Kuantum bilgisayarlar ve gelişmiş kuantum teknolojiler, özel kuantum malzemelere dayanır ve bu malzemeler, doğru koşullar altında alışılmadık şekillerde davranır. Bilim insanları, malzemenin yapısını dikkatlice değiştirerek tamamen yeni kuantum özellikler oluşturabiliyor. Bunlardan en çarpıcı olanı, grafenin ince tabakalarını üst üste koyup döndürerek moiré desenleri yaratmak ve böylece malzemeyi bir süperiletken haline getirmek. Ancak bu tür karmaşık yapıları ve davranışlarını tahmin etmek, günümüzün en güçlü süper bilgisayarları için bile zorlayıcı.
Finlandiya’daki Aalto Üniversitesi Uygulamalı Fizik Bölümü’nden araştırmacılar, artık bu karmaşık, periyodik olmayan kuantum malzemeleri anında hesaplayabilen kuantum esintili bir algoritma geliştirdiler. Yardımcı Doçent Jose Lado, bu çalışmanın kuantum teknolojisi içinde çift yönlü verimli bir gelişim döngüsünü ön plana çıkardığını belirtiyor. Lado’ya göre, “Bu yeni kuantum algoritmaları, yeni kuantum malzemelerin geliştirilmesini sağlayarak kuantum bilgisayarlarının paradigmasını tamamen değiştirebilir. Böylece kuantum malzemeler ve kuantum bilgisayarları arasında verimli bir geri besleme döngüsü oluşacak.”
Bu ilerleme, elektrik enerjisini kayıp olmadan iletebilen “sönümlemesiz” elektroniklerin geliştirilmesine zemin hazırlayabilir. Özellikle yapay zeka destekli veri merkezlerinin artan ısınma ve enerji sorunlarını hafifletmek için büyük bir fırsat sunuyor. Lado’nun liderliğindeki araştırma ekibi, doktorasını yapan Tiago Antão başta olmak üzere ve diğer araştırmacılarla birlikte önemli bir makaleyi Physical Review Letters dergisinde yayımladı.
Araştırma ekibi bu kez “topolojik kuazikristaller” olarak bilinen ve sıra dışı kuantum uyarımları barındıran malzemeleri inceledi. Bu uyarımlar, elektrik iletkenliğini dış etkenlerden koruyarak sistemi daha dayanıklı hale getiriyor. Fakat kuazikristallerin yapısı son derece karmaşık ve düzensiz olduğu için bu uyarımlar malzeme içinde eşit dağılmamış durumda. Bu nedenle malzemenin tamamını doğrudan hesaplamak mümkün olmadı; ekip, kuantum bilgisayarlarının kullandığına benzer yöntemleri temel alan özel algoritmalar geliştirdi.
Baş araştırmacılardan Tiago Antão, “Kuantum bilgisayarlar, hesaplama alanlarını üssel olarak büyütür. Biz de tensor ağları adı verilen algoritmalar kullanarak 268 milyonun üzerindeki siteyi barındıran bir kuazikristali simüle ettik. Bu yöntem, kuantum malzemedeki devasa problemleri kuantum çoklu parçacık sistemleri olarak kodlayarak çözmemizi sağladı,” diyor. Şu aşamada çalışma teorik ve simülasyonlar üzerinde ilerlese de, deneysel testlerin ve uygulamaların yakın gelecekte mümkün olacağı umut ediliyor.
Lado, “Bu kuantum esintili algoritma, sıradan yöntemlerin çok ötesinde süper-moiré kuazikristaller yaratmamıza olanak sağladı. Bu da kuantum bilgisayarlarda kullanılmak üzere topolojik kuantum bitleri tasarlamak için büyük bir adım,” diyerek araştırmanın önemine vurgu yapıyor.
Araştırma ilerledikçe, geliştirilen algoritmanın gerçek kuantum bilgisayarlarında kullanılabileceği ve donanım yeterince geliştiğinde doğrudan uygulanabileceği belirtiliyor. Lado’ya göre, “Yöntemimiz, AaltoQ20 ve Finlandiya Kuantum Bilgi İşlem Altyapısı gibi projelerle desteklenen kuantum bilgisayarlarında rahatlıkla çalışabilir.”
Bu çalışma, kuantum algoritmaları ve kuantum malzemeler alanlarını birleştirerek, kuantum teknolojileri alanında erken pratiğe dönüşebilecek önemli adımlar atılmasına öncülük ediyor. Ayrıca, Lado’nun ERC ULTRATWISTROICS projesi ve Kuantum Malzemeler Mükemmeliyet Merkezi’nin (QMAT) çalışmaları bağlamında, geleceğin kuantum teknolojilerinin şekillenmesine katkı sağlıyor.
📎 Kaynak: sciencedaily.com
