Kuantum bilgisayarlar, teoride günümüzün en güçlü süper bilgisayarlarını bile geride bırakabilecek bir bilgi işleme kapasitesine sahip olsalar da, kübitlerin kırılganlığı çok büyük bir engel olarak karşılarına çıkıyor. Isı, gürültü veya elektriksel girişim gibi en küçük çevresel bozulmalar bile kübitlerin hassas kuantum durumunu (tutarlılık) bozarak tüm bilgiyi yok edebiliyor. Bu nedenle, güvenilir ve karmaşık hesaplamalar yapabilmek için kuantum hata düzeltmesi (QEC) kritik derecede önemli bir konu.

Bilim insanları, artık QEC süreçlerini yüz kata kadar hızlandırabilecek, potansiyel olarak kuantum bilişimin zaman çizelgesini önemli ölçüde ileriye taşıyacak bir yöntem keşfettiler. Algoritmik Hata Toleransı (AFT) adı verilen bu teknik, kuantum algoritmalarının yapısını yeniden düzenleyerek hataların anlık olarak tespit edilmesini ve düzeltilmesini sağlıyor.

QuEra’daki bilim insanları tarafından geliştirilen AFT, simülasyonlarda hata düzeltmeye harcanan süreyi ve hesaplama maliyetini 10 ile 100 kat arasında azaltırken, hesaplama doğruluğunu korudu. Nature dergisinde yayımlanan bu heyecan verici sonuçlar, simüle edilmiş bir nötr atom kuantum bilgisayarı üzerinde yapılan testlere dayanıyor.

QuEra’nın baş ticari sorumlusu Yuval Boger, bu gelişmeyi “pratik, büyük ölçekli kuantum bilgisayarlarına giden yol haritasında önemli bir kilometre taşı” olarak nitelendiriyor. Boger, AFT’nin verimlilik tarafındaki büyük bir darboğazı ortadan kaldırdığını ve tam hata toleranslı sistemlere giden yolda muazzam bir hesaplama yükünün artık kaçınılmaz olmadığını gösterdiğini söylüyor.

AFT’nin devrimci etkisi ve pratik uygulama potansiyeli

Geleneksel QEC yöntemlerinde, sistemin güvenilir bir şekilde çalışması için düzenli aralıklarla hata kontrolleri yapılır ve bu kontroller için ana hesaplama durdurulur. Bu yaklaşım, gereksiz ve yoğun bir hesaplama yükü yaratarak kuantum bilgisayarların hızını düşürür.

AFT ise bu süreci temelden değiştiriyor. Algoritmalar, hata tespitinin hesaplamanın akışına doğal olarak dahil edilmesini sağlayacak şekilde yeniden yapılandırılıyor. Boger, bu sayede işlem başına onlarca tekrara ihtiyaç duymak yerine, mantıksal adım başına tek bir kontrolün yeterli olabileceğini belirtiyor. Bu yenilik, hata düzeltme yükünü radikal bir şekilde azaltarak kuantum bilgisayarların faydalı hesaplamalar yapabilmesi için gereken donanım miktarını ve yürütme süresini önemli ölçüde düşürüyor.

Bu hızlanma, kuantum bilgisayarlarının daha önce oldukça zor olan gerçek dünya problemlerini çözebilmesi açısından son derece önemi bir adım. Örneğin, küresel nakliye konteyneri rotalarını optimize eden karmaşık bir algoritmanın, geleneksel QEC yöntemleriyle bir ay sürebileceği varsayılıyordu. Koşullar değişeceği için bu kadar uzun sürede elde edilen sonuçlar kullanışsız olacaktı. Ancak AFT ile aynı hesaplama potansiyel olarak bir günden kısa bir sürede tamamlanabilir.

QuEra temsilcileri, nötr atom kuantum bilgisayarlarının AFT için özellikle uygun olduğunu belirtiyor. Bu sistemler, atomların esnekliği sayesinde kübitlerin konumlandırılmasını serbest bırakıyor ve sabit bağlantılarla sınırlı kalmıyor. Ayrıca nötr atom makineleri, paralel işlemleri destekleyerek hatanın izole edilmesini kolaylaştırıyor. Bütün bu avantajlar, nötr atomları algoritmik hata toleransından yararlanmak için benzersiz bir konuma yerleştiriyor.