Microsoft, kuantum hesaplamada önemli bir ilerlemeye işaret eden, elektronlar yerine Majorana parçacıklarını kullanan ilk kuantum işlemcisi Majorana 1’i tanıttı. Bu atılım, “topoiletken” olarak bilinen yeni bir malzemenin yaratılmasına yol açan 17 yıllık araştırma ve geliştirmenin sonucudur. Bu malzeme, geleneksel kübitlere kıyasla daha kararlı ve hataya daha az eğilimli olan Majorana parçacıklarını kullanarak güvenilir kübitlerin üretilmesini sağlıyor.
Microsoft’un Majorana 1 kuantum işlemcisi, kararlı, ölçeklenebilir kübitler oluşturmak için fizikçi Ettore Majorana tarafından 1937’de önerilen teorik bir yarı parçacık olan Majorana parçacıklarından yararlanarak kuantum hesaplamada çığır açan bir sıçramayı temsil ediyor.
Önemi ve teknik ilerlemelerinin ayrıntılı bir dökümü şöyle:
Temel Yenilik: Topolojik Kübitler ve Maddenin Yeni Durumu
Majorana Sıfır Modları (MZM’ler): İşlemci, kuantum bilgilerini depolamak için kendi antipartikülleri gibi davranan egzotik yarı parçacıklar olan MZM’leri kullanıyor. Bu parçacıklar, maddenin katılardan, sıvılardan veya gazlardan farklı yeni bir durumu olan topolojik bir süper iletken (veya “topo iletken”) kullanılarak tasarlanıyor.
Malzeme Yığını: Topoiletken, indiyum arsenit (yarı iletken) ve alüminyumdan (süper iletken) atom atom üretilir. Bu kombinasyon, aşırı koşullar (mutlak sıfıra yakın sıcaklıklar (-273°C) ve güçlü manyetik alanlar) altında nanotellerin uçlarında MZM’lerin oluşturulmasını sağlar.
Hata Direnci: Çevresel gürültüye karşı son derece duyarlı olan geleneksel kübitlerin aksine, topolojik kübitler, kuantum bilgisini MZM’ler arasında yerel olmayan bir şekilde kodlayarak doğası gereği korur ve donanım düzeyinde hata oranlarını azaltıyor.
Ölçeklenebilirlik: Bir Milyon Kübite Giden Yol
Kompakt Tasarım: Majorana 1 çipi avuç içi boyutundadır ve şu anda sekiz kübit barındırmaktadır, ancak mimarisi tek bir çip üzerinde bir milyon kübite ölçeklenecek şekilde tasarlanmıştır. Bu, kübitlerin çip boyunca döşenebilecek modüler “H-şekilli” birimler (tetronlar) halinde düzenlenmesiyle elde ediliyor.
Dijital Kontrol: Microsoft, bireysel kübitler için analog ayarlama yerine kuantum noktaları (minik kapasitörler) aracılığıyla kübitleri dijital olarak kontrol etmek için voltaj darbelerini kullanıyor. Bu, işlemleri basitleştirir ve sistem karmaşıklığını azaltarak verimli ölçeklendirmeye olanak tanıyor.
DARPA Ortaklığı: Microsoft, DARPA’nın Yardımcı Ölçekli Kuantum Hesaplama için Yeterince Keşfedilmemiş Sistemler (US2QC) programının bir parçasıdır ve hataya dayanıklı, hizmet ölçeğinde bir kuantum bilgisayarı “on yıllar değil, yıllar içinde” sunmayı amaçlıyor.
Temel Teknik Atılımlar
Tahribatsız Ölçüm: Çip, kuantum noktaları aracılığıyla nanotellerin paritesini (çift/tek elektron sayısı) ölçmek için mikrodalga bazlı bir teknik kullanır. Bu, güvenilir hesaplama için kritik öneme sahip, %99 doğrulukla hassas, tek seferlik okumalara olanak tanıyor.
Fermiyon Parite Doğrulaması: Microsoft’un Nature’da yayınlanan araştırması, hataya dayanıklı kuantum hesaplaması için temel bir adım olan fermiyon paritesini ölçme yeteneğini doğruluyor.
Hibrit Mimari: İşlemci, Azure veri merkezlerinde çalışacak şekilde kontrol mantığını, seyreltme buzdolaplarını ve yazılım yığınlarını entegre ederek onu gerçek dünya dağıtımına uygun hale getiriyor.
Uygulamalar ve Etki
Çözülmesi Zor Sorunları Çözmek: Milyon kübitlik bir sistem, moleküler etkileşimleri benzeri görülmemiş bir hassasiyetle modelleyebilir ve aşağıdaki konularda çığır açıcı gelişmelere olanak sağlayabiliyor.
- Malzeme Bilimi: Altyapı veya korozyona dayanıklı alaşımlar için kendi kendini onaran malzemelerin tasarlanması .
- Çevresel Çözümler: Mikroplastikleri parçalamak veya karbon emisyonlarını azaltmak için katalizörlerin optimize edilmesi.
- Sağlık: Enzim davranışını simüle ederek ilaç keşfini hızlandırma.
Yapay Zeka Entegrasyonu: Yapay zeka ile birleştiğinde, kuantum sistemleri yeni malzemeler veya moleküller için “tarifler” üretebilir ve yıllarca süren deneme yanılma Ar-Ge’sini ortadan kaldırabilir.
Yol Haritası
İndiyum arsenit-alüminyum yığınındaki atomik düzeydeki kusurlar, kübitlerin istikrarını bozabilir ve ultra hassas üretim gerektirir. Bazı araştırmacılar, gözlemlenen etkilerin gerçekten MZM’ler mi yoksa Andreev’e bağlı durumlar gibi benzer fenomenler mi olduğunu sorguluyorlar.
Microsoft, 8 kübitten hataya dayanıklı prototiplere, ardından 1.000 milyondan fazla kübit yongaya sahip hizmet ölçeğindeki sistemlere kadar genişlemeyi planlıyor.
Özetle, Majorana 1 çipi, topolojik kararlılığı, dijital ölçeklenebilirliği ve endüstriyel uygulanabilirliği birleştirerek kuantum hesaplamada bir paradigma değişikliğine işaret ediyor. Zorluklar devam etse de, Microsoft’un 17 yıllık Ar-Ge çalışmaları, onu bilim ve endüstri genelinde dönüştürücü potansiyele sahip pratik kuantum avantajı yarışında öncü yapacak gibi gözüküyor. Aşağıda Majorana 1 konusunda daha detaylı bir video var
Kaynak : 