Japonya’daki araştırmacılar, 17. yüzyılın ünlü Japon astronomına adanan “Shunkai” adlı nötr atom tabanlı kuantum bilgisayarını resmi olarak çalıştırdı. Sistem, atomları yakalayıp yeniden konumlandıran “optik pinceler” teknolojisiyle çalışan, yazılım, kontrol ve donanım katmanlarını tek bir bütün olarak barındıran Japonya’nın ilk tam donanımlı kuantum bilgisayarı. Takım, makineyi Mart 2031’e kadar 10.000 kuantum biti (qubit) kapasitesine taşımayı hedefliyor ve sistemin kuantum hata düzeltmesi üzerine çalışan araştırmacılara açılmasını planlıyor.
Shunkai, bu türün Japonya’daki ilk tam donanımlı sistemidir; yani kullanıcı girişlerini alıp sonucu döndürebilecek yazılım, kontrol ve donanım katmanlarına sahip olması, geleneksel bir kişisel bilgisayara benzer bir yapı anlamına geliyor. Teorik olarak bu, araştırmacılara makineden daha anlamlı biçimde faydalanmasını kolaylaştırıyor ve Shunkai’nin arkasındaki ekip, sistemin önümüzdeki yıllarda dış kullanıcıların da erişimine açılmasını planlıyor.
Kuantumun zorlu gerçekleri
Geleneksel, yani “klasik” bilgisayarlardan farklı olarak kuantum bilgisayarları, kuantum fiziğinin garip kurallarına göre çalışıyor. Kuantum sistemlerinde bilgi, kuantum devreleri, iyon tuzakları ya da nötr atomlar (başka yöntemler de dahil olmak üzere) biçiminde saklanan kuantum bitleri temel yapı taşıdır. Bu kuantum bitleri, ya bir, ya sıfır ya da iki durumun aynı anda var olduğu bir “süperpozisyon” hâlinde bulunabilir.
Ancak kuantum bitleri son derece kırılgandır. Çevreden gelen en küçük bir müdahale, içerdikleri bilgiyi karartabilir ya da yok edebilir ve bu da kuantum hesaplamalarında doğruluğu sürekli bir zorluk olarak bırakır. Kuantum bitlerindeki hata oranının klasik bilgisayardaki bitlerle kıyaslandığında yaklaşık 1.000’de bir olduğu tahmin edilirken, klasik sistemlerde bu oran milyarda bir ya da trilyonda bir seviyesinde seyrediyor.
İşte bu yüzden kuantum hesaplamalarında kaçınılmaz biçimde ortaya çıkan hataları dengelemek üzerine devasa bir araştırma alanı var. Bu alanda, küçük hataların tüm hesaplamaları çöpe atmamasını sağlamak için bilgi kuantum bitlerine kodlanış biçimine yedeklemeler ekleniyor. Amacın, daha kaliteli kuantum bitleri oluşturup sistemindeki kuantum biti sayısını artırarak kuantum bilgisayarların nihayet klasik makinelerle yarışabilecek seviyeye gelmesini sağlamak.
Bu zorlu sorun, kuantum sistemlerinin karmaşık soğutma ve kontrol gereksinimleriyle birleştiğinde, onları ince ayarlanmış laboratuvar ortamları dışında kullanımdan uzaklaştırıyor.
Daha güvenilir bir kuantum sistemi
Shunkai, 17. yüzyılın Japon astronomına adanmış bu isimle anılıyor ve en azından bazı bu kısıtlamaları bir kenara bırakıyor. Süpersoğutulmuş devreler yerine, Japonya’nın yeni sistemi kuantum biti olarak nötr atomları kullanıyor; atomlar “optik pinceler” adı verilen lazer ışınlarıyla yakalanıp süspansiyona alınıyor.
Bu sıkı odaklanmış lazer ışınları, atomları bir vakum odasının içinde yakalıyor ve konumlandırırken, mikrodalgalar ya da lazer ışığı atomların kuantum durumlarını yönetip hesaplamaları gerçekleştiriyor. Sonuçlar, her tek bir atomdan yansıyan floresansın bir kamera ile gözlemlenmesiyle okunuyor.
Önemli olan nokta, Shunkai’nin kuantum biti olarak süperiletken devreler yerine nötr atomları kullanması, sistemin oda sıcaklığında çalışabilmesini sağlıyor. Nötr atom sistemlerinde kuantum bitlerinin dizilişi esnek olduğundan, araştırmacılar hangi kuantum bitlerinin birbirleriyle etkileşime gireceğini ayarlayabilir ve farklı çiftler arasında “dolap” adı verilen, parçacıklar arasında zaman ve uzay boyutunda bilgi paylaşımı yaratan olağanüstü bir durum oluşturabilir.
Bu yaklaşım, pratik kuantum sistemlerinin karşı karşıya olduğu en büyük iki engelden ikisini aşmaya yardımcı olabilir: makineleri büyük kuantum biti sayılarına taşımak ve kuantum hesaplamalarına kaçınılmaz biçimde sızan hataları düzeltmek.
“Nötr atom tabanlı kuantum bilgisayarlar, son dönemde süperiletken yöntem sınırlarını aşabilecek yeni bir yaklaşım olarak dünyada hızla dikkat çekiyor. Artık bu ileri düzey yöntemde Japonya’nın ilk tam donanımlı kuantum bilgisayarını geliştirdiğimizi ve çalıştırmaya başladığımızı düşünüyorum; bu son derece anlamlı bir gelişme.”
Kokichi Ohmori, Moleküler Bilimler Enstitüsü’nde fotomoleküler bilim profesörü ve proje lideri
Ohmori, Shunkai’nin araştırmacıların kullanımının “dünyadaki endüstri, akademi ve devlet kurumlarının çeşitli alanlarında dalga etkileri yaratacağını” vurguladı. Bu amaçla, Shunkai Japonya Ulusal Doğal Bilimler Enstitüleri’nin yetkilileri tarafından yapılan açıklamada, uygulamalar geliştirmek ve sistemin kuantum hata düzeltme yeteneklerini test etmek ile iyileştirmek için kısmen dış araştırmacılara açılacak.
Yol haritası ve sonraki aşamalar
Kuantum sistemi, başlangıçta yaklaşık 50 kuantum bitiyle çalışacak, ardından yaklaşık 500 seviyesine kadar genişleyecek. Daha uzun vadeli hedef ise oldukça iddialı: Mart 2031’e kadar Shunkai’yı “10.000 fiziksel kuantum biti ve kuantum hata algılama ile düzeltme yeteneklerine sahip büyük ölçekli, yüksek performanslı nötr atom tabanlı hata-toleranslı bir kuantum bilgisayar” olarak ölçeklendirmek. Bu başarı, sistemin ekim 2025’te gerçekleştirilen ve döneminin en güçlü süper bilgisayarlarından biri olarak kabul edilen “Frontier” bilgisayarı üzerinde rahatça bir üst sıraya yerleşmesini sağlayacak.
Takım, yeni makineyi mevcut paylaşımlı süperbilgisayar tesisine entegre ederek kuantum-GPU hibrit bir hesaplama merkezi oluşturmayı planlıyor. Böylece Shunkai, yalnızca bir deneysel prototip olmaktan çıkıp, kuantum teknolojisinin endüstriyel ve akademik dünyaya yayılmasında bir dönüm noktası niteliği taşıyor.
TARİHÇİ DEĞERLENDİRMELERİ (1)