Majorana 1: Microsoft'un Duyurusunun Kuantum Bilgisayarların Geleceği İçin Anlamı Nedir?

Microsoft, Çarşamba günü yaptığı çarpıcı bir duyuruyla, Majorana fermiyonları adı verilen parçacıklara dayanan özel bir kübit türü olan topolojik kübitlere dayalı ilk kuantum çipinin yaratıldığını duyurdu. İtalyan fizikçi Majorana'nın anısına "Majorana 1" adı verilen yeni Kuantum İşleme Ünitesi, maddenin "topolojik" halinde bulunan "kuazi parçacıkları" barındırabilen ve bunları kuantum işlemlerini yürütmek için kullanabilen özel bir süperiletken olan ilk "topoiletken" kullanılarak inşa edilen bir prototiptir.

Topolojik Kübitlerin Avantajı Google, IBM, Rigetti ve diğer birçokları tarafından kuantum bilgisayarlarında daha yaygın olarak kullanılan diğer kübitlerin aksine, topolojik kübitlerin gerçekleştirilmesi çok daha zordur, çünkü bunlar maddenin yeni bir halinin yaratılmasını gerektirir: Microsoft'un kendisi en az yirmi yıldır bu konuda çabalıyor.

Ancak en azından teoride, diğerlerine göre temel bir avantajları var: Çalışma biçimleri nedeniyle, hesaplamalar yapmak için gerekli olan kuantum durumlarının bozulmasına karşı son derece dirençliler. Diğer kübitlerle karşılaştırıldığında, esasen çok daha "sağlam"dırlar ve donanım seviyesindeki hatalara karşı dirençlidirler, böylece yazılım seviyesinde büyük bir hata düzeltme çabasına olan ihtiyacı ortadan kaldırırlar.

Bunun nedeni, "topolojik" durumun, sıvı, katı ve gaz hallerinden farklı olarak, malzemenin yerel özelliklerine (atomik diziliş gibi) değil, matematiksel yapısıyla bağlantılı küresel, sabit özelliklere bağlı olan özelliklerle karakterize edilmesidir.

Microsoft'un sonuçları doğrulanırsa, çok daha kararlı ve kontrol edilebilir yeni kuantum çiplerinin yaratılmasının önünü açabilir ve böylece bilişimde devrim yaratabilecek kuantum bilgisayarlarına giden yol birkaç on yıldan birkaç yıla kısalabilir. Microsoft'a göre Majorana 1 çipinde halihazırda 8 adet bu kübitlerden bulunuyor. Uzmanlar, gerçek kuantum hesaplama üstünlüğü ve geçerli ticari uygulamalar elde etmek için en az bir milyon kübite sahip çiplere ihtiyaç duyulduğu konusunda hemfikir.

Microsoft, hataları fiziksel düzeyde sınırlama yeteneğinin, diğer "topolojik olmayan" yaklaşımlarda olduğu gibi her kübite uygulanan bir hata düzeltme sistemi gerektirmediğinden, hesaplama gücünün bu düzeylere çok daha kolay bir şekilde ölçeklenmesini sağlayabileceğini söylüyor.

Microsoft'ta teknik uzman ve topolojik yaklaşımla deneyler yapan ekibin lideri olan Chetan Nayak, MIT Technology Review'a yaptığı açıklamada, "Kan, ter ve gözyaşı dökmeden ve bu süreçte çok zorlu teknik sorunları çözmeden bir milyon kübite ulaşamazsınız." dedi. “Gelecekte karşılaşacağımız zorlukları küçümsemek istemiyorlar ama en azından hedefe dair bir bakış açımız olduğunu söyleyebiliriz.”

Ne kadarı pazarlama, ne kadarı bilim? Ancak her zaman olduğu gibi bu gibi durumlarda da uygulamalı bilimin buğdayını, bilimsel pazarlamanın samanından ayırmak gerekiyor. Özellikle Microsoft CEO'sunun açıklamaları ve "maddenin yeni hali"nden açıkça bahseden basın bülteni ile duyuru ile aynı anda Nature dergisinde yayımlanan bilimsel makalenin içeriğinin neden iki farklı hikaye anlatıyor gibi göründüğü belirsizliğini koruyor.

Bologna Üniversitesi'nde kuantum fiziği profesörü olan Profesör Tommaso Calarco, Italian.Tech'e yaptığı açıklamada, "Microsoft, birinci sınıf sonuçlar üreten birinci sınıf bir bilimsel ekibe sahip." dedi. "Ancak CEO'nun ifadesine nasıl ulaştığımızı merak ediyorum, çünkü Nature'da okuyabildiğimiz kadarıyla ölçülen şeyin gerçekten topolojik bir kübit olduğuna dair hâlâ kesinlik yok. Ancak Microsoft'un açıklamalarından, sonucun alındığı açıkça anlaşılıyor".

Meselenin özü şudur: Microsoft'un duyurusu ilk topolojik kübitin yaratılmasından bahsediyor ve dolayısıyla araştırma ekiplerinin bir Majorana fermiyonunu "sentezlemeyi" (basitleştirmeyi mazur görün) başardıklarını, Microsoft tarafından alüminyum ve indiyum arsenit kullanılarak "atom üstünde" yaratılan topolojik süperiletkenin içinde varlığını ve kuantum durumunu (Majorana Sıfır Modu) doğru bir şekilde ölçtüklerini varsayıyor.

Nature makalesinin gerçekte söylediği şey ise Nature'da yayınlanan makalenin ölçüm yaklaşımına odaklandığı ve henüz süperiletkendeki kuazi parçacıkların varlığını "kanıtlamadığı", ancak varlıklarını doğrulamak için sistemde temel bir sonuç elde ettiğini iddia ettiği yönünde.

Nature dergisi, "Bu makalede, zamanla çözülebilen bir ölçümün olasılığını gösteriyoruz ve böylece topolojik kuantum hesaplamasının temel bir bileşenini doğruluyoruz" diye bildiriyor.

Calarco, “Araştırmacılar makalede şunu söylüyor: Amaçlarımız açısından temel önem taşıyan bir operasyonu başardık” diye açıklıyor. “Bu bilimsel sonuç başlı başına olağanüstü ve en üst düzeydedir. Ancak, bu ölçümün, ölçülen olgunun gerçekten Majorana fermiyonlarının varlığıyla bağlantılı olup olmadığını, yoksa bunun yerine önemsiz ve dolayısıyla topolojik olmayan bir olgu olup olmadığını şu anda doğrulamadığını da kabul ediyorlar".

Asıl kesin kanıt, yine Nature'da yayınlanan makalenin editör notlarında bulunmaktadır. Burada, makalenin hakemleri makalenin yorumlanması konusunda uyarmaktadır: "Editör ekibi, bu makalenin sonuçlarının bildirilen cihazlarda Majorana Sıfır Modlarının ( topolojik kübitlerin elde edilmesinde önemli olan kuantum durumu - ed. ) varlığına dair kanıt oluşturmadığını vurgulamak ister. Çalışma, Majorana Zero Modları ile füzyonda gelecekteki deneylere olanak sağlayabilecek bir cihaz mimarisinin tanıtımı için yayınlanmıştır”.

Microsoft ile Nature arasındaki emsaller Nature'ın aşırı dikkatli olmasının nedeni büyük ihtimalle Microsoft'un emsalleri ve 2021'de Redmond şirketine ve Delft Teknoloji Üniversitesi'ne bağlı araştırmacıların ortak imzasıyla aynı konudaki bir makalenin geri çekilmesine yol açan "skandal"dır. Nature dergisi 2018 yılında, araştırma ekibinin süperiletken nanotellerde Majorana Sıfır Modlarının (MZM) varlığına dair ikna edici kanıtlar gözlemlediğini iddia ettiği bir makale yayınladı. Bu çalışma, MZM'lerin varlığına dair en güçlü kanıtlardan biri olarak değerlendirildi ve Microsoft'un topolojik kuantum bilgisayarı inşa etme yolunda doğru yolda olduğu fikrini güçlendirdi. Ancak üç yıl sonra, olaya dahil olan araştırmacılardan biri hesaplamalarda tutarsızlıklar keşfetti. Daha detaylı incelemeler, bazı verilerin istenilen sinyali vurgulamak için seçildiğini, keşfe şüphe düşüren diğerlerinin ise göz ardı edildiğini ortaya koydu.

Microsoft'un Tepkisi Araştırma grubunun başkanı Chetan Nayak, şüphecilik dalgasına kuantum hesaplama alanında popülerleştirme çalışmalarıyla tanınan Amerikalı bir profesör ve bilgisayar bilimcisi olan Scott Aaronson'ın blogunda yaptığı bir yorumla yanıt verdi. "Nature makalesinin okuyucuları muhtemelen makalenin 5 Mart 2024'te incelemeye sunulduğunu ve 19 Şubat 2025'te yayınlandığını fark etmişlerdir. Geçtiğimiz yıl boyunca ilerleme kaydetmeye devam ettik," diye açıklıyor Nayak ve en az dört Majorana Sıfır Modunun ölçümünü ve dolayısıyla Microsoft'un kübitlerinin topolojik doğasını doğrulayan birkaç teknik ayrıntı ekliyor.

Ancak temel bir sorun var: Microsoft'un kamuoyundaki kutlamalarına açıkça ışık tutan bu sonuçlar henüz "akran denetiminden geçmiş" olarak kabul edilemez ve bu nedenle kaçınılmaz olarak bir miktar şüpheyle karşılanmalıdır. Aaronson'ın açıkladığı gibi, "Durum şu ki Microsoft, topolojik bir kübit yarattığını açıkça iddia ediyor ve Nature'da konuyla ilgili bir makale yayınladı, ancak topolojik bir kübit yarattığı iddiası henüz Nature'ın akran incelemesi tarafından kabul edilmedi." Büyük yatırımlar

Kısacası, Microsoft'un iddia ettiği şeyi, yani "maddenin yeni bir halini yaratmayı" gerçekten başarmış olma ihtimali oldukça yüksek. Ancak şirketin yeni keşfi büyük bir tantanayla duyurmadan önce beklemek istemediği, hakemli bir makalenin bilimsel kesinliği bulunmuyor. “Microsoft'un iddia ettiği gibi her şey doğrulanmış ve ölçeklenebilir olsaydı, kesinlikle yeni uygulamalara giden yolu açan sansasyonel bir keşifle karşı karşıya kalırdık,” diye sonuca varıyor Calarco. “Ancak, Nature'da okuduklarımıza bağlı kalacaksak, şimdilik dağ meşhur fareyi doğurdu. Ancak bu araştırmanın, büyük şirketlerin içinde bile haklı çıkarılması gereken büyük yatırımlar gerektirdiğini unutmayalım. Bu sonuçların iletişiminde bilimsel pazarlamanın temel bir yönünün de olması kaçınılmazdır.”