Yeni bir derleme makalesi, kuantum teknolojilerinin laboratuvardan gerçek dünyaya doğru hızla ilerlediğini ve şimdi “ölçeklendirme” yani sistemi büyük boyuta taşıma sorununun ön plana çıktığını vurguluyor. 4 Aralık’ta Science dergisinde yayınlanan makale, tarihten ders almanın ve sabırlı, sistemsel yaklaşımlar geliştirmenin önemli olduğunu gösteriyor.
Kuantum teknolojileri, bilgisayarlar, haberleşme ve hassas algılama gibi alanlarda klasik teknolojilerin ötesinde yeni imkanlar sunma potansiyeli taşıyor. Basitçe anlatmak gerekirse, kuantum bilgisayarlar bazı özel problemlerde klasik bilgisayarlardan çok daha hızlı çözümler üretebilir; kuantum haberleşme çok daha güvenli iletişim yolları sunabilir; kuantum sensörler ise mevcut cihazların göremediği çok küçük sinyalleri algılayabilir. Ancak bu yeteneklerin günlük hayata girebilmesi için şu anki küçük laboratuvar prototiplerinin çok daha büyük ve güvenilir hale gelmesi gerekiyor.
Klasik bilgisayarlarda bilgi bitler halinde olur: 0 veya 1. Kuantum bilgisayarlarda ise bilgi “kübit” adı verilen birimler halinde olur. Kübitler, aynı anda hem 0 hem 1 olabilme özelligi sayesinde bazı hesaplamalarda paralel avantaj sağlar; buna “süperpozisyon” denir. Kübitler arasındaki özel bağlantılar, yani “dolanıklık”, uzak parçalar arasında bilgi açısından güçlü bağlantılar kurulmasına izin verir. Bu terimler ürkütücü görünse de önemli olan şudur: kuantum sistemleri bazı spesifik problemlerde klasik yöntemlerden çok daha verimli olabilir.
Hangi platformlar ön plana çıkıyor?
Araştırmada altı ana donanım yaklaşımı inceleniyor; süperiletken kübitler, tuzaklanmış iyonlar, spin kusurları, yarıiletken kuantum noktalar, nötral atomlar ve fotonik (ışık temelli) kübitler. Her birinin avantajları ve dezavantajları var: örneğin süperiletken kübitler bulutta erişilebilen erken prototipler sunuyor; nötral atomlar simülasyonlar için uygun; fotonik sistemler haberleşme için elverişli. Ancak hangi platformun “kazanacağı” tek bir cevap değil; farklı uygulamalar için farklı platformlar daha uygun olabilir.
Güncel prototipler küçük sayıda kübitle çalışıyor. Büyük, kullanışlı uygulamalar için –örneğin geniş ölçekli kimya simülasyonları– milyonlarca fiziksel kübit gerekebilir. Bu ihtiyacı karşılamak bir dizi mühendislik sorununu gündeme getiriyor; malzeme ve üretim süreçlerinin tutarlı hale getirilmesi, her kübit için ayrı kablolama yerine daha verimli kontrol altyapıları, güç ve ısı yönetimi, otomatik kalibrasyon ve sistem kontrol yazılımları. 1960’larda klasik bilgisayar mühendislerinin “sayı tiranlığı” dedikleri sorunla benzer bir problemle karşılaşılıyor: çok fazla küçük bileşeni yönetmek sürdürülebilir değil.
Makale, teknolojinin temel fiziksel ilkelerinin artık iyi anlaşıldığını ve işleyen sistemlerin var olduğunu belirtiyor ama bu, hedefe ulaşıldığı anlamına gelmiyor. TRL (teknoloji hazırlık seviyesi) gibi ölçekler, bir teknolojinin laboratuvardan uygulamaya ne kadar yakın olduğunu göstermek için kullanılıyor. Bazı platformlar daha yüksek TRL puanına sahip olsa da bu, işin bitmiş olduğu anlamına gelmiyor. Tarihsel olarak en büyük atılımlar yıllar veya on yıllar aldı, kuantumda da benzeri bir yol izleniyor. Yani net bir tarih vermek mümkün değil, makale sabırlı, koordineli ve endüstri-akademi-hükümet işbirliğine dayalı uzun vadeli çabalar gerektigini ifade ediyor.
Kısa vadede kuantum sensörler ve kuantum anahtar dağıtımı gibi uygulamalar gerçek dünya kullanımlarına giriyor. Orta ve uzun vadede ise ölçeklendirme sorunlari asıldıkça daha güçlü kuantum hesaplama ve küresel kuantum haberleşme ağları gündeme gelecek. Özetle, kuantum teknolojileri yavaş yavaş günlük uygulamalara girmeye başlıyor ama geniş kapsamdaki dönüşüm için hem teknik atılımlar hem de büyük ölçekli mühendislik çözümleri gerekiyor. Makale, tıpkı transistör döneminde olduğu gibi, süreçte sabır ve sistematik çalışma gerektiğini vurguluyor.
Kaynak: Science