Büyük bir kuantum bilgisayara giden yol, kulağa sıradan gelen ama acımasız bir problemden geçiyor: çok sayıda kübiti aynı anda, doğruluk çökmeden nasıl kontrol edersiniz?
RIKEN Center for Emergent Matter Science liderliğindeki bir ekip, Nature Physics'te bu yolda somut bir adım yayımladı. Araştırmacılar beş silisyum spin kübitini tek bir ortak mikro dalga kontrol hattından çalıştırdı ve beşi de etkinken sadakati yüksek tuttu. Bunu başarmak için önce bir hatayı bulmaları gerekti.
Mikro dalgalardaki hata
Silisyum spin kübitleri bilgiyi, silisyum içine hapsedilmiş tek elektronların spin yönünde saklar. Bu cazip, çünkü bu tür yapılar sıradan çiplerin üretildiği yarı iletken üretimiyle kurulabiliyor. Kontrol mikro dalga sinyalleriyle sağlanıyor — ve sorun tam orada. Birkaç kübit aynı anda sürüldüğünde sinyaller komşularının etkin enerji seviyelerini kaydırıyor. AC Stark kayması denen bu etki kübitin kuantum durumunun fazını değiştirip amaçlanan işlemi bozuyor.
Akla gelen çözüm, olası her kübit kombinasyonunu ayrı ayrı kalibre etmek. Bu ölçeklenmiyor: on kübitte binden fazla kombinasyon demek. Ekip başka bir yol seçti ve ikili kalibrasyon yaptı — tüm kombinasyonlar yerine kübit çiftleri arasında — bunu iyileştirilmiş aygıt tasarımı ve dikkatle ayarlanmış mikro dalga darbeleriyle birleştirdi.
Sayılar
Tek tek test edildiğinde her kübit, yüzde 99,99'un belirgin biçimde üzerinde tek-kübit kapı sadakatine ulaştı; en iyisi yüzde 99,999'a yaklaştı. Üç kübit aynı anda etkinken sadakat yüzde 99,99'un üzerinde kaldı. Beşi paralel sürüldüğünde ise yaklaşık yüzde 99,9'da tutundu — pratik hata toleranslı sistemlerin ihtiyaç duyduğu büyüklük mertebesi.
"Bu, birkaç kübit aynı anda çalıştırıldığında bile yüksek sadakatli kontrolün sürdürülebileceğini gösteriyor ve silisyum tabanlı kuantum işlemcilerini ölçeklemeye doğru önemli bir adım," dedi deneyleri yöneten RIKEN araştırmacısı ve ortak ilk yazar Leon Camenzind.
Geriye kalan
Hatalar yok olmadı. Kalan kayıp, sürüş kaynaklı dekoheransa dayanıyor: birkaç kübiti aynı anda çalıştırmak için gereken daha yüksek mikro dalga gücü, işlemin bağlı olduğu hassas eşevreliliğin bir kısmını yok ediyor. Camenzind bunu daha iyi aygıt tasarımıyla hafifletilebilecek bir sınırlama olarak niteliyor. Dielektrik kayıplar ve üretim toleransı asıl rakip olmayı sürdürüyor.
Manşetlerde kaybolan bir ayrım: ölçülen şey, paralel yürütülen tek-kübit kapıları. Bu, karışma (crosstalk) ve kontrol kalitesinin ölçüsü; dolanıklığın değil. İki-kübit kapılar daha zor problem ve hata düzeltmede asıl sayılan onların hata oranı. Paralel tek-kübit kontrolüne dair bir sonuç, komşu kübitler arasındaki eşleşmenin yeterince temiz olup olmadığı hakkında hiçbir şey söylemiyor.
Ortak hat neden önemli
Asıl mesele mimari. Her kübite kendi kontrol hattını verirseniz kablolama sınırlayıcı etken olur — binlerce kübitte bu artık yerleşim değil, soğutma problemi: her hat milikelvin ortamına ısı taşır. Ortak hatlar pratik çıkış yolu ve bunları kullanmak, aynı hattı paylaşan kübitlerin birbirini nasıl etkilediğine hâkim olmayı gerektiriyor. Bu makalenin gösterdiği tam olarak bu — beş kübit üzerinde.
Beş, beş yüz değil. Ama bulgu yapısal: AC Stark kaymasını görmezden gelmek yerine telafi ederseniz, paralel kontrol doğruluğunuzun büyük bir kısmına mal olmak zorunda değil. Japonya'nın JST Moonshot 6 hedefi kapsamındaki bir silisyum kuantum projesini yöneten Seigo Tarucha hedefi sade söylüyor: silisyum spin kübitleri üzerine kurulu, hataya dayanıklı bir kuantum bilgisayar — ve bunun için güvenilir paralel kontrol temel önkoşul.
