Elektron spinini kullanarak işleyen mikroelektronik aygıtlar, hızla gelişen milyarlarca dolarlık bir endüstri yaratıyor. Ve kuvantum mikroçiplerinin geliştirilmesine yol açacak gibi görünüyor.
Bilgisayar dünyasında yirmi yıl önce öngörülen bir olgu hâlâ geçerli: Merkezi işlem birimlerinin gücü her yıl iki katına çıkıyor. Daha hızlı çalışan mikroçipler (mini yongalar) küçüldükçe, silikon tabakalarına işlenen iletken hatlara ayrılan yer daralıyor. Birkaç yılda, sıradan teknoloji küçültme sınırına dayanacak. Zaten, devreler, birbirine santimetrenin binde birinden yakın iletkenlerle tıkış tepiş dolu.
Yarıiletkenler bitiştikçe, bunları besleyen elektrik akımını oluşturan elektronların, bir nakil hattından diğerine atlama olasılığı yükseliyor: Elektromanyetik alanlara duyarlı olan elektronlar, alandan alana geçiş yapıyor ve kendilerinin yol açtığı elektrik yükünden etkileniyorlar. Ayrıca, kuvantum fiziğinin belirlenemezlik ilkesi, bir atomaltı parçacığın konumu ve hızının, gözlemci tarafından, aynı anda, kesin olarak belirlenmesini önlüyor. Ani konum ve hız değişikliklerine tabi elektronlar, parazit yapabiliyor. Mikroçiplerde gezinen elektrik akımlarının karışması, bilgiyi yok ediyor (bilgisayarlar, verileri elektrik yüküyle temsil ediyor).
Kuvantum bilgisayar nasıl işliyor?
Bilgisayar bilimciler, küçültme sorununa çeyrek asırdır çözüm bulmaya çalışıyorlar. Bu alanda ilk desteği, atom ve kuvantum fiziğiyle uğraşan bilim insanları vermişlerdi. On üç yıl önce ise, birinci öneriyi hayata geçirecek adım atıldı: kuvantum bilgisayarlar.
Kuvantum bilgisayarlar, ışığı oluşturan fotonların bilgi depolamak ve işlemek için kullanılmasıyla işliyor. Matematiksel olarak, bir foton diğerinden salt niceliksel ölçülerle ayrılıyor (atomaltı düzeyde, nicelikler nitelikleri meydana getiriyor). Sonuçta, başlangıç koşulları eşitlenen iki foton, tek bir cisim gibi davranıyor (doğa, iki eş foton arasında, bunların iki tane olması dışında bir ayrım gözetmiyor). Başlangıç koşulları, fotonların başlangıçtaki ortalama hızı, konumu ve açısal momenti. Birine yüklenen açısal momentin temsil ettiği bilgi, diğerine, iki fotonun uzaklığı ne olursa olsun, aynen aktarılıyor (fotonların dolaşıklığı). Einstein'ın görelilik kuramı, hiçbir cismin ışık hızından hızlı gitmediğini ortaya koyduğundan, bu tuhaf bir durum. "Foton dolaşıklığı bilgisi", bir tek an süren gerçek zaman bile geçmeden, "kardeş fotonları" birbirine bağlıyor. Kuvantum bilgisayarların bu uzaktan etkiden yararlanması, teorik bir hız limiti olmadan işlem yapmak anlamına geliyor. Üstelik, pek çok foton çiftinin yaratılması, kuvantum devrelerinin birden çok bilgi birimini karşılaştırmasını sağlıyor.
Kuvantum yokuşa sürüyor
Kuvantum bilgisayarlar, henüz vaat edilen düzeyi yakalayamadı. Gecikmenin nedeniyse uygulayımsal sınırlamalar:
Bir foton çiftinin dolaşık hale gelmesi için, çevreden yalıtılması gerekiyor. Bizzat, kuvantum fiziğinin belirlenemezlik ilkesi bunu güçleştiriyor. Burada açıklamayacağımız ayna görüntülü foton yalıtma yöntemi de pahalı ve zor bir seçenek.
Matematiksel ve uzamsal olarak çok boyutta işleyen kuvantum bilgisayarların yer kaplaması ayrı bir problem: Aynalar, prizmalar, ışın demetleri, lazer ışını kaynaklarının incelikle ayarlanması gerekiyor. Örneğin lazer ışını, argon gazıyla işleyen pahalı düzenekler gerektiriyor.