Daisy-Chaining Kuantum Bilgisayarları Mümkün mü? Araştırmacıların Bir Cevabı Var

Kuantum Bilgisayarı Ölçeklendirme

Kuantum bilgisayarların bir gün biyoteknoloji, malzeme bilimi, finans, kriptografi ve silikon tabanlı bilgisayarların başa çıkmakta zorlandığı diğer karmaşık sistemlerde ileri hesaplamalar için temel teknoloji haline gelmesi bekleniyor.

Ancak kuantum bilgisayarlarının daha yaygın hale gelmesini engelleyen iki şey var.

Birincisi, bir sistemde kübit (ikili bitin kuantum eşdeğeri) sayısı arttıkça hata da artıyor ve her türlü kararsızlık domino etkisi yaratıyor.

Son zamanlarda kaydedilen ilerleme sayesinde bu, yakında geçmişte kalmış bir sorun haline gelebilir. Google (GOOGL -0.18%) ve onun Söğüt yongası, eklenen kübit sayısı arttıkça hata oranının azaldığı bir yöntemdir.

Diğer bir konu ise, bir kuantum bilgisayarının ne kadar büyük olabileceği konusunda muhtemelen bir boyut sınırının olmasıdır; aynı şekilde, bir silikon çip de güç kaynağı, aşırı ısınma vb. sorunlarla karşılaşmadan ancak belirli bir güce ulaşabilir.

Bu da Oxford Üniversitesi'ndeki araştırmacıların çalışmaları sayesinde çözülüyor olabilir. Silikon tabanlı çipler kullanan sunucuların çalışma biçimine benzer şekilde dağıtılmış bir kuantum bilgisayar ağı oluşturmayı başardılar ve potansiyel olarak kuantum süper bilgisayarların yolunu açtılar.

Sonuçlarını saygın Nature dergisinde "Optik bir ağ bağlantısı üzerinden dağıtılmış kuantum hesaplamabaşlıklı bir kılavuz yayınladı¹.

Kuantum Bilgisayarlarını Bağlamak

Kuantum bilgisayarlarının şu anki çalışma şekli, en gelişmiş olanlarında birkaç yüz veya belki de binlerce kübit içeren izole birimler halindedir.

Sorun şu ki, bunları büyütmek inanılmaz derecede karmaşıktır, çünkü sistem ne kadar büyükse, çevreden gelen daha fazla istikrarsızlık ve bozulma, bilgisayarın dayandığı kuantum etkilerini bozabilir.

Aynı zamanda, yararlı hesaplama muhtemelen milyonlarca kübit gerektirecek ve bu da endüstriyi potansiyel bir çıkmaza sokacaktır. En azından, kuantum bilgisayarlar birbirine bağlanamadığı sürece.

Ve bunu söylemek yapmaktan daha kolaydır çünkü kuantum bilgisayarları silikon çiplerden çok farklıdır. Geleneksel bilgisayarlarda 0 ve 1, başka bir makineye nispeten kolay bir şekilde iletilebilen bir elektrik sinyalidir.

Kuantum bilgisayarları için, iletişim kurulması gereken şey kübitlerin kuantum durumudur. Bu kuantum durumlarını, genellikle mutlak sıfırın birkaç derece üzerindeki ultra düşük sıcaklıkları içeren çok özel koşullar dışında sabit tutmak zordur.

Kuantum Işınlamanın Avantajlarından Yararlanma

Önceki Kuantum Işınlama Deneyi

Ocak 2025'te, optik fiberde kuantum ışınlanmasının mümkün olduğuna dair ilk belirtileri bildirdikHatta "normal" veri akışlarının yanında sıradan optik fiber ağlarda bile taşınabileceği ortaya çıktı.

Bilim kurgu filmlerinden fırlamış hayali bir kavram gibi görünse de kuantum ışınlanması aslında onlarca yıldır araştırılan gerçek bir olgudur.

Bu, 2 farklı parçacığın birbirine "eşleştirildiği/bağlandığı" zaman gerçekleşir, buna kuantum dolanıklığı denir.

Bu durumda, iki parçacık birbirine bağlandığında, aralarındaki mesafe ne olursa olsun, fiziksel olarak taşımadan büyük mesafelerde bilgi alışverişinde bulunurlar. Bazı durumlarda, bilgi alışverişinin ışık hızından daha hızlı gerçekleşmesi bile mümkün olabilir, ki bu teorik olarak imkansızdır.

Bu çok önemli bir ilk adımdı, çünkü kuantum bilgisayarlar arasında kuantum ışınlanmasının kablolar aracılığıyla gerçekleştirilebilmesi sayesinde çalışmak için yeni bir teknolojiye ihtiyaç duymayacağımızı gösteriyordu.

Ancak henüz 2 kuantum bilgisayarı arasında doğrudan bir bağlantı sağlanamamıştı.

Qubit'leri Bağlamak

Bu, Oxford araştırmacılarının başardığı adımdır. Fotonları (ışık parçacıkları) kullanarak kübitleri birbirine bağlamak ve onları dolaştırmak için optik fiberler kullandılar.

Kaynak: Tabiat

Laboratuvar deneyinde, modüller yaklaşık 2 metre arayla ayrılmıştı ve her biri özel ağlar ve devre kübitleri içeriyordu. Ancak daha uzun mesafeler de elde edilebilirdi.

Bu etkileşimleri dikkatlice düzenleyerek, ayrı kuantum bilgisayarlarda bulunan kübitler arasında mantıksal kuantum kapıları (kuantum hesaplamanın temel işlemleri) gerçekleştirebiliriz.

Bu atılım, farklı kuantum işlemcilerini tek ve tam bağlantılı bir kuantum bilgisayarına etkili bir şekilde "bağlamamızı" mümkün kılıyor.

Dougal Main – Oxford'daki İyon tuzağı kuantum hesaplama araştırma grubunda lisansüstü öğrenci

Kaynak: Tabiat

Kullanılan kuantum bilgisayar türü, tuzaklanmış iyon modülleriydi. Tuzaklanmış iyon kuantum bilgisayarları genellikle çok daha az kübit içerir, ancak çok daha yüksek güvenilirlik ve verimliliğe sahiptir ve benzer miktarda kübit, diğer kuantum hesaplama yöntemlerinden 100-1,000 kat daha güvenilir sonuçlar elde eder.

Kaynak: kuantum

Yüksek verim

Ağ bağlantılı kübitler arasındaki dolanıklık %86 oranında doğruluk elde etti.

Kuantum bilgisayarların normal bilgisayarlardan çok daha üstün performans gösterdiği, hesaplamada faydalı bir ölçüt olan Grover'ın arama algoritması uygulandığında başarı oranı %71 olarak bulundu.

Grover'ın arama algoritması, büyük ve yapılandırılmamış bir veri kümesinde belirli bir öğeyi, normal bir bilgisayarın yapabileceğinden çok daha hızlı bir şekilde arar ve süperpozisyon ve dolanıklık kuantum fenomenlerini kullanarak birçok olasılığı paralel olarak araştırır.

Bu, yöntemde herhangi bir iyileştirme veya optimizasyon yapılmadan önce ilk kez elde edilen bir başarı olduğu düşünüldüğünde oldukça yüksek bir orandır.

Bu Keşfin Etkisi

Kuantum Süper Bilgisayarlar Mı?

Bu, kuantum bilgisayarlarının, hesaplamalarını birbirlerine ileten ayrı alt sistemlerden nasıl inşa edildiğini taklit ederek, tamamen farklı bir şekilde inşa edilmesine giden yolu açıyor.

Böyle bir sistem, giderek karmaşıklaşan devasa, merkezi bir kuantum bilgisayarına ihtiyaç duymak yerine, oldukça modüler olacaktır.

Modüllerin fotonik bağlantılar kullanılarak birbirine bağlanmasıyla sistem değerli bir esneklik kazanıyor ve modüllerin tüm mimariyi bozmadan yükseltilmesine veya değiştirilmesine olanak sağlıyor.

Dougal Main – Oxford'daki İyon tuzağı kuantum hesaplama araştırma grubunda lisansüstü öğrenci

Kaynak: Tabiat

Sıkışmış İyon Teknolojisinin Geri Dönüşü

Şimdiye kadar, tuzaklanmış iyon teknolojisi daha güvenilirdi ve pratik kullanıma en yakın olanıydı, ancak belirli bir sisteme daha fazla kübit eklemenin zorluğuyla sınırlıydı. Bu nedenle, süperiletken kübitler kullanan diğer sistemlerin kuantum bilgisayarının son hali olması bekleniyordu.

Eğer tuzaklanmış iyon teknolojisi gelişmiş ağlar aracılığıyla bu sınırı aşabilirse, bu artık doğru olmayabilir. Bu, bu alanda uzmanlaşmış şirketleri yatırımcılar için çok daha ilgi çekici hale getirecektir.

Tuzaklanmış İyon Kuantum Bilgisayar Şirketi

iyonQ

IonQ, Maryland Üniversitesi ve Duke Üniversitesi'nden alanında öncü bilim insanları tarafından kurulan, tuzaklanmış iyon teknolojisi kullanan bir kuantum hesaplama şirketidir. 2021'de NYSE'de halka açık olarak listelenmiştir.

IonQ kuantum hesaplama platformları %99.9 doğruluk sonucu üretebilir. Şu anda 64 algoritmik kübit (AQ) üreten 36 baryum iyon zincirini kullanır. Zincir organizasyonu, doğruluktan ödün vermeden diğer sıkışmış iyon tasarımlarından çok daha hızlı hesaplamaya olanak tanır.

Kaynak: iyonQ

IonQ, Qubitekk'i Ocak 2025'te satın aldı, operasyonlarına şirketin ekibini ve 118 patenti IonQ'ya ekledi. Qubitekk'in uzmanlık alanı kuantum ağları, fotonik ara bağlantıları kullanma, kuantum kümelerini etkinleştirme ve kuantum internet yeteneklerini geliştirmedir.

Kuantum ağları son derece güvenli iletişimleri kolaylaştırmalı ve nihayetinde dağıtılmış kuantum hesaplamasına izin vermelidir. Alanın ne kadar hızlı hareket ettiğini göz önünde bulundurarak, bu konudaki uzmanlık ve IP'ler IonQ'nun geleceği için kritik öneme sahip olabilir.

IonQ ayrıca bir ortaklık da geliştiriyor NKT Fotonik (NKT.CO) gelecekte veri merkezlerine hazır kuantum bilgisayarlarının geliştirilmesine yardımcı olmak.

Ayrıca Imec ile de işbirliği yapıyor Şirketin kübit sayısını, sistem boyutunu ve maliyetlerini artırmak için fotonik entegre devreler ve çip ölçekli iyon tuzak teknolojisi üzerinde çalışıyor.

Şirket kendi SDK'sını (Yazılım Geliştirme Kiti) geliştirmek yerine, tüm önemli SDK'ları aynı anda destekliyor ve yeni kuantum bilişim uygulamaları geliştirmek için birçok önde gelen şirketle ortaklık kuruyor.

Kaynak: iyonQ

IonQ, Google, Intel, IBM veya Honeywell gibi diğer liderlerin ana faaliyetleriyle ilgilenmeyen yatırımcılar için saf kuantum bilişim hissesine en yakın olanıdır.

Yani Honeywell'in bir parçası olan rakibi Quantinuum ile birlikte (HON -1.33%)IonQ, yüksek doğruluklu, düşük kübit sayılı tuzaklanmış iyon sistemlerine odaklanarak ticari kuantum bilgisayarları geliştirmeye daha yakın.

İlk dönemdeki başarısı, bu teknolojiyi ileriye taşımak için diğer kuantum hesaplama yenilikçileriyle güçlü bir ortaklık ağı kurmasına yardımcı oldu ve son zamanlarda ağ bağlantılı kuantum bilgisayarlarına yeniden odaklanıldı.

Çalışma Referansı:

^{1. Ana, D., Drmota, P., Nadlinger, DP, ve ark.(2025) Optik ağ bağlantısı üzerinden dağıtılmış kuantum hesaplama. Tabiat 638, 383-388. https://doi.org/10.1038/s41586-024-08404-x}