Kozmik Işınlar, Kuantum Bilgisayarlarda Hesaplama Hatalarına Neden Oluyor!

Kuantum bilgisayarlar, kuantum bilgilerini depolamak ve işlemek için kullanılan kuantum bitlerinden veya diğer adıyla kübitlerden oluşur. Kübitleri tasarlarken en önemli faktörlerden biri, bir kübitin belirli bir durumda kalabileceği süre olan tutarlılık süresidir. Tutarlılık süresi ne kadar uzun olursa, o kadar çok karmaşık hesaplama yapılabilir ve bu hesaplamalar o kadar güvenilir olur.

MIT, MIT Lincoln Laboratuvarı ve Pasifik Kuzeybatı Ulusal Laboratuvarı'ndaki (PNNL) araştırmacılar, kozmik ışınların kuantum bilgisayarların hesaplamalarında hatalara sebep olduğunu keşfetti.

Nature dergisinde yayınlanan bulgularda, beton duvarlarda bulunan eser miktardaki bazı elementlerin ve düşük seviyeli arka plan radyasyonunun kübitlerde tutarsızlığa neden olmak için yeterli olduğu bildirildi.^[2] Bu etkiler azaltılmazsa, tutarlılık süresinin sadece birkaç milisaniyeyle sınırlanacağı keşfedildi.^[1]

Bilim insanlarının kübitleri geliştirme hızı göz önüne alındığında, radyasyonun neden olduğu bu duvara sadece birkaç yıl içinde çarpılabilir. Bu engelin üstesinden gelmek için bilim insanları, belki de bilgisayarları yer altına inşa ederek veya radyasyonun etkilerine toleranslı kübitler tasarlayarak, kübitleri ve kuantum bilgisayarlarını düşük seviyeli radyasyondan korumanın yollarını bulmak zorunda kalacaklar.

CNET

Elektrik mühendisliği ve bilgisayar bilimleri doçenti ve MIT Lincoln Laboratuvarı Görevlisi olan William Oliver,

Bu tutarsızlık mekanizmaları bir soğana benziyor. Biz son 20 yıldır o katmanları soyuyoruz, ancak azaltamadığımız bir katman bizi birkaç yıl içinde kısıtlayacak: o da, çevresel radyasyon. Bu heyecan verici bir sonuç, çünkü bizi bu sorunu aşmak için kübitleri tasarlamanın başka yollarını düşünmek için motive ediyor.

MIT’nin Elektronik Araştırma Laboratuvarı’nda doktora sonrası araştırma yapan, makalenin başyazarı Antti Vepsäläinen ise şöyle diyor:

Süperiletken kübitlerin zayıf radyasyona karşı ne kadar duyarlı olduğunu görmek şaşırtıcıydı. Cihazlarımızdaki bu etkileri anlamak, astronomide kullanılan süperiletken sensörler gibi diğer uygulamalarda da yardımcı olabilir.

Kozmik bir etki

Süperiletken kübitler, süperiletken malzemelerden yapılmış elektrik devreleridir. Bu devreler, dirençsiz devreden geçen ve kübitin zayıf süperpozisyon durumunu korumak için birlikte çalışan Cooper çiftleri olarak bilinen çok sayıda eşleşmiş elektrondan oluşurlar. Devre ısıtılırsa veya başka bir şekilde bozulursa, elektron çiftleri kuasipartiküllere ayrılabilir ve kübit içinde, çalışmasını sınırlayan tutarsızlığa neden olabilir.

Dalgalanan manyetik ve elektrik alanlar, termal enerji ve hatta kübitler arasındaki parazit gibi, bir kübiti kararsız hâle getirebilecek birçok kaynak vardır. Bilim insanları, uzun zamandır çok düşük radyasyon seviyelerinin, kübitlerde benzer bir dengesizleştirici etkiye sahip olabileceğinden şüpheleniyorlar.

Anahtar kelime: Kalibrasyon

Süperiletkenler, yükü taşımak için elektron çiftleri kullanır, ancak önceki deneyler, bu çiftlerin beklenenden çok daha sık bölündüğünü ve bu da tutarlılık süresini düşürdüğünü göstermiştir.

Araştırmacılar yaptıkları deneyde, çevredeki radyasyonun süperiletkenlere dayalı bir kübitin tutarlılık süresini nasıl etkilediğini test etmek için yüksek saflıkta bakırdan yapılmış iki kübit kullandı.

Yapılan deneyde, hem her türlü malzemede doğal olarak meydana gelen nükleer bozunma olaylarından, hem de her şeye nüfuz eden kozmik ışınlardan kaynaklanan arka plan radyasyonunun, tüm bu ekstra kırık elektron çiftlerini açıklayabildiği bulguları elde edildi.

Sonuç

Şu anda, bütün kuantum bilgisayarları yer altına taşımak yerine radyasyonun yer üzerindeki etkilerinin azaltılması ve tutarlılık sürelerini kaybetmeden kübitlerin dayanıklı hâle getirilmesi amaçlanıyor. Radyasyonun bir kısmının, bilgisayarın etrafında kurşun veya betondan bir kalkan kullanılarak engellenebileceği belirtiliyor.

Radyasyon, kuantum bilgisayarlar için henüz bir sorun değil, çünkü daha yaygın olan başka “gürültü” kaynakları var. Ancak, kuantum bilgisayarlar önümüzdeki on yıl içinde daha iyi hâle geldikçe sınırlayıcı bir faktör olabilir.

İlerleyen zamanlarda, karanlık madde veya nötrinoların neden olduğu radyasyonu tespit eden detektörler kullanan diğer fizik deneyleri için şaşırtıcı bir fayda sağlanabilir. Bu deneyler genellikle kırık elektron çiftlerine karşı yüksek hassasiyet gerektirir. Kırık çiftlere daha az duyarlı olan bir kübit tasarlanırsa, daha hassas bir fizik detektörü de tasarlanabilir.