Kuantum teknolojisi artık pratiğe geçiyor

Chicago Üniversitesi, Stanford Üniversitesi, Massachusetts Teknoloji Enstitüsü, Avusturya Innsbruck Üniversitesi ve Hollanda Delft Teknoloji Üniversitesi'nden araştırmacıların yer aldığı çalışma, kuantum bilgi donanımının mevcut durumunu geniş bir değerlendirmeye tabi tutuyor. Analiz, ölçeklenebilir kuantum bilgisayarları, iletişim ağları ve sensör cihazlarının gelişimini etkileyen ana engelleri ve ortaya çıkan olasılıkları vurguluyor.

TRANSİSTÖRLERİN İLK GÜNLERİNE BENZİYOR

Chicago Üniversitesi Moleküler Mühendislik ve Fizik profesörü ve Chicago Kuantum Enstitüsü Direktörü David Awschalom, makalenin başyazarı olarak, "Kuantum teknolojisindeki bu dönüşüm anı, transistörlerin ilk günlerine çok benziyor" diyor. "Temel fiziksel kavramlar artık belirlenmiş durumda, fonksiyonel sistemler mevcut, şimdi ise bu teknolojinin tam anlamıyla kullanılabilir bir potansiyel kazanabilmesi için işbirliklerinin ve koordineli çabaların artırılması gerekiyor."

Son on yıl, temel kavram kanıtı deneylerinden, iletişim, sensör ve bilgisayar uygulamalarında gerçek dünyada kullanılabilir erken aşama sistemlere doğru bir kayma yaşandığını belirten araştırmacılar, bu hızlı ilerlemenin akademi, devlet ve sanayi arasında kurulan işbirliklerine dayandığını ifade ediyor. Bu işbirliklerinin, mikroelektroniklerin bir zamanlar ileriye gitmesini sağlayan işbirliği çerçevesine benzer olduğunu vurguluyorlar.

KUANTUM DONANIM PLATFORMLARININ KARŞILAŞTIRILMASI

Makale, altı önde gelen kuantum donanım platformunun mevcut durumunu inceliyor: süper iletkenli qubitler, hapsolmuş iyonlar, spin defektleri, yarı iletken kuantum noktaları, nötr atomlar ve optik fotonik qubitler. Bu platformların bilgisayar, simülasyon, ağ kurma ve sensörlük uygulamaları üzerindeki ilerlemelerini karşılaştırmak için, ChatGPT ve Gemini gibi büyük dil yapay zeka modelleri kullanılarak her birinin teknoloji olgunluk seviyesi (TRL) değerlendirildi. TRL'ler, bir teknolojinin laboratuvar ortamında temel ilkelerinin gözlemlendiği 1'den, operasyonel bir ortamda kanıtlandığı 9'a kadar bir olgunluk ölçeğinde değerlendirilir.

Sonuçlar, alanın ilerlemesine dair bir karşılaştırmalı görünüm sunuyor. İleri düzey prototipler, sistem işletimi ve bulut erişimi gibi işlevleri gösterse de, ham performans hala gelişme aşamasında. Örneğin, birçok önemli uygulama, büyük ölçekli kuantum kimya simülasyonları gibi, teknolojik olarak bugün mümkün olanın çok ötesinde hata performansı gerektirebilir.

TARİHE BAKARAK ZORLUKLARI DEĞERLENDİRMEK

En yüksek TRL puanları, kuantum bilgisayarı için süper iletken qubitlere, kuantum simülasyonu için nötr atomlara, kuantum ağı kurma için fotonik qubitlere ve kuantum sensörlüğü için spin defektlerine verildi.

Yazarlar, kuantum sistemlerinin etkili bir şekilde ölçeklenmesi için çözülmesi gereken bir dizi temel zorluk belirliyor. Tutarlı, yüksek kaliteli, kitlesel üretilebilen cihazların üretilebilmesi için malzeme bilimi ve üretim teknolojilerinde önemli ilerlemeler gerekmektedir. Kablolama ve sinyal iletimi ise hala büyük bir mühendislik engeli oluşturuyor; çoğu kuantum platformu, çoğu qubit için bireysel kontrol kanallarına ihtiyaç duyuyor ve bu sistemlerin milyonlarca qubit ile ölçeklenmesi sırasında, sadece daha fazla kablo eklemek sürdürülebilir bir çözüm değil. Enerji teslimi, sıcaklık yönetimi, otomatik kalibrasyon ve sistem kontrolü gibi diğer ilgili zorluklar, sistemlerin karmaşıklığı arttıkça sürekli gelişmeler gerektirecek.

Makale, bu mühendislik ihtiyaçlarını, bilgisayar mühendisliğinin tarihinden alınan derslerle bağlantılandırıyor. Klasik elektronik alanındaki en dönüştürücü gelişmelerin -litografi ile tanışmak ve yeni transistör malzemeleri gibi- laboratuvar araştırmalarından endüstriyel uygulamalara geçişinin yıllar veya on yıllar sürdüğünü belirtiyor. Yazarlar, kuantum teknolojilerindeki ilerlemenin de benzer bir yol izleyeceğini savunuyor ve bu süreçte sistem düzeyinde, üstten aşağıya doğru tasarım stratejilerinin, paylaşılan açık bilimsel bilginin önemini ve sabrı vurguluyorlar.