Kuantum bilgisayarlar söz konusu olduğunda büyük üreticilerin, bilişim sektörünün en önde gelenlerinden olan Google da dahil olmak üzere, büyük beklentileri var. Geçen ay Google, “kuantum üstünlüğü” yakaladığını açıklamıştı. Bu havalı isim, normal bilgisayarlarımızın yapamadığı şeyleri yapan kuantum bilgisayarların habercisi.
İsimlerin iddialı olmasını bir kenara koyarsak, Google ve IBM’e ek olarak bu alandaki daha küçük firmalardan olan Rigetti gibi rakipleri de aynı donanımı kuantum bilgisayarlarında temel olarak kullanıyor. Bu da geçmiş on yılda bu alandaki çalışmaların belli 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 gider. Bu kübitler, çoklu geçit operasyonları için kuantum formunda kalmak durumunda. Geçit operasyonu olarak adlandırılan bu kübitleri hem bireysel hem de grup olarak manipüle etmek gerekiyor. Ayrıca sonucu da okuyup hesaplama yapılabiliyor.
Bu özelliklerin büyük kısmı, Rydberg atomları, Bose Einstein yoğuşması gibi pek çok çalışmada da bu özellikleri gördük. Yine de elimizdeki opsiyonların büyük kısmı kullanabileceğimiz teknolojiler değil.
Rastgelelik kötüdür
İlk geliştirilen teknolojilerin büyük kısmında nitrojen-boşluk merkezleri gibi sistemler kullanıldı. Bu teknolojilerde ana prensip, bulaşıcı bir maddeyi kristaller gibi yapıların içinden geçirmeye yöneliyor. Genellikle nitrojen, elmasların, silikonların ve diğer malzemelerin yerine kullanıldı.
Bu yöntemlerde en temel sıkıntı, nitrojenin dördüncü bir karbonla bağlanamaması sayesinde açıkta kalan elektronların kullanılmasıydı. Bu yapının en temel sorun ise elektronlar arasında bağlaşıklık kurulmasının zorluğuydu. Bu zorluğun elektronlar arası uzaklık, optik izleme gibi nedenleri vardı. Kaldı ki yapıdan yapıya bu boşluklar farklılık gösteriyor. Kübitleri eşlemek için yoğun akım gerekse de esas sorun o değildi. Sorun, diğer kübitleri bu akımdan etkilenmeyecek kadar iyi şekilde 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 gibi diğer malzemelerde de sorunlar yaşanıyor ancak bu sorunlar biraz daha farklı. Burada kuantum durumu genelde tek bir iterbiyum iyonu üzerine yerleştiriliyordu. Onun yerine kuantum durumu bir iyon popülasyonu üzerine yayıldı. Böylece en uzun süreli kuantum durumlarından biri elde edilebiliyordu. Ancak bu da kübitlerin konumunu belirlemeyi zorlaştırıyordu. Sonuçta kuantum kübitleri bir ışık ve optik yöntemle değerlendiriliyor.
Özünde kübit durum kristallerle etkileşime giren ışıkla ortaya çıkıyor. Bu kübitlerden daha fazla üretmek de haliyle daha sofistike optik sistemler gerektiriyor. Üstelik bu seviyeye rağmen işin içine dolaşıklık ve eşlenme bir araya gelmeyecek. Haliyle bu aşamada 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 gibi yöntemlere odaklandı. Rydberg atomları bir atomun en dışarıdaki atomlarının fazla enerji ile hareketlendirilmesi sonucu ortaya çıkıyo. Bu seviyede elektronlar daha ziyade bir yıldızın etrafında dönen gezegenler gibi hareket ediyor. Farklı Rydberg durumları arasındaki akım düzenlenerek kübit yaratılabiliyor.
Ne yazık ki bu yapıların da kendi doğaları 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. Ayrıca üretilmeleri de oldukça kolay ancak bu kuantum yapıları da hemen yakınlarındaki yapılarla ortaklık göstermiyor.
Süperiletken kübitler
Süperiletken kübitler de artık hayatımıza giriyor. Bu laboratuvar harikaları kübit özellikleri açısından bakıldığında alandaki en başarısız örnekler. Diğer yandan üretilme şekilleri sayesinde istenildiği şekilde manipüle edilebiliyor, bütün davranışları kontrol 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 kesinlik ve isabet gerektiriyor. Bu da onlara özel devrelerin yapılmasını oldukça zor hale getiriyor.
Sonuç olarak bu sürecin en sonunda kazanan teknoloji, muhtemelen günümüzde kullandığımız bilgisayarlardaki gibi tek bir temel sistem olacak. Muhtemelen fotonik kuantum bilgisayarlar bu sürecin kazananı olacak ve süperiletken kübitler üzerine inşa edilecek gibi duruyor. Sonuçta bu bilgisayarların bir noktada evlerimizde kullanılması gerekiyor. Gelecekte alternatifler gelecek olsa da ürünün ticarileşebilmesi için performanstan önce mühendislik ve maliyetler geliyor.
Gelecekte farklı bilgisayarlar ortaya çıkacak. Alfa jenerasyonu bizim bildiğimiz bilgisayarlardan farklı makineler kullanacak. O dönemde ortaya çıkacak olan teknolojilerin gelişi ise heyecan verici olacak.
