Yarım yüzyıl önce New York eyaletinin Poughkeepsie kentindeki bir fabrika bilgisayar donanımı üretiyordu. Ana bilgisayarlardan elde edilen karlar, ayrıcalıklı çalışanları, bilimsel araştırmaları ve International Business Machines’i dünyanın en değerli şirketi yapan temettüyü finanse ediyordu. Bugün küçülmüş bir IBM, gelirinin büyük kısmını soyut şeylerden elde ediyor: bilgisayar yazılımları ve iş hizmetleri. Ancak şirket, Poughkeepsie’yi yeniden eski ihtişamlı günlerine döndürebilecek yeni bir tür makine üzerinde çalışıyor. Burası, sıradan bir bilgisayarın altından kalkamayacağı matematiksel zorluklarla başa çıkmak üzere tasarlanmış, adeta büyülü aygıtlar olan kuantum bilgisayarlarının monte edileceği yer.
Kuantum vaaliyetleri
Eğer kuantum teknolojisi vaatlerini yerine getirirse, mühendisler onu ilaç, aşı, pil ve kimyasal tasarımında dev adımlar atmak için kullanacak. Boston Consulting Group geçen yıl, 2040’a gelindiğinde kuantum donanım ve yazılım sağlayıcılarının yıllık 90 milyar ila 170 milyar dolar gelir elde edeceğini öngördü. IBM bu hızla gelişen teknolojinin içinde yüzyılın başından beri yer alıyor. Bu çabanın başında ise Avustralyalı 46 yaşındaki fizikçi Jay Gambetta bulunuyor. Gambetta, altı kıtada araştırma yapan üç bin çalışanı yönetiyor. Kuantumdan tasarruf etmeyeceği kesin; çünkü tüm kariyerini bu alanda geçirdi. Gambetta, Yale’deki doktora sonrası çalışmalarının ve ardından Waterloo Üniversitesi’ndeki öğretim üyeliğinin ardından 2011 yılında, Poughkeepsie fabrikasının 63 kilometre güneyindeki IBM Watson Araştırma Merkezi’ne katıldı. “Öğretmeyi seviyorum ama aslında inşa etmek istiyordum” diyor.
Bir kuantum bilgisayarının bilgi depolayan unsuru olan kübiti inşa etmenin birçok yolu var ve bunların herhangi biri, kullanışlı bir makine yapma yarışında kazanan olabilir. Yüklü atomlar olan iyonlar da bir kuantum sisteminin temeli olabilir. Bir başka yaklaşım ise silikon parçacıkları üzerine yerleştirilmiş minik süperiletken tellerde akan elektrik akımlarını içerir. Gambetta’nın Watson’a gelişinden sonraki üç yıl içinde, o ve meslektaşları bu seçeneğe bahis yapmaya karar verdi; fotonik, hapsedilmiş iyonlar ve diğer araştırma yollarını geride bıraktılar.
Süperiletken yaklaşım, mutlak sıfırın yetmişte biri derece üzerine kadar soğutulmuş bir çip gerektirir; bu, süperiletkenin çalışması ve elektronların hassas dansının bozucu termal gürültüden korunması için zorunludur. Çipin “transmon” adı verilen çalışma elemanları mikrodalga darbeleriyle kontrol edilir. Yürüyüş emirleri ise yakında duran geleneksel bir bilgisayardan gelir.
"Her şeyi yeniden icat etmek zorunda değliz"
İşleri kolaylaştıran şeyler şunlar: hayal edilemeyecek kadar düşük sıcaklıkların raflardan satın alınabilen cihazlarla elde edilebilmesi; çip üretiminin IBM’in kendi bünyesinde yapabildiği bir iş olması; ve cep telefonlarında kullanılanlara çok benzeyen mikrodalgaların elektrik mühendisleri için eski bir konu olması. Gambetta, “Her şeyi yeniden icat etmek zorunda değiliz. 50 yıllık radar ve mikrodalga teknolojisinden yararlanarak çaldığımız güzel, temiz mikrodalga notaları ürettik" diyor.
IBM ve kuantum hesaplama üzerine çalışan birkaç dev şirketin yanında, atılımları ve gelecekleri hakkında iddialı açıklamalar yapan çok sayıda girişim de var. Büyük ticari değer taşıyan bir şey ortaya çıkmadan önce hepsinin yapması gereken çok iş var. Bu durum, yatırımcıların onlara para savurmasını engellemiş değil. New Jersey’nin Hoboken kentindeki bir firma bu gözde adaylardan biri. Bu şirket başlangıçta mürekkep püskürtmeli yazıcı kartuşları satıyordu. Bu iş tutmayınca içecek dağıtımına geçti; o da tutmadı. Adını Quantum Computing olarak değiştirdi ve fotonik ürünler satıyor. Web sitesinde şöyle yazıyor: “Vizyonumuz: Kuantumu bir milyar insanın eline vermek.” Şirket yakın zamanda gelirinin 9 bin 500 katı değerle işlem görüyordu.
Google da aynı yolu izliyor
IBM’in Poughkeepsie fabrikasında, araştırma laboratuvarında ve Avrupa ile Asya’da bağlı kuantum bilgisayarları bulunuyor. Moderna, Cleveland Clinic, Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı ve daha birçok kurumdan bilim insanları bu makinelerde test programları çalıştırıyor; daha hızlı, daha büyük ve hataya daha dayanıklı kuantum bilgisayarlar geldiğinde algoritmalarla hazır olmayı hedefliyorlar. IBM, transmonlara bahis oynayan tek şirket değil; Google da aynı yolu izliyor. Tamamen farklı bir yaklaşım günün kazananı olabilir mi? Gambetta bunu pek olası görmüyor ama yine de düşünüyor. Özellikle IBM’in yaptıklarında kusur bulabilsinler diye, rakip teknolojileri izleyen şirketlerden mühendisler işe almayı önemsiyor.
Bu rakiplerin bazıları küçük ölçekli deneysel ortamlarda etkileyici sonuçlar açıkladı. Ancak daha büyük makinelere sıçrama, kuantum elemanlarının ve onları kontrol eden devrelerin üretiminde giderek daha zorlu bir hassasiyet gerektiriyor. Gambetta retorik olarak soruyor: “Bu teknolojiyi ölçeklendirmek için bir planınız var mı? Çok sayıda paketleme içeren bir fabrika mı kuruyorsunuz?”
Bir de kübitlerin hataya yatkın olması sorunu var. Hesaplama programları karmaşıklaştıkça ve daha fazla kübit içerdikçe, hatalar birikip sonuçları anlamsız hale getirebilir. Araştırmacılar, örneğin birbirini denetleyen yedek kübitler kullanarak, yol boyunca hataları düzeltmenin farklı yolları üzerinde çalışıyor. Ancak bu, daha fazla karmaşıklık ve daha fazla arıza ihtimali anlamına geliyor. Google, hata düzeltme konusunda dramatik biçimde iyileştirilmiş bir sisteme sahip olduğunu ilan etti. IBM ise bu bulmacanın bu kısmına verdiği yanıtı bilimsel bir dergide yayımladı. Gambetta, “Bence ölçekli hata düzeltme için en şeffaf yol haritasına biz sahibiz” diyor.