Yeni Kuantum Algoritması 'İmkansız' Malzeme Problemini Saniyeler İçinde Çözüyor

Kuantum bilgisayarlar ve diğer gelişmiş kuantum teknolojileri, özel kuantum malzemelerine dayanır ve bu malzemeler belirli koşullar altında alışılmadık şekilde davranırlar. Bazı durumlarda, bilim insanları bir malzemenin yapısını değiştirerek tamamen yeni kuantum özellikleri oluşturabilirler. Bir örnek, grafen tabakalarını yığarak ve bir moiré desenine dönüştürerek bu malzemenin süper iletken haline gelmesini sağlar.

Araştırmacılar, bu tabakaları daha da karmaşık yapılar oluşturmak için düzenleyebilir, kuazikristaller ve süper moiré malzemeleri de dahil olmak üzere. Ancak bu egzotik malzemelerin nasıl davranacağını tahmin etmek son derece zordur. Kuazikristaller matematiksel olarak o kadar karmaşıktır ki, simülasyonları milyarlarca sayıda rakam içerebilir, bu da günümüzün en güçlü süper bilgisayarlarının erişebileceğinden çok daha büyük bir ölçektir.

Aalto Üniversitesi Uygulamalı Fizik Bölümü'ndeki bilim insanları, bu devasa non-periyodik kuantum malzemelerini几乎 anında işleyebilen bir kuantum esinlenen algoritma geliştirdiler. Yardımcı Profesör Jose Lado, bu çalışmanın ayrıca kuantum teknolojisinde kendisiyle ilgili bir geri bildirim döngüsünü vurguladığını belirtti.

"Bu yeni kuantum algoritmaları, yeni kuantum malzemelerinin geliştirilmesini sağlayarak yeni kuantum bilgisayar paradigmaları oluşturabilir ve kuantum malzemeleri ile kuantum bilgisayarları arasında üretken bir iki yönlü geri bildirim döngüsü oluşturabilir," diye açıkladı.

İleride, bu gelişme, enerji kaybı olmadan elektrik ileten dissipasyonlu elektroniklerin geliştirilmesini destekleyebilir. Bu sistemler, AI destekli veri merkezlerinin artan ısı ve enerji taleplerini azaltmaya yardımcı olabilir.

Araştırmacılar, topolojik kuazikristaller üzerinde odaklandılar, alışılmadık kuantum heyecanmalarına ev sahipliği yapan malzemeler. Bu heyecanmalar, özellikle değerli çünkü elektriksel iletkenliği bozucu gürültü ve parazitlerden korurlar. Ancak, bunlar zaten son derece karmaşık bir kuazikristal yapısında düzensiz bir şekilde dağılırlar.

Ekibin lideri Lado ve diğer araştırmacılar, malzemenin tam yapısını doğrudan hesaplamak yerine, kuantum bilgisayarlar tarafından kullanılan yöntemlere benzer bir şekilde problemi yeniden formüle ettiler. "Kuantum bilgisayarlar, üssel olarak büyük hesaplamalı alanlarda çalışırlar, bu nedenle bu alanları kodlamak için özel bir algoritma ailesini, yani tensör ağlarını kullandık ve 268 milyondan fazla siteye sahip bir kuazikristali hesapladık. Algoritmamız, kuantum malzemelerindeki devasa problemlerin doğrudan kuantum çok cisim sistemini kodlayarak üssel bir hızlanma ile çözülebileceğini gösteriyor," diye açıkladı.

Şu anda, çalışma teorik düzeydedir ve simülasyonlar aracılığıyla gerçekleştirilmiştir, ancak araştırmacılar deneysel testlerin ve gelecekteki uygulamaların already görünmeye başladığını belirtiyorlar.

"Gösterdiğimiz kuantum esinlenen algoritma, süper moiré kuazikristallerini geleneksel yöntemlerin kapasitesinin çok üzerinde oluşturmamızı sağlar. Bu, kuantum bilgisayarları için süper moiré malzemeleri kullanarak topolojik kuantum bitleri tasarlamak için önemli bir adımdır," diye belirtti.

Lado'ya göre, algoritma gelecekte gerçek kuantum bilgisayarlarında çalıştırılabilecek şekilde uyarlanabilir. "Yöntemimiz, gerçek kuantum bilgisayarlarında çalıştırılabilecek şekilde uyarlanabilir, özellikle de AaltoQ20 ve Fin Kuantum Bilgisayar Altyapısı gibi donanımlar gerekli ölçek ve doğruluğa ulaştığında," diye belirtti.

Bulgu, egzotik kuantum malzemelerinin incelenmesi ve tasarlanması, kuantum algoritmaları ve kuantum bilgisayarları için en erken pratik uygulamalardan biri olabilir.