Kozmik Işınlar Kuantum Hesaplamalarını Tehdit Ediyor

Kosmik Isinlar Kuantum Hesaplamalarini Tehdit Ediyor
Kosmik Isinlar Kuantum Hesaplamalarini Tehdit Ediyor

Fizikçiler, kuantum bilgisayarların onları arka plan radyasyonundan korumak için yeniden tasarlanmaya ihtiyaç duyabileceğini söylüyor. Daha önceki deneyler, kozmik ışınların süper iletken kuantum bitlerinin (kübitler) işleyişini ciddi şekilde bozabileceğini gösterdikten sonra, ABD, Wisconsin-Madison Üniversitesi’nden Robert McDermott liderliğindeki uluslararası bir ekip, şimdi önde gelen bir hata düzeltme yönteminin olası olmadığı sonucuna vardı. McDermott ve meslektaşları, hataları yönetilebilir bir seviyede tutmak için ekranlama ve qubit çip tasarımındaki değişikliklerin bir kombinasyonunun gerekli olabileceğini öne sürüyorlar.

Kozmik ışınlar, klasik hesaplamada onlarca yıldır baş ağrısı oluşturdu . Bu enerjik parçacıklar uzaydan uçup bir silikon bilgisayar çipine çarptığında, çipteki bir veya daha fazla bit, programcıların asla amaçlamadığı şekilde durum değiştirebilir veya dönebilir. Bu hatalar düzeltilmezse, zarar verici aksaklıklar ortaya çıkabilirler. Bir bit çevirme hatasının uçağın cihazlarına yanlış veri beslemesinden sonra Qantas uçuşunda yolcuların yaralanması gibi bile olabilir.

Yüzey Kodu Hata Düzeltmesi

Kuantum bilgisayarlar için sorun daha karmaşıktır, çünkü kübit durumları bir değil iki yöne (X ve Z eksenlerini temsil eden) dönebilir. Bununla birlikte, iki boyutlu yüzey kodu olarak bilinen bir hata düzeltme biçimi, prensipte, kuantum işlemci belirli gereksinimleri karşıladığı sürece, qubit çevirmeleri işleyebilmelidir.

Yüzey kodu hata düzeltmesi, bilgileri her biri en yakın komşularına bağlı olan düz bir süper iletken kübit tabakasında kodlayarak çalışır. Bireysel kübit işlemlerinin hata oranları yeterince düşükse, bu kübitlerden bazılarını, çoklu kübit işlemleri yoluyla komşu kübitlerdeki hataları belirlemek ve düzeltmek için kullanmak mümkün olmalıdır. Diğer gereklilik, hataların ilişkilendirilememesidir – başka bir deyişle, bir kübiti etkileyen bir hata, komşularını aynı anda etkileyemez.

Ne yazık ki, McDermott’un ekibi, kozmik ışınların neden olduğu hataların ve arka plan radyasyonundan gelen gama ışınlarının bu ikinci koşulu karşılamadığını keşfetti. Wisconsin’de doktora öğrencisi ve araştırmayla ilgili yeni bir çalışmanın baş yazarı Chris Wilen, Fizik Dünyasına “Temelde ilişkili hatalar için birden fazla mekanizma buluyoruz” diyor.

Yarı Parçacık Sorunu (Zehirlenmesi)

Bu ilişkili hataları incelemek ve etkilerini ölçmek için McDermott ve meslektaşları iki çift kübit içeren bir çip oluşturdular:

Bir çift 340 μm, diğeri 640 μm ile ayrılmış olarak. Fizikçiler, bu dört kübitlik sistemde kuantum işlemleri gerçekleştirirken, eşleştirilmiş kübitlerde indüklenen yükte çok sayıda eşzamanlı sıçrama gözlemlediler. Standart bir parçacık fiziği araç seti kullanarak bu yük patlamalarını modellediklerinde, bağlantılı sıçramaların çip ile gama ışınları ve kozmik ışınların bir karışımı arasındaki çarpışmalardan kaynaklandığını belirlediler.

İlişkili sıçramaların olasılığı, en küçük fiziksel ayrıma sahip kübit çifti için en yüksekti, bu da kübitlerin birbirinden daha fazla ayrılmasının çipe çarpan enerjik parçacıkların doğrudan etkilerini azalttığını gösteriyordu. Bununla birlikte, grup daha zorlu bir sorunla da karşı karşıya kaldı: Bu çarpmalarda açığa çıkan enerji, nihayetinde, bir malzemedeki titreşimler olan ve kuazipartiküllerin oluşumuna yol açabilen fononlar biçiminde kübit alt katmanına aktarılıyordu. Bu fononlar yayıldıkça, başka türde ilişkili hatalar üretirler ve bu hatalar tüm milimetre ölçekli çipi etkiler. Bu fenomen yarı parçacık zehirlenmesi olarak bilinir ve Wilen, hafifletilmediği sürece “hata düzeltmesi için gerçekten zararlı olabileceğini” söylüyor.

Nature’da yazan araştırmacılar, iki olası çözüm önerdiler. Biri, özellikle radyasyona duyarlı olan karanlık madde ve nötrino algılama deneylerinde olduğu gibi, kuantum işlemciyi kurşunla siper ederek ve bir yeraltı sahasına kaydırarak korumaktır. Bir diğeri, örneğin çipe yarı partikülleri tutabilecek veya bunları kübit alt tabakasından uzaklaştırabilecek malzemeler ekleyerek kübitlerin hassasiyetini azaltmaktır. Wilen, Wisconsin grubunun gelecekte bu hafifletme stratejilerinden birkaçını keşfetmeyi planladığını ekleyerek, “Bu, üstesinden geleceğimiz bir barikat” diyor.

Kaynak: Physics World

    İlk yorum yapan olun

    Bir Cevap Yazın