Yale, güvenilir kuantum hesaplamanın önündeki temel engel olan kuantum hata düzeltmeyi ele almak için Ulusal Bilim Vakfı destekli beş yıllık, 37,5 milyon dolarlık bir girişime liderlik ediyor. NSF PRACTIQAL olarak bilinen yeni NSF Pratik Kuantum Hata Düzeltme Fiziği ve Mühendisliği Kuantum Sıçraması Meydan Okuma Enstitüsü, practical, industry-scale quantum computers için bir yol geliştirmek üzere disiplinler ve üniversiteler arasındaki araştırmacıları bir araya getiriyor. Çalışma önem taşıyor; çünkü kuantum makinelerinin gerçek dünyada kullanılabilecek kadar güvenilir hâle gelmesi için hataları oluşmalarından daha hızlı belirlemesi ve düzeltmesi gerekiyor. .
Temel bilgiler
- NSF hibesi toplam 37,5 milyon dolar değerinde ve Yale’in liderliğindeki beş yıllık projeyi destekliyor.
- NSF PRACTIQAL, fiziksel kübitlerden ve kontrol elektroniğinden algoritmalara kadar kuantum hata düzeltmeyi ele alacak.
- Merkez, hata düzeltilmiş makinelerin ölçeklendirilmesine ve bir hatanın nerede ve ne zaman oluştuğunu bildirmek üzere tasarlanan “silme kübitlerine” odaklanacak.
- Ödül, büyük ölçekli disiplinlerarası araştırma merkezleri için verilen sekiz NSF Kuantum Sıçraması Meydan Okuma Enstitüsü hibesinden biri.
Bunun araştırmacılar ve üniversiteler için anlamı
Araştırmacılar ve katılımcı üniversiteler için NSF PRACTIQAL; fizik, mühendislik, bilgisayar bilimi ve kimyayı kapsayan eşgüdümlü bir program oluşturuyor. Merkez, donanım, hata düzeltme kodları ve algoritmaları ayrı sorunlar olarak ele almak yerine, hataya dayanıklı kuantum sistemlerini daha ulaşılabilir, verimli ve uygulanabilir kılma hedefiyle bunları birlikte eniyilemeyi amaçlıyor.
Çalışmaya katılan Yale öğretim üyeleri Robert Schoelkopf ve Michael Hatridge’in yanı sıra Yongshan Ding, Lin Zhong, Aleksander Kubica, Shruti Puri, Steven Girvin, Konrad Lehnert ve Victor Batista’yı içeriyor. Enstitü ayrıca, araştırmasını daha geniş kuantum hesaplama topluluğu açısından ilgili tutmaya yardımcı olması amaçlanan ortak üniversiteleri, endüstriyel ortakları ve dış danışma kurulunu da kapsıyor.
Kuantum hata düzeltme neden projenin temel zorluğu?
Kuantum hata düzeltme temel önemde; çünkü kübitler kırılgandır: gürültü ve diğer çevresel etkenler kuantum durumlarını bozabilir. Bu nedenle pratik bir makinenin, hataları ortaya çıkmalarından daha hızlı algılaması ve düzeltmesi gerekir. NSF PRACTIQAL, bu süreci daha büyük sistemlerde daha verimli ve uygulanabilir hâle getirmek için gereken bilim ve mühendisliği araştırmak üzere tasarlandı.
Geleneksel bilgisayarlarda bilgi dayanıklı birler ve sıfırlarla temsil edilirken, kübitler hataya çok daha yatkındır. Bu fark, malzeme bilimi ve ilaç tasarımı da dâhil olmak üzere klasik bilgisayarlar için neredeyse imkânsız sorunları ele alma potansiyeline rağmen, güvenilirliği kuantum hesaplama için büyük bir engel hâline getirdi.
“Bugün hata düzeltme, kuantum hesaplamayı kullanışlı hâle getirmenin başlıca bilimsel ve mühendislik zorluğudur,” dedi merkezin direktörü ve Sterling Uygulamalı Fizik Profesörü Robert Schoelkopf.
NSF PRACTIQAL kuantum hesaplama yığınını nasıl birleştirmeyi planlıyor?
Merkezin yaklaşımı, kuantum bilgisayarının her düzeyinde çalışmak. Araştırmacıları fiziksel kübitleri ve kontrol elektroniğini, ayrıca bir makineyi çalıştırmakta kullanılan kodları ve algoritmaları inceleyecek. Amaç, donanım ve yazılımın uyumlu kod türlerini çalıştıracak şekilde tasarlanmasını sağlamak; böylece verimliliği artırmak ve hatalara yatkınlığı azaltmak.
Araştırma önceliklerinden biri, hata düzeltilmiş makinelerin ölçeklenmesini yavaşlatan sorunları belirlemek. İkincisi, PRACTIQAL ekibi üyelerinin öncülük ettiği silme kübitlerini araştırmak. Bu özel tasarımlı kübitler, bir hatanın konumunu ve zamanlamasını belirleyen işaretler gibi davranır; enstitü de hata düzeltmeyi daha pratik kılma çalışmasının parçası olarak bu yaklaşımı inceleyecek.
PRACTIQAL’ın eş direktörü ve uygulamalı fizik doçenti Michael Hatridge, önceki çalışmaların çoğunun hata düzeltme için eniyilenmiş çok küçük makinelere odaklandığını söyledi. Grubun hedefi, dev bir sistemin kendisini inşa etmekten ziyade fikirleri kanıtlayıp daha büyük sistemler için bir yol haritası ortaya koyarak büyük ölçekli, hata düzeltilmiş kuantum bilgisayarlarına giden yolu kısaltmak.
Beş yıllık çalışmanın ortaya koyması amaçlanan sonuç
Araştırmacılar, beş yıllık projenin sonunda endüstriyel ölçekte pratik hata düzelten bilgisayarlara giden bir yol geliştirmiş olmayı bekliyor. Enstitünün rolü, çoğu zaman tek tek bileşenlere yoğunlaşan uzmanlığı eşgüdümlemek ve bunu eniyilenmiş bütün makine tasarımına uygulamak.
NSF hibesi, kuantum bilgi bilimi ve teknolojisindeki büyük zorlukları ele alan büyük ölçekli disiplinlerarası merkezler olan Kuantum Sıçraması Meydan Okuma Enstitüleri için verilen sekiz ödülden biri. Yale ve işbirlikçileri için hibe, kuantum cihazlarındaki hatalara ilişkin temel araştırmaları güvenilir makineler için gereken donanım ve yazılım seçimleriyle birleştirme çabasını destekliyor.
Sık sorulan sorular
NSF PRACTIQAL nedir?
NSF PRACTIQAL, Pratik Kuantum Hata Düzeltme Fiziği ve Mühendisliği NSF Kuantum Sıçraması Meydan Okuma Enstitüsüdür. Yale’in liderliğindeki bu merkez, büyük ölçekli, hata düzeltilmiş kuantum hesaplamayı ilerletmek üzere bilgisayar bilimcileri, kimyagerleri, fizikçileri ve mühendisleri bir araya getiren beş yıllık, 37,5 milyon dolarlık bir yapıdır.
Silme kübitleri nedir?
Silme kübitleri, bir hatanın tam olarak nerede ve ne zaman oluştuğunu bildiren özel tasarımlı kübitlerdir. NSF PRACTIQAL, kuantum hata düzeltmeyi daha pratik ve verimli hâle getirme çalışmasının parçası olarak bunların kullanımını araştıracak.
