Kuantum Kapıları 6,8 Nanosaniyede Hız Rekoru Kırdı: Doğruluk Oranı %99,98’i Aştı

Şematik görsel: Darbeler, daha yüksek durumlara geçişi baskılamak için şekillendiriliyor. Kaynak: Forschungszentrum Jülich / Yuan Gao

Jülich, Aachen ve Köln araştırmacıları, bir kubit üzerinde yalnızca 6,8 nanosaniyede ve 99,98’den fazla doğruluk oranıyla bir kuantum işlemi gerçekleştirdi. Süperiletken kuantum bilgisayarlarda böyle işlemler genellikle birkaç on nanosaniye sürer. Yayınlanan makale Nature Communications dergisinde yer aldı.

6,8 nanosaniye—boşlukta yaklaşık iki metrelik (6,6 feet) bir mesafeyi ışığın kat etmesi için gereken süre. Bu çok kısa sürede, Forschungszentrum Jülich’e bağlı Fonksiyonel Kuantum Sistemleri (PGI-13) ve Kuantum Kontrolü (PGI-8) Enstitüsü Peter Grünberg’in araştırmacıları, kısa adı kubit olan bir kuantum biti üzerinde temel hesaplama işlemleri gerçekleştirmeyi başardı.

Geçiş hızı, kuantum hesaplamada kritik bir faktördür. Çünkü kubitler hassastır ve kuantum durumlarını yalnızca sınırlı bir süre boyunca korurlar. Bireysel işlemler ne kadar hızlı gerçekleştirilirse, bu zaman penceresine o kadar çoğu sığar. Bu, karmaşık algoritmalar ve kaynak yoğunluğu gerektiren hata düzeltmesi için önemlidir.

Ancak, kubitleri değiştirmek için kullanılan mikrodalga darbeleri ne kadar kısaysa, o kadar güçlü olmaları gerekir. Bu da istenmeyen uyarılma riskini artırır. Çünkü süperiletken kubitler, hesaplama için kullanılan iki enerji durumundan fazlasına sahiptir. Çok güçlü şekilde uyarılırlarsa, istemsizce daha yüksek enerji seviyelerine geçiş yapabilirler.

Sadece düşünürsek, bu durum yüksek bir binadaki asansöre benzer; asansör yükü yalnızca zemin kat ile ilk kat arasında taşımak için tasarlanmıştır. Yükü çok hızlı kaldırursanız, hedeflediği noktayı aşabilir.

Ekip, güçlü ve hızlı mikrodalga darbelerinin yalnızca bilgiyi amaçlanan konumun bir kat yukarısı değil, aynı zamanda çok fotonlu geçişler olarak bilinen bir etkiyle iki veya üç kat daha yükseğe taşıyabileceğini keşfetti—bu etki daha önce gözden kaçmıştı.

Bu tür çok fotonlu geçişler kubitlerde özellikle tehlikelidir: Birden fazla hesaplama adımında sürebilirler ve kuantum hata düzeltmesini bozabilirler.

Profesör Felix Motzoi, Doktor Francisco Cárdenas-López, Yuan Gao, José da Costa Jesus ve Profesör Rami Barends (soldan sağa). Kaynak: Forschungszentrum Jülich / Markus Jerger

İstenmeyen geçişlerin önlenmesi

Deneysel grup lideri Yuan Gao ve Profesör Rami Barends (PGI-13) ile teoretik grup lideri José da Costa Jesus, Doktor Francisco Cárdenas-López ve Profesör Felix Motzoi (PGI-8) arasındaki yakın işbirliğiyle ekip, bu geçişleri özellikle baskılayan bir yöntem geliştirdi. Bunu başarmak için kontrol darbeleri olağanüstü bir hassasiyetle şekillendiriliyor.

Sıklık filtresine benzer şekilde, belirli sıklık bileşenleri baskılanıyor. Sonuç olarak darbeliler istenen hesaplama işlemini gerçekleştirmeye devam ederken, daha yüksek enerji durumlarına herhangi bir geçişi neredeyse uyandırmıyor.

R2D olarak adlandırılan yeni yöntem, kubitleri kontrol etmek için on yılı aşkın süredir standart uygulama haline gelmiş düzeltme tekniği olan yerleşik DRAG yöntemine dayanıyor. Önceki standart yöntemle karşılaştırıldığında, yeni yöntem istenmeyen çok fotonlu geçişlerin olasılığını 20’den fazla faktör kadar azaltıyor.

Uçuk hızlarda en yüksek hassasiyet

Bu sonuçlar, kapsamlı işbirliği projesi QSOLID kapsamında elde edildi. Yöntem, Forschungszentrum Jülich’teki Helmholtz Nano Facility’de üretilmiş tek bir süperiletken transmon kbitinde test edildi.

Mikrodalga darbeleri kullanılarak iki temel kuantum işlemi gerçekleştirildi ve her biri yalnızca 6,8 nanosaniye sürdü. Ölçülen hassasiyetler sırasıyla 99,981% ve 99,989% olarak ölçüldü. Kbitin istemsizce daha yüksek enerji durumuna geçme olasılığı işlem başına 0,002%’nin altında kaldı.

Bununla birlikte, yöntem şu ana kadar yalnızca tek, izole bir kbitinde test edildi. Daha büyük kuantum işlemcilerde ve iki kbitinin dahil olduğu işlemlerde aynı derecede iyi çalışıp çalışmadığını belirlemek için daha fazla deney gerekiyor.

Sonuçlar yalnızca kuantum kapılar için yeni bir referans belirlemekle kalmıyor, aynı zamanda kuantum sistemi hakkındaki anlayışımızı derinleştiriyor ve sistemin daha da iyileştirilmesi için değerli içgörüler sunuyor. Zira çalışma, son derece kısa anahtarlama süreleriyle yüksek doğruluğun aynı anda sağlanabileceğini gösterdi.

Y. Gao ve ark., Ultrafast single-qubit gates through multi-photon transition removal, Nature Communications (2026). DOI: 10.1038/s41467-026-78373-4

Dergi bilgisi:
Nature Communications

Kuantum algoritmaları & hesaplaması
Geçiş olasılıkları

Sağlayan:
Jülich Research Centre

Bu hikayenin ardındaki kim?

BSc Life Sciences & Ecology. Petrol, gaz ve yenilenebilir enerji sektörlerinde ilaç haberleri deneyimine sahip mikrobiyoloji laboratuvarı geçmişi.
Full profile →

Bachelor’s in mathematical biology, Master’s in creative writing. Bilim ve dil hakkında benzersiz bakış açılarına sahip, geniş bir yolculuk geçirmiş.
Full profile →

Alıntı

:
Quantum gates set speed record at 6.8 nanoseconds with over 99.98% accuracy (2026, October 27)
retrieved 27 October 2026
from https://phys.org/news/2026-10-quantum-gates-nanoseconds-accuracy.html

Bu belge telif hakkına tabidir. Özel çalışma veya araştırma amacıyla yapılan adil kullanım dışında, yazılı izin olmadan içeriğin hiçbir kısmı çoğaltılamaz. İçerik yalnızca bilgi amaçlı sağlanmaktadır.