{"id":22,"date":"2022-07-13T23:13:12","date_gmt":"2022-07-13T23:13:12","guid":{"rendered":"https:\/\/kuantumbilgisayar.net\/?p=22"},"modified":"2023-05-20T23:57:28","modified_gmt":"2023-05-20T23:57:28","slug":"__trashed","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/kuantumbilgisayar.net\/?p=22","title":{"rendered":"Kuantum Bilgisayar nedir, nas\u0131l \u00e7al\u0131\u015f\u0131r ve nas\u0131l yap\u0131l\u0131r?"},"content":{"rendered":"\t\t
\n\t\t\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t
\n\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\t
\n\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n
\n
\n

Bu yaz\u0131 kuantum bilgisayar ara\u015ft\u0131rmalar\u0131nda kullan\u0131lan fiziksel sistemlerin \u00e7al\u0131\u015fma prensipleri \u00fczerine, ileri seviye okuma yapmak isteyen arkada\u015flara alt yap\u0131 olur umudu ile haz\u0131rlad\u0131\u011f\u0131m olabildi\u011fince basit bir \u00f6zet. Sistemlerin \u00e7al\u0131\u015fma prensipleri \u00fczerine konu\u015faca\u011f\u0131m\u0131z i\u00e7in kuantum fizi\u011finden ba\u015fka alanlara da girece\u011fiz. Ba\u015flamadan \u00f6nce <\/em>kuantum s\u00fcperpozisyon<\/em><\/a> nedir ve <\/em>kuantum dolan\u0131kl\u0131k<\/em><\/a> nedir yaz\u0131lar\u0131n\u0131 okuman\u0131z \u015fiddetle tavsiye edilir. \u0130\u015fin kuramsal bilgi i\u015fleme taraf\u0131yla ilgilenenler <\/em>Kuantum bilgisayarlar\u0131n matemati\u011fi<\/em><\/a> yaz\u0131s\u0131n\u0131 okuyabilirler.<\/em><\/p>\n\n\n\n

\n
\"\"\/
Google\u2019\u0131n Sycamore \u00e7ipi<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n\n

Kuantum bilgisayar tan\u0131m gere\u011fi bilgisay\u0131m i\u015flemlerini kuantum fizi\u011fi temellerine dayal\u0131<\/strong> olarak yapan ve bu sayede klasik bilgisayarlar\u0131n ula\u015famayaca\u011f\u0131 i\u015flem g\u00fcc\u00fcne ula\u015fabilece\u011fi varsay\u0131lan sistemlere deniyor. Kuantum bitlerin (kubit<\/strong>) fiziksel uygulamalar\u0131ndan biri olan kuantum bilgisayarlar\u0131n \u00e7al\u0131\u015fma prensibi genel olarak atom alt\u0131 par\u00e7ac\u0131klar\u0131n kuantum s\u00fcperpozisyon<\/strong><\/a>una ve kuantum dolan\u0131kl\u0131\u011f<\/strong><\/a>\u0131<\/strong>na dayan\u0131yor. S\u00fcperpozisyon \u00f6zelli\u011fi sayesinde kubitlere kodlayabilece\u011fimiz bilgi miktar\u0131 \u00fcssel<\/strong> (exponential) olarak art\u0131yor. Klasik i\u015flemcilerde bilgi tek tek i\u015flenirken (her olas\u0131l\u0131k ayr\u0131 ayr\u0131 denenirken) kuantum bilgisayarlarda s\u00fcperpozisyonlar\u0131 ve dolan\u0131kl\u0131klar\u0131 paralel<\/em> olarak ayn\u0131 anda<\/strong> manip\u00fcle edebiliyoruz. Kuantum paralelli\u011fi olarak adland\u0131rabilece\u011fimiz bu i\u015flem klasik bilgisayarlarda kulland\u0131\u011f\u0131m\u0131z paralellik ile farkl\u0131: paralel i\u015flemci stratejisi \u00fczerine in\u015fa edilen klasik s\u00fcper bilgisayarlar\u0131n performans\u0131 en iyi ihtimalle lineer olarak art\u0131yor. \u00c7\u00fcnk\u00fc klasik paralellik \u00e7\u00f6z\u00fclmek istenen problemi k\u00fc\u00e7\u00fck par\u00e7alara ayr\u0131l\u0131p parametre uzay\u0131n\u0131n farkl\u0131 i\u015flemcilerde yine teker teker denenmesinden ibaret. 32 kubitli bir kuantum bilgisayar teorik olarak <\/strong>2 \u00fczeri 32 olas\u0131l\u0131\u011fa yani yakla\u015f\u0131k 4.3Gbit i\u015flem kapasitesine sahipken sisteme 10 tane daha kubit ekleyerek (2 \u00fczeri 42) 4.4Tbit kapasiteye \u00e7\u0131karabiliyoruz. 300 kubitli bir sistem evrendeki (tahmin edilen) t\u00fcm atomlar\u0131n say\u0131s\u0131ndan fazla olas\u0131l\u0131\u011fa sahip bir i\u015flem g\u00fcc\u00fc sunabilme potansiyeline sahip! Fakat bu g\u00fcc\u00fc ger\u00e7ek hayatta kullanabilmemiz i\u00e7in t\u00fcm kubitlerin birbirleriyle ba\u011flant\u0131l\u0131 olmalar\u0131, kubit operasyonlar\u0131n\u0131n m\u00fckemmel i\u015flemesi ve sistemi 100% verimle kullanabilecek algoritmalar<\/strong>\u0131m\u0131z\u0131n olmas\u0131 gerekiyor. Ve ger\u00e7ek d\u00fcnya b\u00f6yle toz pembe de\u011fil tabi ki \ud83d\ude42 \u00d6zellikle s\u00fcperpozisyonlar\u0131 ve dolan\u0131kl\u0131klar\u0131 paralel olarak manip\u00fcle edebilsek bile \u201c\u00e7\u0131kt\u0131\u201d diyebilece\u011fimiz kuantum durumunu okumak istedi\u011fimiz zaman bu olas\u0131l\u0131klardan sadece bir tanesinin sonucuna ula\u015fabiliyoruz zira daha \u00f6nceki yaz\u0131da<\/a> da belirtti\u011fimiz gibi kuantum durumu \u00f6l\u00e7\u00fcm sonunda \u00e7\u00f6k\u00fcyor. Yaz\u0131n\u0131n ilerleyen b\u00f6l\u00fcmlerinde g\u00f6rece\u011fimiz gibi kuantum bilgisayar algoritmas\u0131 yazmak hi\u00e7 kolay de\u011fil. Hesaplanmas\u0131 gereken \u015feyler art\u0131k 0lar 1ler de\u011fil, fazlar, kompleks say\u0131lar ve bunlar\u0131n getirdi\u011fi kuantum dalga giri\u015fimleri. Kuantum bilgisayarlar\u0131n klasik bilgisayarlar\u0131n yerini almak yerine beraber h\u00fck\u00fcm s\u00fcrecek olmalar\u0131<\/strong>n\u0131n bir sebebi de bu. Yak\u0131n ve orta vadede klasik bilgisayar\u0131n yapabildi\u011fi t\u00fcm i\u015flemlerin kuantum bilgisayarlar taraf\u0131ndan yap\u0131labilme ihtimali (h\u0131z\u0131ndan bahsetmiyorum) \u00e7ok \u00e7ok az.<\/strong><\/mark><\/p>\n\n\n\n

Alandaki \u00fcnl\u00fc teorisyenlerden olan David DiVincenzo <\/strong>2000 y\u0131l\u0131nda yazd\u0131\u011f\u0131 bir makalede<\/a> kuantum bilgisayarlar\u0131 hayata ge\u00e7irebilmek i\u00e7in 5 ana kriter<\/strong>in olu\u015fmas\u0131 gerekti\u011fini \u00f6ne s\u00fcrm\u00fc\u015ft\u00fc:<\/p>\n\n\n\n

  1. Fiziksel \u00f6zellikleri belirli<\/strong> kubitleriyle beraber \u00f6l\u00e7eklendirilebilir <\/strong>bir sistem. Bu sistem dikey ve yatay polarizasyonlu foton kubitler, iki enerji seviyeli bir atom, iki spin durumlu bir par\u00e7ac\u0131k gibi bir sistem olabilir.<\/li>
  2. Sistemdeki kubitlerin |000\u20260\u27e9 gibi belirli (istenilen) bir ba\u015flang\u0131\u00e7 durumuna getirilebilmesi<\/strong>. (|0\u27e9 durumu d\u00fc\u015f\u00fck enerji ve entropiyi temsil etti\u011fi i\u00e7in tercih sebebi).<\/li>
  3. Kubitlerin durumlar\u0131n\u0131<\/strong> ve fiziksel \u00f6zelliklerini kap\u0131 operasyonlar\u0131 i\u00e7in gerekli olan s\u00fcrelerden \u00e7ok daha uzun s\u00fcreler boyunca tutarl\u0131 bir \u015fekilde koruyabilmeleri<\/strong>. (Bu asl\u0131nda t\u00fcm kuantum sistemleri i\u00e7in bir paradoks \u00e7\u00fcnk\u00fc arzu edilen durum kubitlerin \u00e7evreden gelen termal ve elektromanyetik etkilere minimum tepki g\u00f6stermesi fakat ayn\u0131 zamanda kubitlerimizin fotonlarla olabildi\u011fince g\u00fc\u00e7l\u00fc etkile\u015fimlere girmesi).<\/li>
  4. Algoritmalar\u0131 kubitler \u00fczerinde uygulayabilmemizi sa\u011flayacak kuantum kap\u0131 operasyonlar\u0131<\/strong>.<\/li>
  5. \u0130\u015flem sonunda istenilen kubitlerin okunabilmesi<\/strong>.<\/li><\/ol>\n\n\n\n

    \u0130ki durumlu herhangi bir kuantum sistemi<\/strong> kubit olarak kullan\u0131labilir oldu\u011fu i\u00e7in bir\u00e7ok farkl\u0131 fiziksel platformda, farkl\u0131 yakla\u015f\u0131mlar ve modellerle kuantum bilgisayar ara\u015ft\u0131rmalar\u0131 devam ediyor. Gelece\u011fi parlak olarak g\u00f6r\u00fclen model, klasik bilgisayar mant\u0131\u011f\u0131na da en yak\u0131n model olan kuantum kap\u0131lar (quantum gates) \u00fczerine kurulan kuantum devre modeli<\/strong> olmakla birlikte \u00f6l\u00e7\u00fcme dayal\u0131 kuantum bilgisay\u0131m<\/strong> ve \u201cquantum annealing\u201d<\/em> bazl\u0131 adiabatik kuantum bilgisay\u0131m<\/strong> gibi farkl\u0131 yakla\u015f\u0131mlar da mevcut. End\u00fcstriyel alandaki ara\u015ft\u0131rmalar\u0131n b\u00fcy\u00fck b\u00f6l\u00fcm\u00fc ise kuantum devre modeli \u00fczerine.<\/p>\n\n\n\n

    \u015eu anda kullan\u0131lan kuantum bilgisayar devre algoritmalar\u0131 tek-kap\u0131 ve \u00e7oklu-kap\u0131 operasyonlar\u0131na dayan\u0131yor. Tek-kap\u0131 operasyonu bir kubiti manip\u00fcle ederken \u00e7ift-kap\u0131 operasyonu iki kubiti manip\u00fcle ediyor. Fiziksel sistemlere ge\u00e7meden \u00f6nce bu operasyonlar\u0131n baz\u0131lar\u0131na bir g\u00f6z atal\u0131m ki sistemleri anlat\u0131rken onlarla ne yapmak istedi\u011fimiz akl\u0131m\u0131zda olsun.<\/p>\n\n\n\n

    Nas\u0131l \u00e7al\u0131\u015f\u0131r?<\/strong><\/p>\n\n\n\n

    Tek kubit operasyonlar\u0131: <\/strong>Bir kubit \u00fczerinde yap\u0131lan i\u015flemlere tek kubit operasyonlar\u0131 diyoruz. Kubiti bir k\u00fcre i\u00e7erisinde (Bloch sphere) 3 boyutlu bir vekt\u00f6r <\/strong>olarak d\u00fc\u015f\u00fcn\u00fcrsek yap\u0131lan operasyonlar vekt\u00f6r\u00fc eksenler etraf\u0131nda \u00e7evirmekten <\/strong>ibaret. B\u00f6ylece kubiti k\u00fcre y\u00fczeyinin herhangi bir noktas\u0131na konumland\u0131rabiliyoruz.<\/p>\n\n\n\n

    \n
    \"\"\/
    Kaynak<\/a><\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n\n

    Hadamard Kap\u0131s\u0131:<\/em> Uygulanan kubiti s\u00fcperpozisyona sokar<\/strong>. Sonu\u00e7ta \u00e7\u0131kan s\u00fcperpozisyonu tekrar H operasyonuna sokarsak ilk ba\u015ftaki kubite geri d\u00f6neriz. Klasik bilgisayarlarda kar\u015f\u0131l\u0131\u011f\u0131 olmayan bir operasyondur.<\/p>\n\n\n\n

    \n
    \"\"\/
    Hadamard kap\u0131s\u0131 devre g\u00f6sterimi<\/strong><\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n\n
    \n
    \"\"\/<\/figure>\n<\/div>\n\n\n\n

    Bu operasyonun \u00f6nemli bir noktas\u0131 i\u015fleme giren kubitin durumuna ba\u011fl\u0131 olarak s\u00fcperpozisyonun faz\u0131n\u0131n<\/strong> de\u011fi\u015fmesidir. Bu faz farkl\u0131l\u0131\u011f\u0131 kuantum dalga giri\u015fimine yol a\u00e7ar. Etkisi olduk\u00e7a \u00f6nemli oldu\u011fu i\u00e7in burada biraz daha detayl\u0131 bahsetmek istiyorum. Kuantum dalga giri\u015fimini anlayabilmek i\u00e7in basit bir optik deneyi yapal\u0131m:<\/p>\n\n\n\n

    \n
    \"\"\/
    Mach-Zender interferometresi g\u00f6sterimi.<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n\n

    F fotonu A noktas\u0131nda yar\u0131 ge\u00e7irgen bir aynadan ge\u00e7iyor. Bu yar\u0131 ge\u00e7irgen ayna bir Hadamard operasyonu i\u015flevi <\/strong>g\u00f6r\u00fcyor ve fotonu s\u00fcperpozisyona sokuyor. A aynas\u0131ndan ge\u00e7tikten sonra foton %50 ihtimalle X yolunda ilerlerken iken %50 ihtimalle Y yolunda ilerliyor. X ve Y yollar\u0131nda tam yans\u0131tan birer ayna var ve sonras\u0131nda birle\u015fim yerine tekrar yar\u0131 ge\u00e7irgen bir ayna koyuyoruz. Klasik y\u00f6ntemlerle d\u00fc\u015f\u00fcn\u00fcrsek ikinci yar\u0131 ge\u00e7irgen aynadan sonra fotonun D1 sens\u00f6r\u00fcne d\u00fc\u015fmesi de D2 sens\u00f6r\u00fcne d\u00fc\u015fmesi de %50 olas\u0131l\u0131k deriz. Fakat deneyi ger\u00e7ekten yapt\u0131\u011f\u0131m\u0131zda her zaman D1 sens\u00f6r\u00fc <\/strong>sinyal veriyor! S\u00fcperpozisyon halindeki kubite tekrar hadamard operasyonu yapt\u0131\u011f\u0131m\u0131zda nas\u0131l ilk ba\u015ftaki duruma geliryorsak, burada da dalga giri\u015fiminden dolay\u0131 farkl\u0131 fazlar birbirlerini yok ediyorlar <\/strong>ve ba\u015flad\u0131\u011f\u0131m\u0131z duruma geri d\u00f6n\u00fcyoruz.<\/p>\n\n\n\n

    \n
    \n
    \"\"<\/figure>\n<\/div>\n<\/div>\n\n\n\n

    Bunun kuantum bilgisayarlar i\u00e7in anlam\u0131 ise \u00e7\u00f6z\u00fclmesi istenen problemin (fonksiyonun) olas\u0131 yollar\u0131n\u0131 paralel olarak \u00e7oklu katmanlarda<\/strong> deneyebilmek ve \u00e7\u00f6z\u00fcm\u00fcn tek katmanda <\/strong>sunulabilme \u015fans\u0131. Algoritma yazan ara\u015ft\u0131rmac\u0131lar\u0131n en \u00f6nem verdikleri konulardan bir tanesi olabildi\u011fince fazla kubiti \u00e7oklu katmanlarda paralel i\u015flemlere sokup i\u015flem sonucunu olabildi\u011fince az de\u011fi\u015fkenle elde edebilmek.<\/p>\n\n\n\n

    Pauli-X kap\u0131s\u0131:<\/em> <\/strong>Kubiti <\/strong>x-<\/em>ekseni etraf\u0131nda \u03c0 kadar \u00e7evirir. Klasik bilgisayarlardaki NOT kap\u0131s\u0131 e\u015fde\u011feri. |0\u27e9\u2019\u0131 |1\u27e9\u2019e, |1\u27e9\u2019i |0\u27e9\u2019a \u00e7evirir.<\/p>\n\n\n\n

    Pauli-Y kap\u0131s\u0131:<\/em> <\/strong>Kubiti y-<\/em>ekseni etraf\u0131nda \u03c0 kadar \u00e7evirir, bu y\u00fczden X kap\u0131s\u0131na faz eklenir.|0\u27e9 \u2192 i<\/em>|1\u27e9\u2019e, |1\u27e9 \u2192-i<\/em>|0\u27e9\u2019a \u00e7evirir.<\/p>\n\n\n\n

    Pauli-Z kap\u0131s\u0131:<\/em> Kubiti z-<\/em>ekseni etraf\u0131nda \u03c0 kadar \u00e7evirir. |0\u27e9 \u2192 |0\u27e9, |1\u27e9 \u2192 i<\/em>|1\u27e9<\/p>\n\n\n\n

    Faz kap\u0131lar\u0131:<\/em> <\/strong>Z kap\u0131s\u0131n\u0131n yapt\u0131\u011f\u0131 gibi sadece |1\u27e9 kubitinin faz\u0131n\u0131 de\u011fi\u015ftiren S,T,R ve NOT gibi ba\u015fka kap\u0131 operasyonlar\u0131 da vard\u0131r.<\/p>\n\n\n\n

    \u0130ki ve \u00e7oklu kubit operasyonlar\u0131<\/strong>: Ad\u0131ndan anla\u015f\u0131ld\u0131\u011f\u0131 \u00fczere birden fazla kubiti i\u015fleme sokan kap\u0131 operasyonlar\u0131na deniyor. Kubitler aras\u0131 dolan\u0131kl\u0131\u011f\u0131 bu operasyonlar\u0131n yard\u0131m\u0131yla sa\u011fl\u0131yoruz.<\/p>\n\n\n\n

    C-NOT kap\u0131s\u0131:<\/em> Bu operasyonda bir kontrol bir de hedef kubitimiz var. E\u011fer kontrol kubitimiz |0\u27e9 ise hedef kubit de\u011fi\u015fmiyor. E\u011fer kontrol kubiti |1\u27e9 ise kontrol kubitine Pauli-X kap\u0131s\u0131 uyguluyoruz <\/strong>yani |0\u27e9\u2019\u0131 |1\u27e9\u2019e, |1\u27e9\u2019i |0\u27e9\u2019a \u00e7eviriyoruz.<\/p>\n\n\n\n

    \n
    \"\"\/<\/figure>\n<\/div>\n\n\n\n

    Ayn\u0131 operasyonun Pauli-Y, Pauli-Z ve C-Phase kap\u0131s\u0131 uygulanan versiyonlar\u0131 da mevcut.<\/p>\n\n\n\n

    SWAP kap\u0131s\u0131:<\/em> Bu operasyon iki kubiti birbiri ile de\u011fi\u015ftirir. \u221aSWAP ve \u221ai<\/em>SWAP gibi \u00e7e\u015fitleri s\u00fcper iletken devrelerde s\u0131k\u00e7a kullan\u0131l\u0131yor.<\/p>\n\n\n\n

    Toffoli kap\u0131s\u0131<\/em>: CCNOT kap\u0131s\u0131 olarak da bilinen 3l\u00fc kubit<\/strong> operasyonu. \u0130ki kontrol kubitinin durumunun |1\u27e9 olmas\u0131 halinde \u00fc\u00e7\u00fcnc\u00fc kubite Pauli-X kap\u0131s\u0131 uygulan\u0131yor.<\/p>\n\n\n\n

    Bu operasyonlar\u0131n haricinde XX, YY, ZZ, Deutsch kap\u0131lar\u0131 gibi daha karma\u015f\u0131k operasyonlar da var.<\/p>\n\n\n\n

    Kubitleri dolan\u0131k hale getirmek:<\/strong> 2 kubite s\u0131ras\u0131 ile Hadamard ve CNOT<\/strong> operasyonlar\u0131 uygulayarak kubitlerimizi dolan\u0131k hale getirebiliriz. |0\u27e9 durumunda iki kubitimiz oldu\u011funu varsayarsak:<\/p>\n\n\n\n

    \n
    \"\"\/<\/figure>\n<\/div>\n\n\n\n

    |00\u27e9 olan ba\u015flang\u0131\u00e7 durumu ilk kubite uygulanan H kap\u0131s\u0131 ile |00\u27e9 + |10\u27e9haline geliyor. Fakat bu durum bir Bell durumu<\/a> de\u011fil. CNOT operasyonu uygulayarak sistemi dolan\u0131k Bell durumlar\u0131<\/strong>ndan biri haline getiriyoruz.<\/p>\n\n\n\n

    Art\u0131k fiziksel sistemlere ge\u00e7ebiliriz.<\/p>\n\n\n\n

    Nas\u0131l yap\u0131l\u0131r?<\/strong><\/p>\n\n\n\n

    Ne yapmak istedi\u011fimizi bildigimize g\u00f6re \u015fimdi nas\u0131l yapabilece\u011fimize bakabiliriz. Daha \u00f6nce de belirtti\u011fim gibi farkl\u0131 sistemler \u00fczerinde kuantum bilgisay\u0131m ara\u015ft\u0131rmalar\u0131 devam ediyor.<\/p>\n\n\n\n

    \n
    \"\"\/
    Kaynak<\/a><\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n\n

    S\u00fcper iletken devreler, tuzaklanm\u0131\u015f iyonlar, n\u00f6tr atomlar, kuantum noktalar, fosfor atomlar\u0131 implant edilmi\u015f silisyum \u00e7ipler bunlardan baz\u0131lar\u0131. Hatta hen\u00fcz deneysel olarak g\u00f6sterimi yap\u0131lamam\u0131\u015f olsa da Majorana topolojik kubitleri de adaylardan biri. Fakat an itibari ile s\u00fcper iletken devreler ve tuzaklanm\u0131\u015f iyonlar yar\u0131\u015f\u0131 \u00f6nde g\u00f6t\u00fcr\u00fcyorlar. Bu y\u00fczden bu iki sisteme odaklanaca\u011f\u0131z.<\/p>\n\n\n\n

    Tuzaklanm\u0131\u015f \u0130yonlar:<\/strong> Her ne kadar IBM, Google, Microsoft ve Rigetti gibi firmalar yat\u0131r\u0131mlar\u0131n\u0131 s\u00fcper iletken devrelere yap\u0131yor olsalar da kuantum bilgi i\u015flemi i\u00e7in akla ilk gelen do\u011fal aday tek atom sistemleri<\/strong> olur. Tuzaklanm\u0131\u015f iyonlar da bu tek atom sistemleri i\u00e7inde akademik olarak uzun zamand\u0131r \u00fczerinde \u00e7al\u0131\u015f\u0131lm\u0131\u015f ve performans\u0131 kabul g\u00f6rm\u00fc\u015f bir sistemdir. Atomlar\u0131n enerji seviyeleri<\/strong> ayr\u0131k<\/strong> (discrete) ve ge\u00e7i\u015f enerjileri farkl\u0131<\/strong> oldu\u011fu i\u00e7in bu seviyeleri |0\u27e9 ve |1\u27e9 olarak kodlayabiliyoruz. |0\u27e9 enerji seviyesi ile |1\u27e9 enerjisi aras\u0131ndaki enerji fark\u0131na ge\u00e7i\u015f enerjisi diyoruz ve bu enerji seviyelerinin aras\u0131ndaki farka kar\u015f\u0131l\u0131k gelen frekansta<\/strong> \u00e7al\u0131\u015fan bir lazer ile atomu (elektronu) |1\u27e9\u2019e y\u00fckseltebiliriz. Ayn\u0131 elektron |1\u27e9\u2019den |0\u27e9\u2019a d\u00fc\u015ferken yine ayn\u0131 frekansta bir foton sal\u0131n\u0131m\u0131 yapar.<\/p>\n\n\n\n

    \n
    \"\"\/
    Sol: \u00c7ekirdek (ortada) ve ayr\u0131k elektron y\u00f6r\u00fcngeleri. Orta: Elektronlar\u0131n alabilecekleri ge\u00e7ebilecekleri enerji seviyeleri. Sa\u011f: Kalsiyum atomunun enerji seviyeleri aras\u0131ndan se\u00e7ilmi\u015f, kuantum bilgisayar i\u015flemlerine uygun olan kubit seviyeleri g\u00f6sterimi.<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n\n

    Atomlar\u0131 tek tek kontrol alt\u0131nda tutup onlarla teknoloji \u00fcretmek elbette ki kolay de\u011fil. Ara\u015ft\u0131rmalarda en \u00e7ok kullan\u0131lan y\u00f6ntem Wolfgang Paul<\/strong>\u2019a 1989 Nobel Fizik \u00f6d\u00fcl\u00fcn\u00fc getiren Paul iyon tuza\u011f\u0131. Bu y\u00f6ntem cihaz\u0131n iki ucundaki ve ortas\u0131ndaki elektrotlara uygulanan DC ve AC potansiyellerle<\/strong> elektrik alan\u0131 olu\u015fturan d\u00f6rt kutuplu bir tuzaklama. Tuzaklama elektrik alan ile yap\u0131ld\u0131\u011f\u0131 i\u00e7in n\u00f6tr atom yerine iyon kullanmak gerekiyor. Y\u00fcksek vakum ortam\u0131nda (normal oda \u015fartlar\u0131ndan 100 trilyon kez daha az molek\u00fcl\u00fcn bulundu\u011fu bir ortam) bir metal -mesela Kalsiyum- 1000 Kelvin\u2019den y\u00fcksek s\u0131cakl\u0131klara \u0131s\u0131t\u0131l\u0131nca bir miktar atom vakum \u00e7emberi i\u00e7erisinde gaz haline<\/strong> geliyor. N\u00f6tr haldeki bu atomlar\u0131 y\u00fcksek enerjili elektronlar ile vurularak<\/strong> iyon haline getiriyoruz ve iyon haline gelince bir s\u00fcre sonra tuzaklarda hapsoluyorlar.<\/p>\n\n\n\n

    \n
    \"\"\/
    13 iyonluk zincirin y\u00fcklenmesi. Beliren noktalar\u0131n her biri tuzaklanm\u0131\u015f bir iyon.<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n\n

    X ve Y eksenlerinde birka\u00e7 MHz de\u011ferinde uygulanan AC potansiyel ile iyonlar sanki bir eyer<\/strong> \u00fczerinde oturuyormu\u015f gibiler. Z eksenindeki tuzaklanma ise DC potansiyel ile sa\u011flan\u0131yor. Fakat elektrik alan ile sa\u011flanan tuzaklama iyonlar\u0131 yeteri kadar hareketsiz hale getirmiyor.<\/p>\n\n\n\n

    \n
    \"\"\/<\/figure>\n<\/div>\n\n\n\n

    Tuzaklanm\u0131\u015f olan iyonlar\u0131 lazer so\u011futma teknikleri<\/strong> kullanarak daha da hareketsiz hale getirebiliyoruz. Atomlara frekans\u0131 ge\u00e7i\u015f frekans\u0131na tekab\u00fcl eden lazer \u0131\u015f\u0131nlar\u0131 g\u00f6nderdi\u011fimiz zaman atomlar foton so\u011furuyor veya foton emisyonu yap\u0131yorlar. So\u011furma ve emisyon etkilerini kullanarak iyonun momentumunu yani h\u0131z\u0131n\u0131n kontrol edebiliyoruz.<\/strong> Farkl\u0131 ve z\u0131t y\u00f6nlerden g\u00f6nderilen lazer \u0131\u015f\u0131nlar\u0131 b\u00f6ylece iyonun h\u0131z\u0131n\u0131 iyice azaltarak daha stabil bir hale getiriyor. Bunun yan\u0131nda yine lazerler kullanarak \u00e7e\u015fitli optik pompalama y\u00f6ntemleri ile elektronlar en alt titre\u015fim seviyelerine<\/strong> d\u00fc\u015f\u00fcr\u00fcl\u00fcyor ve iyon minimum enerjili duruma<\/strong> getiriliyor.<\/p>\n\n\n\n

    Hangi enerji seviyelerinin |0\u27e9 ve |1\u27e9 olarak kullan\u0131laca\u011f\u0131 belirlenmesi de \u00e7ok kolay olmayabiliyor. Onlarca atomik seviye<\/strong> aras\u0131nda se\u00e7im yaparken bir\u00e7ok parametrenin g\u00f6z \u00f6n\u00fcne al\u0131n\u0131p deneysel s\u0131k\u0131nt\u0131lar\u0131n \u00e7\u00f6z\u00fcl\u00fcp i\u015flemlerin optimize edilmesi gerekiyor. Ancak bunlardan sonra tuzaklanm\u0131\u015f iyonlar\u0131m\u0131z kuantum bilgisay\u0131m i\u015flemlerine haz\u0131r hale geliyor.<\/p>\n\n\n\n

    \n
    \"\"\/
    2012 Nobel Fizik \u00f6d\u00fcl\u00fcn\u00fc alan David Wineland\u2019\u0131n tuzaklam\u0131\u015f iyon lab\u0131. Lazer so\u011futma teknikleri ve kubit operasyonlar\u0131 i\u00e7in gerekli optik masas\u0131 \u00f6nde ve tuzaklama ekipman\u0131 arkada.<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n\n

    Tuzaklanm\u0131\u015f iyonlarda CNOT kap\u0131s\u0131 gibi bir kubitin durumunun di\u011fer kubite yap\u0131lacak i\u015flemi belirledi\u011fi operasyonlar\u0131 uygulamak i\u00e7in |0\u27e9 ve |1\u27e9 durumlar\u0131na kar\u015f\u0131l\u0131k gelen seviyeler haricinde kuantum titre\u015fim seviyelerini<\/strong> de kullanmak durumunday\u0131z. Yukar\u0131da bahsetti\u011fim gibi ilk ba\u015fta zincirdeki t\u00fcm iyonlar en d\u00fc\u015f\u00fck enerji seviyelerine \u00e7ekiliyorlar. Fakat zincirdeki iki iyonu dolan\u0131k hale getirmek istiyorsak aralar\u0131nda hi\u00e7 bir fiziksel kontak olmayan <\/strong>bu iki iyonu bir \u015fekilde etkile\u015fime sokmal\u0131y\u0131z. Bu noktada titre\u015fim modlar\u0131n\u0131 kullan\u0131yoruz. |0\u27e9 ve |1\u27e9 durumlar\u0131 olarak kullan\u0131lacak atomik enerji seviyeleri se\u00e7ilirken bu i\u015flem i\u00e7in kullan\u0131lacak atomik titre\u015fim enerji seviyeleri de se\u00e7iliyor. Yapmak istedi\u011fimiz i\u015flem \u015fu: X iyonuna belirli bir frekansta lazer at\u0131m\u0131 g\u00f6nderdi\u011fimiz zaman e\u011fer |0\u27e9 durumunda ise <\/strong>lazer ile iyon aras\u0131nda bir etkile\u015fim olmayacak<\/strong>. E\u011fer |1\u27e9 durumunda <\/strong>ise lazer elektronu bir \u00fcst titre\u015fim seviyesine<\/strong> \u00e7\u0131kartacak. Bir \u00fcst titre\u015fim seviyesine \u00e7\u0131kan elektron Coulomb kuvveti<\/strong> nedeniyle zincirdeki di\u011fer iyonlar\u0131 da etkileyecek<\/strong>. Hemen sonra Y iyonuna da yine \u00f6nceden se\u00e7ilmi\u015f bir frekansta lazer at\u0131m\u0131 g\u00f6nderece\u011fiz. Coulomb kuvvetinin oldu\u011fu durumda <\/strong>lazer Y iyonu ile etkile\u015firken<\/strong>, olmad\u0131\u011f\u0131 durumda etkile\u015fmeyecek<\/strong>. B\u00f6ylece X iyonunu kontrol kubiti Y iyonunu da hedef kubit olarak atayarak CNOT kap\u0131s\u0131 uygulayabiliyoruz. \u0130\u015flem sonunda X iyonunu tekrar en d\u00fc\u015f\u00fck titre\u015fim seviyesine alarak algoritma kald\u0131\u011f\u0131 yerden devam ederiz. Algoritman\u0131n sonunda \u00f6l\u00e7\u00fcm yapmak i\u00e7in ise t\u00fcm iyonlara lazer at\u0131m\u0131 g\u00f6nderiyoruz. T\u00fcm s\u00fcperpozisyonlar rastgele bir duruma \u00e7\u00f6k\u00fcyor ve biz de iyonlar\u0131n \u00e7\u00f6kt\u00fc\u011f\u00fc durumlar\u0131 binary, 0 veya 1 olarak okuyoruz. Bu y\u00fczden algoritman\u0131n sonunda ne kadar az s\u00fcperpozisyonda olan iyon varsa genel olarak o kadar iyi diyebiliriz.<\/p>\n\n\n\n

    \n
    \"\"\/<\/figure>\n<\/div>\n\n\n\n

    Bu sistemlerin di\u011fer sistemlere g\u00f6re avantajlar\u0131ndan birisi her iyonun lazerler ile tekil olarak<\/strong> kolayca kontrol edilebilmesi ve herhangi iki iyon aras\u0131nda <\/strong>iki kubit operasyonu yap\u0131labilmesi. Fakat iyon zinciri uzad\u0131k\u00e7a sinyal g\u00fcr\u00fclt\u00fcs\u00fc ve crosstalk<\/em> art\u0131yor. \u0130yonlar\u0131n kuantum durumlar\u0131n\u0131n tutarl\u0131l\u0131klar\u0131 daha k\u0131sa s\u00fcrmeye ba\u015flamas\u0131n\u0131n yan\u0131s\u0131ra operasyon h\u0131z\u0131 ve g\u00fcvenirli\u011fi de d\u00fc\u015f\u00fcyor. Bu sorunlar\u0131 \u00e7\u00f6zmek i\u00e7in \u00f6nerilen birka\u00e7 y\u00f6ntem var. Bir tanesi tek zincir yerine 2 boyutlu bir \u00f6rg\u00fc <\/strong>dizayn edip farkl\u0131 zincirlerdeki iyonlarla iki kubit operasyonlar\u0131 yapmak istedi\u011fimiz zaman bu iyonlar\u0131 elektrik alanlar yard\u0131m\u0131yla<\/strong> \u201cortak alan\u201d olarak tan\u0131mlanan yerlere ta\u015f\u0131mak <\/strong>ve i\u015flemi bu alanda, iki iyon yan yana iken yapmak. Bu yakla\u015f\u0131m ayr\u0131ca \u00e7ip \u00fczerinde \u201chaf\u0131za\u201d, \u201cetkile\u015fim\u201d, \u201c\u00f6l\u00e7me\u201d ve \u201cy\u00fckleme\u201d gibi operasyona \u00f6zel alanlara imkan tan\u0131yor. Dezavantaj\u0131 ise tuzaklar\u0131n daha da komplike <\/strong>hale gelmesi ve kuantum bilgisay\u0131m h\u0131z\u0131n\u0131n iyon ta\u015f\u0131ma h\u0131z\u0131 ile s\u0131n\u0131rlan\u0131yor olu\u015fu. \u00d6nerilen bir di\u011fer y\u00f6ntem ise iyonlar aras\u0131 dolan\u0131kl\u0131k i\u015flemini \u00e7ip \u00fczerinde kap\u0131 operasyonlar\u0131 ile yapmak yerine klasik <\/em>kuantum optik deneylerindeki gibi uzakta (remote) <\/em>bir lokasyonda yapmak. Bu y\u00f6ntem basit\u00e7e bir lazer at\u0131m\u0131n\u0131n iki iyona g\u00f6nderilmesi ve iyonlardan sal\u0131nan fotonlar\u0131 \u00e7ipin \u00fczerinde de\u011fil ama ba\u015fka bir konumda \u00f6l\u00e7\u00fclmesine dayan\u0131yor. Bu y\u00f6ntem ile ikiden fazla iyonu dolan\u0131k hale getirmek m\u00fcmk\u00fcn fakat \u015fu andaki sistemlerde tuzaklanm\u0131\u015f iyonlardan sal\u0131nan fotonlar\u0131 toplayabilme verimi <\/strong>\u00e7ok d\u00fc\u015f\u00fck oldu\u011fu i\u00e7in dolan\u0131kl\u0131k yaratma i\u015flem h\u0131z\u0131 da olduk\u00e7a d\u00fc\u015f\u00fck.<\/p>\n\n\n\n

    \n

    \u0130leri d\u00fczey okuma i\u00e7in: Trapped-Ion Quantum Computing: Progress and Challenges<\/a><\/p>\n<\/div>\n\n\n\n

    S\u00fcper iletken devreler:<\/strong> Son y\u0131llarda kuantum bilgisayarla ilgili haberler b\u00fcy\u00fck \u015firketlerin s\u00fcper iletken devrelere yat\u0131r\u0131m yapmas\u0131 dolay\u0131s\u0131 ile bu tip sistemlerin geli\u015fimleri hakk\u0131nda oluyor. Elektronik devreleri kuantum bilgisayar donan\u0131m\u0131 olarak kullanmak bir \u00e7ok sebepten \u00f6t\u00fcr\u00fc \u00e7ok \u00e7ekici. Son teknoloji litografi teknikleri<\/strong><\/a> <\/strong>ile birka\u00e7 nanometre boyutlar\u0131nda devre yapabilme kabiliyetimiz, mikrodalga kontrol sistemleri<\/strong>ne uygunlu\u011fu ve nanosaniye d\u00fczeyinde operasyon h\u0131z\u0131 <\/strong>bunlardan baz\u0131lar\u0131. Asl\u0131nda devre sistemleri ve klasik elektrik ak\u0131\u015f\u0131 kuantum sistemler yapmak i\u00e7in ilk akla gelecek adaylardan de\u011fil<\/strong>. Zira elektronik devreler makro sistemler <\/strong>ve kuantum etkilerinin direk g\u00f6r\u00fclebildi\u011fi sistemler de\u011filler. \u00c7\u00fcnk\u00fc elektrik ak\u0131m\u0131nda \u00e7ok fazla say\u0131da elektron yer al\u0131yor ve elektronlar ortam s\u0131cakl\u0131\u011f\u0131n\u0131n da etkisi ile devaml\u0131 birbirleri ve madde \u00f6rg\u00fcs\u00fc ile \u00e7arp\u0131\u015f\u0131yorlar. Kuantum bilgi sistemlerinde ise tek par\u00e7ac\u0131klar\u0131n \u00e7ok iyi kontrol alt\u0131nda olabilmesini isteriz. Bu y\u00fczden \u00f6yle bir elektronik devre yapmam\u0131z laz\u0131m ki sistem yapay bir tek atom <\/strong>gibi davrans\u0131n, makro etkiler yerine kuantum etkileri g\u00f6relim. Ve enerji aral\u0131klar\u0131 farkl\u0131 atomik seviyeleri<\/strong> taklit edebilelim ki sistemde |0\u27e9 ve |1\u27e9 durumlar\u0131m\u0131z olabilsin.<\/p>\n\n\n\n

    Ara\u015ft\u0131rmac\u0131lar farkl\u0131 kubit modelleri ve devre tasar\u0131mlar\u0131 kullansalar da fiziksel sistemler 1972 ve 1973 Nobel Fizik \u00d6d\u00fcllerini getiren s\u0131ras\u0131yla s\u00fcper iletken Cooper elektron \u00e7iftleri <\/strong>ve Josephson etkisi<\/strong>nin kullan\u0131ld\u0131\u011f\u0131 devrelere dayan\u0131yor. S\u00fcper iletken materyaller belirli bir s\u0131cakl\u0131\u011f\u0131n alt\u0131nda (genellikle 1 K gibi \u00e7ok d\u00fc\u015f\u00fck s\u0131cakl\u0131klarda) elektron ak\u0131m\u0131na diren\u00e7 g\u00f6stermeyen maddelere deniyor. S\u00fcper iletken devreler kubitlerin kuantum durumlar\u0131n\u0131n korumas\u0131 <\/strong>a\u00e7\u0131s\u0131ndan kritik. S\u00fcper iletken hale ge\u00e7en materyallerde y\u00fck tek elektronlar yerine <\/strong>Cooper \u00e7ifti ad\u0131 verilen elektron \u00e7iftleri <\/strong>ile ta\u015f\u0131n\u0131yor. Cooper \u00e7iftleri elektron fonon etkile\u015fimleri <\/strong>ile e\u015fle\u015fiyorlar: negatif y\u00fckl\u00fc bir elektron materyal \u00f6rg\u00fcs\u00fcndeki pozitif y\u00fckl\u00fc iyonlar\u0131 \u00e7ekiyor ve \u00f6rg\u00fcde bir kayma olu\u015fuyor<\/strong>. Bu kayma Coulomb etkisinden kaynaklanan elektron-elektron itkisinden yeterince uzakta olan ba\u015fka bir elektronu etkiliyor<\/strong>. \u00d6rg\u00fcde kaymaya yol a\u00e7an elektron ile kaymadan etkilenen elektron aras\u0131nda fononlar yard\u0131m\u0131yla ba\u011flanma olu\u015fuyor ve efektif olarak tek bir par\u00e7ac\u0131k gibi <\/strong>davranan bir \u00e7ift olu\u015fuyor. Normal bir elektron materyal i\u00e7indeki bozukluklardan (defects) sa\u00e7\u0131l\u0131rken \u00e7ok d\u00fc\u015f\u00fck s\u0131cakl\u0131klarda olan Cooper \u00e7ifti sa\u00e7\u0131lma g\u00f6stermiyor<\/strong>, bu y\u00fczden materyalin direnci yokmu\u015f gibi<\/strong> elektron ak\u0131m\u0131 olu\u015fuyor.<\/p>\n\n\n\n

    \n
    \"\"
    Kaynak<\/a><\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n\n

    Burada fiziksel b\u00fct\u00fcnl\u00fck a\u00e7\u0131s\u0131ndan bahsetmek istedi\u011fim bir detay daha var. Elektronlar normalde fermiyon<\/strong> ad\u0131 verilen par\u00e7ac\u0131k grubunda. \u0130ki fermiyon par\u00e7ac\u0131k yani elektron ayn\u0131 anda ayn\u0131 kuantum durumunda bulunamad\u0131klar\u0131<\/strong> i\u00e7in periyodik tablodaki farkl\u0131 atomlar, molek\u00fcller, maddeler olu\u015fabiliyor. Bir di\u011fer par\u00e7ac\u0131k grubu olan bozonlar<\/strong> ise ayn\u0131 anda ayn\u0131 kuantum durumunda bulunabiliyorlar<\/strong>. Bozon ailesi \u00fcyesi olan fotonlarla bu sayede lazerleri \u00fcretebiliyoruz. Cooper \u00e7iftinde elektronlar fermiyon olsalar da \u00e7ift haline geldiklerinde (spinleri toplam\u0131 art\u0131k kesirli say\u0131 olmad\u0131\u011f\u0131 i\u00e7in) bozon haline geliyorlar<\/strong>. B\u00f6ylece t\u00fcm Cooper \u00e7iftleri topluca dolan\u0131k olarak en d\u00fc\u015f\u00fck enerji seviyesine \u00e7\u00f6kebiliyorlar<\/strong>. T\u00fcm \u00e7iftlerin tek bir duruma yo\u011fu\u015fmas\u0131 (condensate) \u00e7iftlerin serbestlik derecelerini (degree of freedoms) ikiye indiriyor: s\u00fcper iletken adas\u0131ndaki \u00e7ift say\u0131s\u0131 ve yo\u011fu\u015fman\u0131n s\u00fcper iletken faz\u0131. B\u00f6ylece t\u00fcm s\u00fcper iletken adas\u0131n\u0131 tek bir dalga fonksyonu ile yazabiliyoruz.<\/p>\n\n\n\n

    S\u00fcper iletken materyaller kuantum etkileri g\u00f6sterseler de kuantum bilgisayar olarak kullanmak i\u00e7in yeterli de\u011filler. Bu noktada devreye Josephson etkisi <\/strong>giriyor. O s\u0131rada 22 ya\u015f\u0131nda olan Brian Josephson iki s\u00fcper iletken adas\u0131 zay\u0131f bir \u015fekilde etkile\u015fime girerse, yani mesela 2\u20133 nanometre inceli\u011finde yal\u0131tkan bir tabaka adalar\u0131 b\u00f6lse ne olur sorusunun cevab\u0131n\u0131 ar\u0131yordu. Klasik fizik mant\u0131\u011f\u0131yla bakarsak elektronlar enerjileri yetmedi\u011fi i\u00e7in duvara toslam\u0131\u015f gibi yal\u0131tkan maddeden sekip kendi adalar\u0131nda kalmalar\u0131 gerekir. Fakat i\u015fin asl\u0131 \u00f6yle olmuyor, Cooper \u00e7iftleri yal\u0131tkan bariyerin i\u00e7inden t\u00fcnelleyip<\/em> <\/strong>ge\u00e7iyorlar! \u00dcstelik bu s\u00fcper ak\u0131m\u0131<\/em> <\/strong>g\u00f6zlemlemek i\u00e7in iki ada aras\u0131nda s\u00fcper iletken faz fark\u0131 olmas\u0131 yeterli, elektrik potansiyeli uygulamaya gerek kalm\u0131yor. \u00c7\u00fcnk\u00fc birbirlerine \u00e7ok yak\u0131n durumda olan iki s\u00fcper iletken adan\u0131n dalga fonksyonular\u0131 birbirleri ile \u00f6rt\u00fc\u015f\u00fcyor ve elektronlar normalde direnci \u00e7ok y\u00fcksek olan materyal i\u00e7inden hi\u00e7 diren\u00e7 g\u00f6rmeden ak\u0131p gidebiliyorlar.<\/p>\n\n\n\n

    \n
    \"\"\/<\/figure>\n<\/div>\n\n\n\n
    \n
    \"\"\/<\/figure>\n<\/div>\n\n\n\n

    Sisteme DC potansiyel uygulad\u0131\u011f\u0131m\u0131zda ise faz fark\u0131n\u0131n artmas\u0131 nedeniyle AC ak\u0131m g\u00f6rmeye ba\u015fl\u0131yoruz. Josephson eklemi bir ind\u00fckt\u00f6r <\/strong>g\u00f6revi g\u00f6r\u00fcyor ve eklem bir osilat\u00f6r gibi davranmaya ba\u015fl\u0131yor<\/strong>! \u00dcstelik ind\u00fcktans\u0131 s\u00fcper ak\u0131m miktar\u0131na ba\u011fl\u0131 oldu\u011fu i\u00e7in do\u011frusal olmayan <\/strong>bir osilat\u00f6r. B\u00f6ylece enerji aral\u0131klar\u0131 e\u015fit olmayan ve bu sayede |0\u27e9 ve |1\u27e9 durumlar\u0131n\u0131 atayabileci\u011fimiz bir sistem elde etmi\u015f oluyoruz. Sisteme bir kapasit\u00f6r eklendi\u011finde elimizde bir LC devre olmu\u015f oluyor.<\/p>\n\n\n\n

    \n
    \"\"\/
    S\u00fcper iletken bir devreye normal bir ind\u00fckt\u00f6r yerle\u015ftirirsek devre enerji aral\u0131klar\u0131 e\u015fit harmonik bir osilat\u00f6re d\u00f6n\u00fc\u015f\u00fcyor. Josephson eklemi ise do\u011frusal olmayan bir ind\u00fckt\u00f6r i\u015flevi g\u00f6r\u00fcyor. Kaynak<\/a><\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n\n

    Peki elimizdeki bu s\u00fcper iletken Josephson eklemini kubit olarak nas\u0131l kullan\u0131yoruz. Bir\u00e7ok farkl\u0131 kubit yap\u0131s\u0131 olsa da ba\u015fl\u0131ca \u00fc\u00e7 tip mimari var: y\u00fck, faz ve ak\u0131 kubitleri.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

    Y\u00fck kubiti<\/em>nde enerji seviyesini s\u00fcper iletken adas\u0131ndaki Cooper \u00e7ifti say\u0131s\u0131 <\/strong>belirliyor. Bu y\u00fczden Cooper \u00e7ifti kutusu <\/em>da denilen bu kubitlerde k\u00fc\u00e7\u00fck bir s\u00fcper iletken adas\u0131 Josephon eklemi ile bir s\u00fcper iletken rezervuar\u0131na ba\u011flan\u0131yor. Bir taraf\u0131nda Josephson eklemi di\u011feri taraf\u0131 ise kapasit\u00f6r levhas\u0131 olan s\u00fcper iletken adas\u0131ndaki Cooper \u00e7ifti say\u0131s\u0131n\u0131 uygulad\u0131\u011f\u0131m\u0131z voltaj ile<\/strong> belirliyor, sistemi istersek s\u00fcper pozisyona sokabiliyoruz<\/strong>. \u00d6l\u00e7\u00fcm yapmak i\u00e7in ise tek elektron transist\u00f6r\u00fc (single electron transistor: SET) <\/em>kullanabiliyoruz.<\/p>\n\n\n\n

    Faz kubit<\/em>inin \u00e7al\u0131\u015fma prensibi biraz daha de\u011fi\u015fik. Bu mimari de Josephson eklemini direk olarak DC ak\u0131m kayna\u011f\u0131na ba\u011fl\u0131yoruz ve sistemin lokal minimumlar\u0131ndaki enerji seviyeleri ile rezosansa girecek<\/strong> mikrodalga sinyalleri ile sistemi kubit olarak kullanabiliyoruz.<\/p>\n\n\n\n

    Ak\u0131 kubit<\/em>i devresinde Josephson ekleminin yan\u0131nda bir tane de normal ind\u00fckt\u00f6r koyuyoruz. Faz fark\u0131na dayanan iki kuyulu asimetrik bir potansiyel<\/strong> sistemimiz oluyor. Josephon ekleminden ge\u00e7ecek olan ak\u0131 da kuantalar halinde ge\u00e7ebildi\u011fi i\u00e7in uygulanan manyetik ak\u0131 miktar\u0131 Josephson eklemindeki ak\u0131n\u0131n yar\u0131s\u0131 oldu\u011fu durumda<\/strong> sistem potansiyeli simetrik hale geliyor ve ak\u0131 devrenin iki taraf\u0131na gidebilecek \u015fekilde s\u00fcperpozisyona gidiyor<\/strong>. Bunu kuyular\u0131n alt enerji seviyelerinin s\u00fcperpozisyona girmesi olarak da kabul edebiliriz. B\u00f6ylece ak\u0131n\u0131n y\u00f6n\u00fcne ba\u011fl\u0131<\/strong> bir kubitimiz oluyor. D-Wave<\/a> sistemleri ak\u0131 kubiti kullansalar da kap\u0131 operasyonlar\u0131 stratejisi yerine adiabatik kuantum bilgisay\u0131m modeli kullan\u0131yorlar.<\/p>\n\n\n\n

    \n
    \"\"\/
    Solda sa\u011fa: Y\u00fck, faz ve ak\u0131 kubitlerinin faza ba\u011fl\u0131 potansiyelleri ve enerji seviyeleri.<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n\n

    Bu \u00fc\u00e7 ana kubit mimarisinden ba\u015fka Transmon, Fluxonium, Xmon, Quantronium, Gatemon vs. gibi bir \u00e7o\u011fu hibrit ba\u015fka mimariler de bulunmakta. Transmon kubit y\u00fck kubitinin bir \u00e7e\u015fidi olup, Xmon ve Gatemon da Transmon kubitin farkl\u0131 versiyonlar\u0131d\u0131r. IBM ve Google ekipleri Transmon kubit kullan\u0131yorlar. Transmon kubit<\/strong>inde iki Josephson eklemine paralel ba\u011flanan bir kapasit\u00f6r sistemin Josephson enerjisini artt\u0131rarak y\u00fcklerin yaratt\u0131\u011f\u0131 g\u00fcr\u00fclt\u00fcn\u00fcn azalmas\u0131n\u0131 sa\u011fl\u0131yor<\/strong>. Ayr\u0131ca kubitin mikrodalga fotonlar\u0131yla olan efektif etkile\u015fimini de artt\u0131r\u0131yor. B\u00f6ylece daha verimli kap\u0131 operasyonlar\u0131<\/strong> yap\u0131labiliyor.<\/p>\n\n\n\n

    S\u00fcper iletken devreler ile iki kubit operasyonlar\u0131n\u0131 ger\u00e7ekle\u015ftirebilmemizi ve bir\u00e7ok kubit \u00e7e\u015fidinde \u00f6l\u00e7\u00fcm yapmam\u0131z\u0131 sa\u011flayan bir devre eleman\u0131n\u0131ndan daha bahsetmek istiyorum. \u0130letim hatt\u0131 \u00e7\u0131nlac\u0131 (transmission line resonator) <\/strong>dedi\u011fimiz bu devre eleman\u0131 kovuk kuantum elektrodinami\u011fi<\/strong> (cavity quantum electrodynamics) ilkeleriyle \u00e7al\u0131\u015f\u0131yor. Kovuklar lazerlerde ve tek atom sistemlerinde yayg\u0131n olarak kullan\u0131lan bir deney d\u00fczene\u011fi. \u0130ki taraf\u0131nda ayna olan tek boyutlu bir sistem<\/strong> olarak d\u00fc\u015f\u00fcnebilece\u011fimiz bu d\u00fczenek, sadece frekans\u0131 aynalar\u0131n aras\u0131ndaki uzakl\u0131kla orant\u0131l\u0131 <\/strong>olan elektromanyetik alan\u0131 i\u00e7inde bar\u0131nd\u0131ran bir yap\u0131. Aynalar\u0131n birinin \u00e7ok az ge\u00e7irgen olmas\u0131 kovuk i\u00e7ine fotonlar\u0131n girip \u00e7\u0131kmas\u0131na izin veriyor<\/strong>. Lazerler de bu \u015fekilde \u0131\u015f\u0131\u011f\u0131 d\u0131\u015far\u0131ya bir \u00e7izgi gibi tek boyutlu olarak verebiliyorlar.<\/p>\n\n\n\n

    \n
    \"\"\/
    Kovuk ve tek atom g\u00f6sterimi.<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n\n

    Fakat kovuklar\u0131n as\u0131l ilgin\u00e7 \u00f6zelli\u011fi tek atomlar ile etkile\u015fimleri<\/strong>. Bir kovu\u011fun i\u00e7inde e\u011fer bir fotonu hapsedersek kovu\u011fun i\u00e7indeki atomun enerji seviyesine g\u00f6re kovu\u011fun frekans\u0131 de\u011fi\u015fiyor.<\/strong> Yani e\u011fer atom |0\u27e9 durumundayken kovu\u011fun frekans\u0131 mesela 5GHz iken atomu|1\u27e9 durumuna getirdi\u011fimizde kovu\u011fun frekans\u0131 5.x GHz oluyor. Bahsetti\u011fimiz kovu\u011fun s\u00fcper iletken devrelerdeki ad\u0131 iletim hatt\u0131 \u00e7\u0131nlac\u0131. S\u00fcper iletken kubitlere ba\u011fl\u0131 \u00e7\u0131nlaca g\u00f6nderilen sinyalin yans\u0131mas\u0131n\u0131 \u00f6l\u00e7erek kubitin |0\u27e9 m\u0131 yoksa|1\u27e9 durumunda m\u0131 oldu\u011funu anlayabiliyoruz. \u0130ki kubit operasyonu yapmak i\u00e7in ise kubitlerin aras\u0131na e\u015fleme \u00e7\u0131nlac\u0131 koyuyoruz.<\/p>\n\n\n\n

    \n
    \"\"\/
    \u0130ki transmon kubit devresi. Kubitler \u00f6l\u00e7\u00fcm i\u00e7in ayr\u0131 kap\u0131 operasyonlar\u0131 i\u00e7in ayr\u0131 \u00e7\u0131nla\u00e7lara ba\u011fl\u0131lar. Kaynak<\/a><\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n\n

    E\u015fleme \u00e7\u0131nlac\u0131 iki kubit aras\u0131nda bir kuantum veri yolu (quantum bus) i\u015flevi g\u00f6r\u00fcyor. Transmon kubitlerin frekanslar\u0131n\u0131 uygulad\u0131\u011f\u0131m\u0131z ak\u0131 ile ayr\u0131 ayr\u0131 kontrol edebilmemiz <\/strong>burada \u00e7ok kritik \u00e7\u00fcnk\u00fc kubitlerin frekanslar\u0131n\u0131n birbirleriyle ve ayr\u0131ca \u00e7\u0131nla\u00e7 ile ayr\u0131 olup olmamas\u0131n\u0131 ayarlayabilmemiz gerekiyor. \u0130stenilen durum \u00e7\u0131nla\u00e7 frekans\u0131 ile kubit frekanslar\u0131n\u0131n farkl\u0131 olmas\u0131 <\/strong>yani kovuk elektromanyeti\u011fine g\u00f6re ay\u0131r\u0131ml\u0131 rejim<\/em>de bir sistem olmas\u0131. Kubit \u00e7\u0131nla\u00e7 etkile\u015fiminin az oldu\u011fu bu rejimde e\u011fer kubit frekanslar\u0131 e\u015fit ise bir kubitteki uyar\u0131m kovuktaki sanal foton<\/em>lar yolu <\/strong>ile di\u011ferini de etkiliyor. Kubitleri ilk \u00f6nce |00\u27e9 durumuna getirdikten sonra kubitlerden birine so\u011furma yapmamas\u0131 i\u00e7in kubit ile ayn\u0131 frekansta olmayan<\/em> bir sinyal g\u00f6nderiyoruz. AC Stark etkisi (elektromanyetik alan\u0131n atomik enerji seviyelerini de\u011fi\u015ftirmesi) sayesinde sinyalinde g\u00f6nderildi\u011fi kubitin frekans\u0131 di\u011fer kubitin frekans\u0131 ile sinyal uzunlu\u011funda bir s\u00fcre boyunca e\u015fitleyerek bir kubitin kuantum durumunu di\u011fer kubite aktarabiliyoruz. B\u00f6ylece \u221aiSWAP kap\u0131s\u0131 dedi\u011fimiz iki kubit operasyonunu uygulam\u0131\u015f oluyoruz.<\/p>\n\n\n\n

    G\u00f6rd\u00fc\u011f\u00fcn\u00fcz gibi s\u00fcper iletken kubitlerle iki kubit operasyonu yapmak istedi\u011fimiz zaman kubitler aras\u0131nda hali haz\u0131rda \u00f6zel olarak tasarlanm\u0131\u015f kuantum veri yollar\u0131 olmas\u0131 gerekiyor. 10 kubitli bir devrede 45 tane veri yolu olmas\u0131 gerekiyor. Bu da devreyi \u00e7ok karma\u015f\u0131k, yan seslere (crosstalk) a\u00e7\u0131k ve boyut olarak b\u00fcy\u00fck bir hale getirdi\u011fi i\u00e7in hen\u00fcz tercih edilmiyor. Kubitler \u00e7o\u011funlukla sadece en yak\u0131n olan kubitlere ba\u011flan\u0131yorlar.<\/p>\n\n\n\n

    \n
    \"\"\/
    5 kubitli super iletken devre ile tuzaklanm\u0131\u015f iyonlar\u0131n ba\u011flant\u0131 kar\u015f\u0131la\u015ft\u0131rmas\u0131. S\u00fcper iletken devrelerde kubit en yak\u0131n\u0131ndaki kubite fiziksel bir veri yolu ile ba\u011flan\u0131rken tuzaklanm\u0131\u015f iyonlarda fiziksel ba\u011flant\u0131ya gerek olmad\u0131\u011f\u0131 i\u00e7in t\u00fcm kubitler birbirlerine ba\u011flanabilirler.<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n\n

    S\u00fcper iletken devrelerin ideal \u00e7al\u0131\u015fma s\u0131cakl\u0131\u011f\u0131 yakla\u015f\u0131k 0.015 Kelvin (uzay bo\u015flu\u011fu 2.73 Kelvin, oda s\u0131cakl\u0131\u011f\u0131 300 Kelvin). Bu so\u011futma i\u015flemi i\u00e7in seyreltme so\u011futucusu ad\u0131 verilen cihazlar kullan\u0131l\u0131yor. Bunun yan\u0131nda gerekli sinyalleri g\u00f6nderebilmek farkl\u0131 mikrodalga frekanslar\u0131nda \u00e7ok verimli \u00e7al\u0131\u015fabilen kablolara, t\u00fcm bu sinyalleri kontrol edebilmek ve okuyabilmek i\u00e7in de \u00e7ok hassas elektronik te\u00e7hizata ihtiya\u00e7 var.<\/p>\n\n\n\n

    \n
    \"\"\/
    IBMQ so\u011futucusunun a\u00e7\u0131k hali. Kubitleri bar\u0131nd\u0131ran s\u00fcper iletken devre 15mK s\u0131cakl\u0131kta olan alt b\u00f6l\u00fcme yerle\u015ftiriliyor ve kablolama yap\u0131l\u0131yor.<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n\n

    \u00d6zetlersek: <\/strong>S\u00fcper iletken devreler hali haz\u0131rda k\u00fc\u00e7\u00fck, \u00fcretilmesi zor olmayan yerle\u015fmi\u015f bir teknolojiye dayan\u0131yor. Fakat so\u011futulmas\u0131 gereken, g\u00fcr\u00fclt\u00fcye ve hataya a\u00e7\u0131k devreler. \u0130ki kap\u0131 operasyonlar\u0131 nano saniye d\u00fczeyinde \u00e7ok h\u0131zl\u0131 olsa da devrenin b\u00fcy\u00fcmesine yol a\u00e7an fiziksel veri yollar\u0131 gerektiriyor. Tuzaklanm\u0131\u015f iyon sistemlerinde ise kubitler di\u011fer t\u00fcm kubitlere ba\u011flanabiliyorlar. Kap\u0131 operasyonlar\u0131 yava\u015f olmas\u0131na ra\u011fmen daha verimli. Bu sistemlerde g\u00fcr\u00fclt\u00fc sorunu \u00e7ok daha az fakat t\u00fcm lazer ve optik ekipman\u0131 k\u00fc\u00e7\u00fcltmesi b\u00fcy\u00fck sorun.<\/p>\n\n\n\n

    G\u00f6rd\u00fc\u011f\u00fcn\u00fcz gibi kuantum bilgisayar alan\u0131 hen\u00fcz emekleme a\u015famas\u0131nda. Sistemlerin fiziksel ve deneysel olarak \u00e7ok karma\u015f\u0131k olmas\u0131ndan \u00f6t\u00fcr\u00fc deneysel alandaki akademik \u00e7al\u0131\u015fmalar dahi hen\u00fcz \u00e7ok fazla yayg\u0131n de\u011fil. \u00d6n\u00fcm\u00fczdeki y\u0131llarda \u00e7\u0131\u011f\u0131r a\u00e7an beklenmedik bir geli\u015fme olmamas\u0131 halinde kuantum bilgisayarlar\u0131n ger\u00e7ek potansiyellerini g\u00f6rmemiz i\u00e7in tahminen en az 10 y\u0131l daha beklememiz gerekiyor. Yat\u0131r\u0131mc\u0131lar 2030lara kadar finansal bir geri d\u00f6n\u00fc\u015f almayacaklar\u0131n\u0131 bilerek bu i\u015flere giriyorlar. Bu zaman zarf\u0131nda iki sistem de kendi i\u00e7inde geli\u015fecek, akademi d\u00fcnyas\u0131ndan kopamayacaklar\u0131 i\u00e7in de birbirlerinden beslenmeye devam edeceklerini d\u00fc\u015f\u00fcn\u00fcyorum. T\u00fcrkiye’nin bu yar\u0131\u015f\u0131n donan\u0131msal k\u0131sm\u0131nda yer alma ihtimali maalesef pek yok. Akademik ve end\u00fcstriyel uzmanl\u0131\u011f\u0131n yan\u0131nda lab deste\u011fi ve ara eleman ihtiya\u00e7lar\u0131 a\u00e7\u0131s\u0131ndan durumumuz iyiye gitmiyor. Fakat yaz\u0131da birka\u00e7 kere de\u011findi\u011fim \u00fczere donan\u0131m\u0131n yan\u0131nda algoritma ihtiyac\u0131 da had safhada. Ve algoritma yazmak olabildi\u011fince maliyetsiz bir olay. Bu sebeple QTurkey<\/a> olu\u015fumunun \u00fcniversiteleri ve devleti beklemeden inisiyatif al\u0131p d\u00fczenledikleri etkinlikler \u00e7ok de\u011ferli. Elinizden geldi\u011fince etkinliklere kat\u0131l\u0131p hatta olu\u015fumda yer alman\u0131z\u0131 na\u00e7izane tavsiye ederim.<\/p>\n\n\n\n

    Uzun bir yaz\u0131 oldu. Baz\u0131 konular\u0131 atlay\u0131p baz\u0131 konularda fazla detaya girmi\u015f olabilirim \ud83d\ude42 \u0130ngilizce t\u00fcrk\u00e7e \u00e7evirilerde hatalar veya \u00e7evrilebilecek ba\u015fka kelimeler varsa l\u00fctfen yorum b\u0131rak\u0131n. Konuya dair kafan\u0131zdaki baz\u0131 sorular\u0131 cevapland\u0131rabilmi\u015f, lise ve \u00fcniversitedeki gen\u00e7lerin konuya biraz da olsa ilgisini \u00e7ekebilmi\u015fimdir umar\u0131m.<\/p>\n\n\n\n

    Bu yaz\u0131 Kutlu Kutluer taraf\u0131ndan yaz\u0131lm\u0131\u015ft\u0131r.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

    Yaz\u0131ya kendi platformundan ula\u015fmak i\u00e7in: https:\/\/duzensiz.org\/kuantum-bilgisayar-nedir-8746955bd5e<\/a><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

    Bu yaz\u0131 kuantum bilgisayar ara\u015ft\u0131rmalar\u0131nda kullan\u0131lan fiziksel sistemlerin \u00e7al\u0131\u015fma prensipleri \u00fczerine, ileri seviye okuma yapmak isteyen arkada\u015flara alt yap\u0131 olur umudu ile haz\u0131rlad\u0131\u011f\u0131m olabildi\u011fince basit bir \u00f6zet. Sistemlerin \u00e7al\u0131\u015fma prensipleri \u00fczerine konu\u015faca\u011f\u0131m\u0131z i\u00e7in kuantum fizi\u011finden ba\u015fka alanlara da girece\u011fiz. Ba\u015flamadan \u00f6nce kuantum s\u00fcperpozisyon nedir ve kuantum dolan\u0131kl\u0131k nedir yaz\u0131lar\u0131n\u0131 okuman\u0131z \u015fiddetle tavsiye edilir. \u0130\u015fin kuramsal bilgi i\u015fleme taraf\u0131yla ilgilenenler Kuantum … <\/p>\n

    “Kuantum Bilgisayar nedir, nas\u0131l \u00e7al\u0131\u015f\u0131r ve nas\u0131l yap\u0131l\u0131r?”<\/span>devam\u0131n\u0131 oku<\/a><\/p>\n","protected":false},"author":2,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_jetpack_newsletter_access":"","_jetpack_dont_email_post_to_subs":false,"_jetpack_newsletter_tier_id":0,"_jetpack_memberships_contains_paywalled_content":false,"_jetpack_feature_clip_id":0,"_jetpack_memberships_contains_paid_content":false,"footnotes":"","jetpack_post_was_ever_published":false},"categories":[4],"tags":[17,14,15,16],"class_list":["post-22","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-bilgi-deposu","tag-fizik","tag-kuantum-bilgisayar","tag-kubit","tag-teknoloji"],"jetpack-related-posts":[],"jetpack_sharing_enabled":true,"featured_media_urls":[],"jetpack_featured_media_url":"","_links":{"self":[{"href":"https:\/\/kuantumbilgisayar.net\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/22","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/kuantumbilgisayar.net\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/kuantumbilgisayar.net\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/kuantumbilgisayar.net\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/users\/2"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/kuantumbilgisayar.net\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcomments&post=22"}],"version-history":[{"count":11,"href":"https:\/\/kuantumbilgisayar.net\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/22\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":769,"href":"https:\/\/kuantumbilgisayar.net\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/22\/revisions\/769"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/kuantumbilgisayar.net\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fmedia&parent=22"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/kuantumbilgisayar.net\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcategories&post=22"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/kuantumbilgisayar.net\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Ftags&post=22"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}