olduğu anlaşılır. Kuantum dolanıklığında ise fark şu: Eldivenler aslında kutular açılana kadar bir renk seçmemiştir. Onlar kırmızı ve mavi olma olasılıklarının ikisini de taşıyan süperpozisyon halindedir. Siz bir kutuyu açıp rengi gördüğünüz anda, diğer kutudaki eldivenin rengi de belirlenmiş olur.
Kuantum dolanıklık olgusunda iki parçacık, birbirlerinden ne kadar uzakta olurlarsa olsunlar birbirine bağlıdır ve bilgi alışverişi için aralarındaki fiziksel mesafeyi kat etmeleri, yani seyahat etmeleri gerekmez.
Kuantum internet için temel oluşturabilir
Bu türden kuantum ışınlanma örnekleri daha önceki araştırmalarda da başarıldı. Ancak bu araştırmalarda cihazlar arasında yalnızca kuantum durumları aktarılabilmişti. Açıklamak gerekirse, kuantum durumu, bir kuantum sisteminin tüm fiziksel özelliklerini içeren matematiksel bir tanımlama. Bu bilgi bir parçacığın konumu, momentumu, spini gibi özellikleri içeriyor. Klasik dünyada bir topu havaya attığınızda konumu ve hızı her an belli olsa da kuantum dünyasında örneğin bir elektronun konumunu tam olarak bilmek mümkün değil. Sadece belirli bir olasılık dahilinde nerede olabileceği söylenebilir. Kuantum durumu, bu elektronun belirli bir yerde bulunma olasılığını kapsar.
Öte yandan, Oxford Üniversitesi'nin çalışmasında kuantum durumlarının ötesine geçilerek, ağ bağlantısı içinde "mantıksal kapılar" ışınlandı. Mantıksal kapılar hesaplamanın ve dolayısıyla bilgisayarların temel işlemleridir. Makineler, gelen bilgiyi alıp hangi mantıksal kapının kullanıldığına göre farklı bilgi çıktıları üretir.
Çalışmanın lideri Dougal Main, "Ayrı kuantum bilgisayarlarda bulunan kübitler arasında mantıksal kuantum kapıları -kuantum hesaplamanın temel işlemleri- oluşturabiliyoruz. Bu çığır açan buluş, farklı kuantum işlemcilerini tek bir kuantum bilgisayarına bağlamamızı sağlıyor," dedi.
"Kuantum ışınlamasının önceki gösterimleri, fiziksel olarak ayrılmış sistemler arasında kuantum durumlarının aktarılmasına odaklanmıştı. Çalışmamızda, bu uzak sistemler arasında etkileşimler yaratmak için kuantum ışınlamayı kullandık."
Araştırmacılara göre bu başarı, birbirinden uzaktaki işlemcilerin iletişim, hesaplama ve algılama için ultra güvenli bir ağ oluşturabileceği "kuantum internet" hayalinin temelini de oluşturabilir.
