Microsoft, Majorana 1 kuantum çipini tanıttı: Hiçbir şey aynısı gibi olmayacak

Detaylara geçmeden önce bazı ön bilgiler vermek gerek. Geleneksel bilgisayarlar 0 ve 1’lerden oluşan bitler ile çalışırken, kuantum bilgisayarlar süperpozisyon temelli qubit veya kübit adı verilen veri birimlerini kullanıyor. Ancak kübitler, dış etkenlere karşı son derece hassas ve hata yapmaya eğilimli oldukları için güvenilir bir sistemi inşa etmek son derece zor. IBM, Google ve Microsoft gibi devler yıllardır hata oranı düşük ve stabil kübitler geliştirmek için yarışıyor. Fakat Microsoft’un bu noktadaki çözümü, kuantum işlemcisinde elektronlar yerine 1937 yılında teorik fizikçi Ettore Majorana tarafından tanımlanan Majorana parçacıklarını kullanmak oldu.

Geleneksel bilgisayarların işlem gücünü aşan kuantum bilgisayarlar, özellikle sürdürülebilir tarım, kimyasal keşifler ve ilaç geliştirme gibi kritik alanlarda devrim yaratacak potansiyele sahip. Ancak, büyük ölçekli kuantum hesaplamanın önündeki en büyük engellerden biri -bahsettiğimiz gibi- hataya dayanıklı kübitleri üretmek ve bunların kontrolünü sağlamak. İşte Microsoft, bu sorunu çözmek için topokondüktör (Topoiletken veya topolojik süperiletken) adı verilen yepyeni bir malzemeyle geliştirilen işlemcisiyle karşımıza çıkıyor.

Eşi benzeri olmayan bir malzeme

Bu malzeme, mutlak sıfır derecesine yakın soğutulduğunda ve manyetik alanlarla ayarlandığında, uçlarında Majorana Sıfır Modları (MZM) bulunan topolojik süperiletken nanoteller oluşturuyor. MZM'ler kübit gibi davranır ve kuantum bilgisini 'parite' yoluyla depoluyor. Elektronlar bir süper iletken içinde çiftler halinde hareket ettiğinden, tek sayıda elektron ekstra enerjileri nedeniyle kolayca tespit edilebiliyor. Microsoft’un geliştirdiği teknoloji, bu Majorana modlarını kullanarak kuantum bilgilerini saklayabilen ve çevresel etkileşimlerden koruyabilen kübitler üretiyor diyebiliriz.

Ayrıca Bkz.Jim Keller: "Intel, 1 trilyon dolar piyasa değerine sahip olabilir, satılması hata olur"

Bu yenilikçi yöntem, geleneksel hata düzeltme yaklaşımlarının aksine tek tek her kübit için özel ayar gerektirmiyor. Bunun yerine, tek bir kuantum noktası ile aynı anda birçok kübite bağlanarak basit dijital darbelerle veri iletimi sağlanabiliyor.

İmkansızı mühendislik ile gerçekleştirmek

Topoiletkenler veya topolojik süperiletkenler bu yeni tür maddeyi oluşturmak için özel olarak geliştirilmiş bir malzeme yapısına dayanıyor. Microsoft’un topolojik kübit mimarisi, H harfi şeklinde tasarlanmış alüminyum nanotellerden oluşuyor. Dört ayrı kontrol edilebilir Majorana parçacığı bir araya getirilerek tek bir kübit oluşturuluyor. Bu kübitler, çip üzerinde yan yana dizilerek ölçeklenebilir bir yapı oluşturabiliyor.

Böyle yazınca yine süreç kolaymış gibi geliyor ama aksine, burada bir mühendislik harikası yatıyor. Doğada kendiliğinden oluşmayan bu egzotik parçacıkları yaratmak için Microsoft mühendislerinin neredeyse mutlak sıfır sıcaklıklarında, hassas manyetik alanlar altında ve mükemmel bir süperiletken-yarıiletken arayüzü oluşturarak çalışması gerekiyor. Atom düzeyinde yapılacak en küçük hata bile kübitin çökmesine neden olabiliyor. Microsoft ise bu hassasiyete rağmen yeni kuantum mimarisinin, sektördeki diğer yaklaşımlara göre çok daha hızlı ölçeklenebileceğine inanıyor.

Artık bir adım daha atmak gerekiyor

Microsoft’un çığır açan kuantum yaklaşımı, ABD Savunma İleri Araştırma Projeleri Ajansı (DARPA) tarafından da destekleniyor. Özellikle geleneksel bilgisayarların çözemediği sorunlara yanıt bulabilecek sistemlerin araştırıldığı US2QC programı kapsamında, Microsoft’un çalışmaları büyük ilgi görüyor.

Bugün tanıtılan Majorana 1 çipi, sadece avuç içi büyüklüğünde ve içinde sekiz topolojik kübit barındırıyor. Ancak bu çip, gelecekte bir milyon kübit kapasiteli devasa kuantum sistemlerine dönüşecek şekilde tasarlandı. Bu, kuantum bilgisayarların masaüstü bilgisayarlara benzer boyutlarda olabileceği anlamına geliyor. Microsoft’a göre, bu devrim niteliğindeki işlemci sayesinde sürdürülebilir tarımdan ilaç keşiflerine kadar pek çok alanda milyarlarca dolarlık laboratuvar çalışmalarından tasarruf sağlanabilecek.