Microsoft, bugün, Topolojik Çekirdek (Topological Core) mimarisine dayanan dünyanın ilk kuantum çipi olan Majorana 1‘i tanıttı. Şirket, bu yeni çipin, kuantum bilgisayarları yıllar içinde değil, on yıllar içinde anlamlı ve endüstriyel ölçekte problemleri çözebilecek hale getireceğini öngörüyor.
Bu çip, dünyanın ilk topoiletkenini (topoconductor) kullanıyor. Topoiletken, Majorana parçacıklarını gözlemleyip kontrol edebilen ve böylece daha güvenilir ve ölçeklenebilir kübitler (kuantum bilgisayarlarının temel yapı taşları) üretebilen çığır açıcı bir malzeme türüdür.
Microsoft, yarı iletkenlerin akıllı telefonları, bilgisayarları ve modern elektroniği mümkün kıldığı gibi, topoiletkenlerin ve bunların mümkün kıldığı yeni çip türünün, bir milyon kübite ölçeklenebilen kuantum sistemleri geliştirmek için bir yol sunduğunu belirtti. Bu sistemler, en karmaşık endüstriyel ve toplumsal problemleri çözmeye olanak tanıyabilir.
“Bir adım geriye çekildik ve dedik ki: ‘Tamam, kuantum çağının transistörünü icat edelim. Hangi özelliklere sahip olması gerekiyor?'” diyen Microsoft Teknik Uzmanı Chetan Nayak, “İşte tam olarak buraya böyle geldik – yeni malzeme yığınının (materials stack) belirli kombinasyonu, kalitesi ve kritik detayları sayesinde yeni bir kübit türü ve nihayetinde tamamen yeni bir mimari geliştirebildik” ifadelerini kullandı.
Majorana 1 ve Yeni Mimarisi
Microsoft’a göre, Majorana 1 işlemcisini geliştirmek için kullanılan yeni mimari, tek bir çipe bir milyon kübit sığdırma yolunu net bir şekilde açıyor. Bu, kuantum bilgisayarlarının dönüştürücü, gerçek dünyaya yönelik çözümler sunması için gerekli olan bir eşik olarak görülüyor. Örneğin, bu çip sayesinde mikroplastiklerin zararsız bileşenlere ayrıştırılması veya kendini onaran malzemelerin icat edilmesi gibi çığır açan çözümler mümkün hale gelebilir.
Bugün dünyadaki tüm klasik bilgisayarlar bir araya gelse bile, bir milyon kübitlik bir kuantum bilgisayarın yapabileceği işlemleri gerçekleştiremez. “Kuantum alanında ne yapıyorsanız yapın, bir milyon kübite ulaşabilecek bir yolunuz olması gerekiyor. Eğer yoksa, gerçekten önemli problemleri çözebilecek ölçeğe ulaşmadan bir duvara çarpacaksınız,” diyen Nayak, “Biz bir milyona ulaşmanın yolunu bulduk” diye ekledi.
Topoiletkenler: Yeni Bir Maddenin Kullanımı
Topoiletken (veya topolojik süper iletken), tamamen yeni bir madde hali yaratabilen özel bir malzeme kategorisidir. Ne katı, ne sıvı ne de gazdır; topolojik bir durum oluşturur. Bu, daha kararlı, hızlı, küçük ve dijital olarak kontrol edilebilen bir kübit üretmek için kullanılır ve mevcut alternatiflerde gerekli olan bazı ödünlerden kaçınmayı mümkün kılar.
Microsoft araştırmacıları, Nature dergisinde Çarşamba günü yayımlanan yeni bir makalede, topolojik kübitlerin egzotik kuantum özelliklerini nasıl yarattıklarını ve bunları doğru bir şekilde nasıl ölçtüklerini açıkladı. Bu, pratik kuantum bilgisayarlarının geliştirilmesi için kritik bir adımdır.
Yeni Malzeme Yığını ve Majorana Parçacıkları
Bu büyük atılım, tamamıyla yeni bir malzeme yığını (materials stack) geliştirmeyi gerektirdi. İndiyum arsenit ve alüminyumdan oluşan bu yığının çoğu, atom atom tasarlanıp üretildi. Amaç, Majorana parçacıklarını ortaya çıkarmak ve onların benzersiz özelliklerinden faydalanarak kuantum bilgisayarlarında yeni bir aşamaya ulaşmaktı.
Majorana 1’in Topolojik Çekirdeği, donanım seviyesinde hata direnci barındıran tasarımı sayesinde daha kararlı hale getirilmiştir. Geleneksel yaklaşımlarda her bir kübitin hassas analog kontrolünü gerektiren işlemler, Microsoft ekibinin geliştirdiği yeni ölçüm yaklaşımı sayesinde dijital olarak yapılabiliyor. Bu da kuantum hesaplamanın çalışma biçimini yeniden tanımlıyor ve büyük ölçüde basitleştiriyor.
Kuantum Bilgisayarlarının Geleceği: Yüksek Performans ve AI ile Entegrasyon
Microsoft, Quantinuum ve Atom Computing ile ortaklık kurarak ilk güvenilir kuantum bilgisayarı geliştirmeyi başardı. Microsoft’un Azure Quantum platformu, müşterilere AI, yüksek performanslı bilgi işlem ve kuantum platformlarını bilimsel keşifleri ilerletmek için kullanma olanağı sunuyor.
Microsoft, kuantum bilgisayarlarının yalnızca kimya, malzeme bilimi ve endüstriyel süreçlerde devrim yaratmakla kalmayacağını, aynı zamanda yapay zeka ile birleşerek insanlığın en büyük sorunlarını çözmeye yardımcı olacağını öngörüyor.
Örneğin:
- Korozyon ve çatlamanın temel nedenlerini anlamak için kuantum mekanik hesaplamalar yapılabilir. Bu, kendini onaran malzemelerin geliştirilmesine yol açabilir.
- Mikroplastiklerin çevreden ayrıştırılması için yeni katalizörler bulunabilir.
- Enzimlerin (biyolojik katalizörler) sağlık ve tarım alanlarında daha etkili kullanımı sağlanabilir.
Microsoft Teknik Uzmanı Matthias Troyer, “Kuantum bilgisayar, yapay zekaya doğanın dilini öğretiyor, böylece AI tam olarak ihtiyacınız olan malzemeyi veya molekülü nasıl yaratacağınızı söyleyebiliyor” dedi.
Majorana 1: Ölçeklenebilir ve Pratik Kuantum Hesaplama
Kuantum dünyası, kuantum mekaniği yasalarına göre çalışır ve klasik fiziğin kurallarına uymaz. Kübitler, çevresel etkiler ve ölçüm süreçleri nedeniyle hassas ve hataya açık olabilirler. Microsoft’un topolojik kübitleri, daha kararlı olmaları ve daha az hata düzeltme gerektirmeleri nedeniyle ticari uygulamalar için daha uygun görülüyor.
Ancak, Microsoft’un kullanmak istediği Majorana parçacıkları doğada mevcut değildir ve ancak manyetik alanlar ve süper iletkenler yardımıyla üretilebilir. Nature dergisinde yayımlanan çalışma, Majorana parçacıklarının varlığının doğrulandığını ve ölçülebildiğini ortaya koyarak Microsoft’un yaklaşımının geçerliliğini destekliyor.
Microsoft’un Majorana 1 kuantum çipi, kübitleri ve çevresindeki kontrol elektroniğini barındırarak avuç içine sığabilecek kadar küçük ve Azure veri merkezlerine entegre edilebilecek kadar pratik hale getirildi.
“Yeni bir madde hali keşfetmek bir şeydir,” diyen Nayak, “Ancak bunu kuantum bilgisayarlarını ölçeklemek için kullanmak tamamen başka bir şeydir.” sözleriyle bu atılımın önemini vurguladı.
