The high-stakes race to make quantum computers work - Chiara Decaroli

Çeviri: Ozay Ozaydin Gözden geçirme: Gözde Alpçetin

The contents of this metal cylinder could either revolutionize technology

Bu metal silindirin içindekiler teknolojiye evrim geçirtebilir

or be completely useless—

ya da tamamen faydasız olabilirler—

it all depends on whether we can harness the strange physics of matter

bu tamaman bizlerin maddenin çok çok küçük ölçekteki

garip fiziğini kullanıp kullanmamıza bağlı.

at very, very small scales.

To have even a chance of doing so,

Bunu başarabilme şansımızın olabilmesi için

we have to control the environment precisely:

çevreyi çok hassas bir şekilde kontrol edebilmemiz gerekir:

the thick tabletop and legs guard against vibrations from footsteps,

kalın bir masa tezgahı ve ayakları adımlardan, yakındaki asansörlerden,

kapıların açıp kapanmasından oluşan titreşimlerden korur.

nearby elevators, and opening or closing doors.

The cylinder is a vacuum chamber,

Silindir havasız bir odacıktır,

devoid of all the gases in air.

havadaki tüm gazlardan yoksundur.

Inside the vacuum chamber is a smaller,

Bu odacığın içinde daha küçük, aşırı soğuk bir bölüm vardır,

extremely cold compartment, reachable by tiny laser beams.

buraya küçük lazer ışınları erişebilir.

Inside are ultra-sensitive particles that make up a quantum computer.

İçinde de ultra-hassas parçacıklar kuantum bilgisayarını oluşturur.

So what makes these particles worth the effort?

Peki, bu parçacıkları uğraşmaya değer kılan nedir?

In theory, quantum computers could outstrip the computational limits

Teoride kuantum bilgisayarları

klasik bilgisayarların hesaplama sınırlarını geride bırakabilir.

of classical computers.

Classical computers process data in the form of bits.

Klasik bilgisayarlar veriyi bitler halinde işlerler.

Each bit can switch between two states labeled zero and one.

Her bir bit sıfır ve bir olarak etiketlenen iki hal arası geçiş yapabilir.

A quantum computer uses something called a qubit,

Kuantum bilgisayarı ise kübit denilen bir şey kullanır,

which can switch between zero, one, and what’s called a superposition.

sıfır, bir ve süperpozisyon denilen bir başka hale geçiş yapabilir.

While the qubit is in its superposition,

Kübit süperpozisyon halindeyken

it has a lot more information than one or zero.

sıfır ve birden çok daha fazla bilgiye sahiptir.

You can think of these positions as points on a sphere:

Bu halleri küre üzerindeki noktalar olarak düşünebilirsiniz:

the north and south poles of the sphere represent one and zero.

kuzey ve güney kutup noktaları sıfır ve biri temsil eder.

A bit can only switch between these two poles,

Bit sadece bu iki kutup arası geçiş yapabilirken

but when a qubit is in its superposition,

kübit süperpozisyon halindeyken

it can be at any point on the sphere.

küredeki herhangi bir noktada olabilir.

We can’t locate it exactly—

Tam olarak konumlayamayız—

the moment we read it, the qubit resolves into a zero or a one.

okuduğumuz anda kübit sıfır ya da bire çözünür.

But even though we can’t observe the qubit in its superposition,

Kübiti süperpozisyon halinde gözlemleyemesek bile

we can manipulate it to perform particular operations while in this state.

bu haldeyken onu belirli işlemler yapmak için yönetebiliriz.

So as a problem grows more complicated,

Yani, bir problem karmaşıklaştıkça

a classical computer needs correspondingly more bits to solve it,

onu çözmek için klasik bir bilgisayar aynı oranda daha çok bite ihtiyaç duyar

while a quantum computer will theoretically be able to handle

ancak kuantum bilgisayarı teorik olarak

more and more complicated problems

daha da karmaşık problemleri

without requiring as many more qubits as a classical computer would need bits.

daha fazla kübite ihtiyaç duymadan da çözebilir.

The unique properties of quantum computers

Kuantum bilgisayarlarının bu kendine has özellikleri

result from the behavior of atomic and subatomic particles.

atom ve atom altı parçacıklarının davranışlarından kaynaklanır.

These particles have quantum states,

Bu parçacıklar, kübit hallerine karşılık gelen kuantum hallerine sahiptir.

which correspond to the state of the qubit.

Quantum states are incredibly fragile,

Kuantum halleri inanılmaz kırılgandır;

easily destroyed by temperature and pressure fluctuations,

sıcaklık ve basınç dalgalanmalarıyla,

stray electromagnetic fields,

başıboş elektronmanyetik alanlarla,

and collisions with nearby particles.

ve diğer parçalarla çarpışarak kolayca yok olurlar.

That’s why quantum computers need such an elaborate set up.

Bu yüzden kuantum bilgisayarları çok özenli bir hazırlığa ihtiyaç duyarlar.

It’s also why, for now,

Ayrıca yine bu yüzden de

the power of quantum computers remains largely theoretical.

kuantum bilgisayarlarının gücü şimdilik büyük ölçüde teoriktir.

So far, we can only control a few qubits in the same place at the same time.

Şimdiye kadar sadece birkaç kübiti

aynı anda, aynı yerde kontrol edebiliyoruz.

There are two key components involved

Bu kararsız kuantum hallerini

in managing these fickle quantum states effectively:

verimli şekilde yönetmenin iki anahtar bileşeni var:

the types of particles a quantum computer uses,

kuantum bilgisayarının kullandığı parçacık türleri

and how it manipulates those particles.

ve onun bu parçacıkları nasıl idare ettiği.

For now, there are two leading approaches:

Şimdilik iki yaklaşım önde gidiyor:

trapped ions and superconducting qubits.

hapsedilmiş iyonlar ve süperiletken kübitler.

A trapped ion quantum computer uses ions as its particles

Hapsedilmiş iyon kuantum bilgisayarı parçacık olarak iyonları kullanır

and manipulates them with lasers.

ve onları lazerlerle yönetir.

The ions are housed in a trap made of electrical fields.

İyonlar elektrik alanlarından yapılmış kapanlarda saklanır.

Inputs from the lasers tell the ions what operation to make

Lazerlerden gelen girdiler iyonlara hangi işlemi yapacaklarını söyler,

by causing the qubit state to rotate on the sphere.

bunu kürenin üzerindeki kübit halini çevirmeyi sağlayarak yaparlar.

To use a simplified example,

Basitleştirilmiş bir örnek verirsek

the lasers could input the question:

lazerler şu soruyu sorabilir:

what are the prime factors of 15?

15'in asal çarpanları nelerdir?

In response, the ions may release photons—

Cevap olarak iyonlar foton saçabilir—

the state of the qubit determines whether the ion emits photons

kübitin hali iyonun foton saçıp saçmamasına

and how many photons it emits.

ve ne kadar saçmasına karar verir.

An imaging system collects these photons and processes them to reveal the answer:

Bir görüntüleme sistemi bu fotonları toplayarak cevabı görüntülemek için işler:

3 and 5.

3 ve 5.

Superconducting qubit quantum computers do the same thing in a different way:

Süperiletken kübit kuantum bilgisayarları aynı işi farklı bir yoldan yapar:

using a chip with electrical circuits instead of an ion trap.

iyon tuzağı yerine elektrik devreli bir çip kullanarak.

The states of each electrical circuit translate to the state of the qubit.

Her bir elektrik devresinin hali kübitin halini oluşturur.

They can be manipulated with electrical inputs in the form of microwaves.

Mikrodalgalar şeklindeki elektrik girdileri ile yönetilebilirler.

So: the qubits come from either ions or electrical circuits,

Yani, kübitler ya iyonlardan ya da elektrik devrelerinden gelir,

acted on by either lasers or microwaves.

lazerler ya da mikrodalgalar ile harekete geçerler.

Each approach has advantages and disadvantages.

Her yaklaşımın avantajları ve dezavantajları vardır.

Ions can be manipulated very precisely,

Iyonlar çok hassas şekilde yönetilebilirler,

and they last a long time,

ve uzun süre dayanırlar

but as more ions are added to a trap,

ama daha fazla iyon hapsedildikçe

it becomes increasingly difficult to control each with precision.

her birinin keskince kontrol edilmesi daha zorlu hale gelir.

We can’t currently contain enough ions in a trap to make advanced computations,

Şu anda gelişmiş hesaplamalar yapabilecek kadar çok iyonu hapsedemiyoruz

but one possible solution might be to connect many smaller traps

ama bu soruna olası çözüm, tek bir büyük kapan yerine daha küçük kapanlar yapıp

that communicate with each other via photons

onları fotonlar aracılığıyla iletişim kurabilmelerini sağlamak olabilir.

rather than trying to create one big trap.

Superconducting circuits, meanwhile, make operations much faster than trapped ions,

Öte yandan süperiletken devreler işlemleri

hapsolmuş iyonlara göre çok daha hızlı yaparlar

and it’s easier to scale up the number of circuits in a computer

ve bir bilgisayardaki devrelerin sayısını arttırmak

than the number of ions.

iyon sayısını arttırmaktan daha kolay.

But the circuits are also more fragile,

Ama devreler de çok kırılganlar

and have a shorter overall lifespan.

ve çok daha kısa ömre sahipler.

And as quantum computers advance,

Kuantum bilgisayarları gelişse de

they will still be subject to the environmental constraints

kuantum hallerini korumak için gereken çevresel kısıtlara

needed to preserve quantum states.

maruz kalmaya devam edecek.

But in spite of all these obstacles,

Tüm bu engellere rağmen

we’ve already succeeded at making computations

giremeyeceğimiz hatta gözlemleyemeyeceğimiz bir dünyada

in a realm we can’t enter or even observe.

hesaplamalar yapmayı başardık bile.