Kuantum Bilgisayarlar Sahiden Her Şeyi Değiştirecek mi?

Kuantum bilgisayarlar kelam konusu olduğunda büyük üreticilerin, bilişim kesiminin en önde gelenlerinden olan Google da dahil olmak üzere, büyük beklentileri var. Geçen ay Google, “kuantum üstünlüğü” yakaladığını açıklamıştı. Bu havalı isim, olağan bilgisayarlarımızın yapamadığı şeyleri yapan kuantum bilgisayarların habercisi. 

İsimlerin tezli olmasını bir kenara koyarsak, Google ve IBM’e ek olarak bu alandaki daha küçük firmalardan olan Rigetti üzere rakipleri de tıpkı donanımı kuantum bilgisayarlarında temel olarak kullanıyor. Bu da geçmiş on yılda bu alandaki çalışmaların aşikâr bir standarda eriştiğini gösteriyor.

Mühendislik mi performans mı?

Bu teknolojide, en nihayetinde olayın geldiği nokta işin mühendisliği oluyor. Pratik bir kuantum bilgisayar mümkün olduğunca çok kübit üretmeye sarfiyat. Bu kübitler, çoklu geçit operasyonları için kuantum formunda kalmak durumunda. Geçit operasyonu olarak isimlendirilen bu kübitleri hem ferdî hem de küme olarak manipüle etmek gerekiyor. Ayrıyeten sonucu da okuyup hesaplama yapılabiliyor. 

Bu özelliklerin büyük kısmı, Rydberg atomları, Bose Einstein yoğuşması üzere pek çok çalışmada da bu özellikleri gördük. Tekrar de elimizdeki opsiyonların büyük kısmı kullanabileceğimiz teknolojiler değil. 

Rastgelelik berbattır

Birinci geliştirilen teknolojilerin büyük kısmında nitrojen-boşluk merkezleri üzere sistemler kullanıldı. Bu teknolojilerde ana prensip, bulaşıcı bir maddeyi kristaller üzere yapıların içinden geçirmeye yöneliyor. Ekseriyetle nitrojen, elmasların, silikonların ve başka gereçlerin yerine kullanıldı. 

Bu sistemlerde en temel ıstırap, nitrojenin dördüncü bir karbonla bağlanamaması sayesinde açıkta kalan elektronların kullanılmasıydı. Bu yapının en temel sorun ise elektronlar ortasında bağlaşıklık kurulmasının zorluğuydu. Bu zorluğun elektronlar ortası uzaklık, optik izleme üzere nedenleri vardı. Kaldı ki yapıdan yapıya bu boşluklar farklılık gösteriyor. Kübitleri eşlemek için ağır akım gerekse de temel sorun o değildi. Sorun, öbür kübitleri bu akımdan etkilenmeyecek kadar âlâ biçimde yalıtmak idi. 

Teknik olarak her farklı elmas, her seferinde farklı bir bilgisayarın ortaya çıkmasına neden oluyordu. Her seferinde kablolama ya da düzenleme yaparken düzenleme yapılması gerekiyordu. 

İterbiyum üzere öteki gereçlerde de sıkıntılar yaşanıyor lakin bu meseleler biraz daha farklı. Burada kuantum durumu genelde tek bir iterbiyum iyonu üzerine yerleştiriliyordu. Onun yerine kuantum durumu bir iyon popülasyonu üzerine yayıldı. Böylelikle en uzun vadeli kuantum durumlarından biri elde edilebiliyordu. Fakat bu da kübitlerin pozisyonunu belirlemeyi zorlaştırıyordu. Sonuçta kuantum kübitleri bir ışık ve optik prosedürle bedellendiriliyor. 

Özünde kübit durum kristallerle etkileşime giren ışıkla ortaya çıkıyor. Bu kübitlerden daha fazla üretmek de haliyle daha sofistike optik sistemler gerektiriyor. Üstelik bu düzeye karşın işin içine dolaşıklık ve eşlenme bir ortaya gelmeyecek. Haliyle bu basamakta mühendislik daha da karmaşık hale geliyor. 

Rydberg atomları ve BEC, kuantum bilgisayarların yeni temeli

Pratik olandan daha da uzaklaşan araştırmacıla Rydberg atomları ve Bose-Einstein yoğuşması üzere tekniklere odaklandı. Rydberg atomları bir atomun en dışarıdaki atomlarının fazla güç ile hareketlendirilmesi sonucu ortaya çıkıyo. Bu düzeyde elektronlar daha çok bir yıldızın etrafında dönen gezegenler üzere hareket ediyor. Farklı Rydberg durumları ortasındaki akım düzenlenerek kübit yaratılabiliyor. 

Ne yazık ki bu yapıların da kendi tabiatları etkileşime girmelerini engelliyor, yani kübit operasyonlarını gerçekleştirmek için foton değişimlerinde ortaya çıkması gerekiyor. Bu da kübitlerin yaratılmasında yeni zorluklar ortaya çıkmasına neden oluyor. 

BEC ise çok büyük hasasiyetle ve çok büyük isabet oranıyla kübit oluşturmaya ve odaklanmaya neden oluyor. Ayrıyeten üretilmeleri de hayli kolay lakin bu kuantum yapıları da çabucak yakınlarındaki yapılarla paydaşlık göstermiyor. 

Süperiletken kübitler

Süperiletken kübitler de artık hayatımıza giriyor. Bu laboratuvar olağanüstüleri kübit özellikleri açısından bakıldığında alandaki en başarısız örnekler. Öbür yandan üretilme formları sayesinde istenildiği formda manipüle edilebiliyor, bütün davranışları denetim altına alınabiliyor. Bu da mühendislere daha geniş ve rahat bir çalışma alanı yaratıyor. 

Fotonik kübitler ise başarılı olan üç alternatifin içlerinde en kestirilemez olanı. Sabit durmayan bu yapıların üzerinde yapılacak çalışmalar çok büyük katılık ve isabet gerektiriyor. Bu da onlara özel devrelerin yapılmasını hayli sıkıntı hale getiriyor. 

Sonuç olarak bu sürecin en sonunda kazanan teknoloji, muhtemelen günümüzde kullandığımız bilgisayarlardaki üzere tek bir temel sistem olacak. Muhtemelen fotonik kuantum bilgisayarlar bu sürecin kazananı olacak ve süperiletken kübitler üzerine inşa edilecek üzere duruyor. Sonuçta bu bilgisayarların bir noktada konutlarımızda kullanılması gerekiyor. Gelecekte alternatifler gelecek olsa da eserin ticarileşebilmesi için performanstan evvel mühendislik ve maliyetler geliyor. 

Gelecekte farklı bilgisayarlar ortaya çıkacak. Alfa nesli bizim bildiğimiz bilgisayarlardan farklı makineler kullanacak. O periyotta ortaya çıkacak olan teknolojilerin gelişi ise heyecan verici olacak.