The Guardian 2016’nın Ocak ayında Profesör Michelle Simmons’ı ve çalışmalarını anlattığı yazının başlığını bu şekilde atmıştı, “Dünyanın İlk Kuantum Bilgisayarı Yapma Yarışına Liderlik Eden Kadınla Tanışın”. Profesör Michelle Simons uluslararası alanda tanınan bir kuantum fiziği araştırmacısıdır ve Avustralya’da New South Wales Üniversitesi’nde (UNSW) kurulu Kuantum Bilgisayar ve Haberleşme Teknolojisi Mükemmeliyet Merkezi (İng. Centre of Excellence for Quantum Computation and Communication Technology) adında bir araştırma merkezinin yöneticisidir. Ucuz ve standart silisyum teknolojisini kullanarak dünyanın ilk kuantum bilgisayarını inşa etmeyi amaçlayan Simmons ve çalışma arkadaşları UNSW’nin verdiği bilgiye göre katıhalde kubitlerin (kuantum bitlerin) tam konumunu görebilen dünyadaki tek araştırma grubunu oluşturuyorlar.
Profesör Michelle Simmons’ın başarılarına dikkat çekmek amacıyla KBT Bilim Sitesi’ndeki bu yazımızda aldığı ödüller ve son çalışmaları hakkında mevcut kaynaklardan derlediğim bilgileri vermek istiyorum.
Yöneticisi olduğu araştırma merkezinde Avustralya’daki 6 üniversiteden 200’den fazla bilim insanı çalışmaktadır. Bu merkezdeki bilim insanları ve mühendisler 2022 yılında silisyum temelli dünyanın ilk kuantum bilgisayarını inşa etmenin ilk adımı olarak görülen 10-kubitten oluşan bir entegre devre üretmeyi hedefliyorlar.
Kuantum bilgisayarı neden önemli? Bugünün bilgisayarlarının belki de binlerce hatta milyonlarca yıl sürede işleyebileceği veriyi kuantum bilgisayarları saatler içinde işleme kapasitesine sahip olabilir. Bu yüksek kapasite iklim değişikliği gibi küresel zorlukların üstesinden gelmemizde büyük katkılar sağlayabilir ya da kanser gibi karmaşık hastalıkların daha iyi anlaşılmasında.
2018 Ocak ayında Yılın Avustralyalısı ödülünü alan Simmons kuantum bilgisayarlarının önemine şu sözleri ile işaret ediyor,
“Eğer ben 300 kubit üretebilirsem, evrendeki tüm atomlardan fazlasını içeren bir hesaplama yapabilmem mümkün olur.”
Kuantum bilgisayarların şaşırtıcı potansiyelini ve dünyamızı nasıl değiştireceklerini açıkladığı bir söyleşisini aşağıdaki videodan izleyebilirsiniz,
1990’lı yılların sonlarında Birleşik Krallık’ta Cambridge Üniversitesi’ndeki Cavendish Laboratuvarı’nda öğretim görevlisi olarak kuantum elektroniği alanında çalışmıştı. O dönemde silisyum temelli ölçeklenebilir bir kuantum bilgisayar fikrinin kendisinin deyimiyle yapılabilmesi mümkün şeylerin en uç sınırında bir şey olduğunu düşünüyordu ve ekliyordu, “ama yapabiliyor olsaydın, gerçekten değerli bir şey olurdu.”
Ancak bu fikir üzerine yayınlanan Dr. Bruce Kane’in teorik makalesi tek atom aygıtların nasıl inşa edilebileceği üzerineydi. Bu makale görünen o ki tüm ilgisini kuantum bilgisayarlar üzerine çekmişti ve okuduktan sonra, “bunu yapabilirim” düşüncesine sahip olduğunu söylüyor.
1999 yılında Simmons UNSW’nin bu bahsedilen makaleye göre taslağı çizilen bileşenleri oluşturmaya çalışan bir araştırma grubunda yer almak için başvurdu. Sonrasında ise o günden bu güne Dr. Kane’in makalesinde belirtilen kuantum bilgisayarı vizyonunu hayata geçirmek için çalışıyor.
Silisyum konusunda son beş yıldır liderlik ettiklerini belirten Simmons “2010’dan bu yana yayınladığımız sonuçlar ile biz tek atomlarda bilgiyi nasıl kodlayabileceğimizi, silisyumda sistemleri nasıl inşa edebileceğimizi ve silisyumda bu sistemleri nasıl kontrol edebileceğimizi gösteriyoruz” dedi.
Simmons 2005 yılında Avustralya Bilimler Akademisi Pawsey Madalyası‘nı, 2012’de Yılın Bilim İnsanı ödülünü (UNSW) ve 2015’te fizikte çığır açıcı araştırmalarından dolayı Thomas Ranken Lyle Madalyası‘nı kazandı. Yine 2015’te Bilimde Liderlik Eureka Ödülü ile ödüllendirildi.
Ayrıca 2016 yılında Amerikalı fizikçi Richard Feynman onuruna verilen prestijli Nanoteknolojide Foresight Enstitüsü Feynman Ödülü’nün sahibi oldu.
2015’in Ekim ayında çalışma arkadaşlarıyla birlikte ilk defa silisyum kubitler arasındaki hesaplamaların gösterdiği silisyum temelli kuantum bilgisayarlarının yapımının önünde olan bir engeli ortadan kaldırmayı başardılar. Böylece, kubitlerin birbirleri ile konuşmasını sağlayan ilk araştırma grubu oldular.
2015 yılında Avustralya’da önemli bir telekom şirketi olan Telstra Simmons’un yöneticisi olduğu Kuantum Bilgisayar ve Haberleşme Teknolojisi Mükemmeliyet Merkezi’ne 5 yıllık süreçte 10 milyon ABD doları kadar bir fon sağlayacağını duyurmuştu.
Profesör Simmons’un çalışmaları ile ilgili son bir çalışmaya değinmek istiyorum. Bu çalışma geçtiğimiz aylarda Nature Communications’da yayınlanan makalede detayları açıklanan iki kubit arasındaki kontrol edilebilir etkileşimlerin ilk gözlemi hakkında olacak.
Bu çalışma ile Simmons’un araştırma grubu bir silisyum çipindeki farklı fosfor atomlarını hassas bir şekilde konumlandırarak ve yakınlaştırarak atom kubitleri oluşturdular. Bilgi ise tek bir fosfor elektronun kuantum spini üzerinde depolandı.
Daha önce elmas sicimleri ile ilgili haberimizde belirtildiği gibi kuantum bilginin depolanma süresi gürültüye bağlı olarak değişmektedir. Çalışmaları ile bu gürültüyü azaltıcı nanofabrikasyon işlemleri sonrası Simmons’un araştırma grubu bir nanoelektrik aygıtında şimdiye kadar rapor edilen en uzun ömürlü bir elektron spin kubiti oluşturdular. Yaklaşık 30 saniye! Bu değer önceki çalışmalarda bildirilenden 16 kat daha yüksektir.
Çalışmalarında iki fosfor atomunda yapılan bir kubiti ve tek bir fosfor atomundan yapılan diğer kubiti aralarında 16 nanometrelik bir uzaklık olacak şekilde bir silisyum çip üzerine yerleştirdiler. Bu ise iki komşu kubit arasındaki etkileşimleri kontrol edebilme imkânı verdi. Çünkü böylelikle bu elektronların kuantum spinleri birbirleri ile bağlantılı hâle gelmiş oldu.
Fosfor atomundan yapılan bir kubitin elektron dalga fonksiyonunu gösteren bir taramalı tünelleme mikroskobu görüntüsü. Kaynak: UNSW
Simmons’un eski öğrencisi Dr. Matthew Broome bu etkileşimlerin kontrol edilebilir olmasını şu sözleri ile açıklıyor,
“İzlemek büyüleyiciydi. Bir elektronun spini yukarı doğru olduğunda, diğerleri aşağıya bakıyordu ya da tam tersi. Bu kuantum teknolojisi için önemli bir kilometre taşıdır. Bu tür spin korelasyonları karmaşık hesaplamaları gerçekleştirecek bir kuantum bilgisayarı için gerekli olan dolanık durumların öncüsüdür.”
Hassas bir şekilde konumlandırılan fosfor atom kubitlerle ilgili hazırlanan bir video:
Avustralya’nın İlk Kuantum Bilgisayarı Şirketi
Geleneksel bir bilgisayarla binlerce yıl sürebilecek bir problemi dakikalar içinde çözecek kuantum bilgisayarların geliştirilmesi süreci beraberinde bazı ürünler ve sonuçlar getirmektedir.
Prof. Simmons’un liderliğinde ve devlet, endüstri ile üniversitelerin oluşturduğu bir konsorsiyumun da desteğiyle Avustralya’nın ilk kuantum bilgisiyarı şirketi 2017 yılında kuruldu ve şirket, bu araştırma merkezindeki çalışmaların sonuçlarını ticarileştirmeye başladı.
Silicon Quantum Computing olarak markalaşan şirket UNSW’daki yeni laboratuvarları kullanıyor ve 2022’de 10 kubitle çalışan bir kuantum bilgisayarı üretme hedefine adım adım ilerliyor.
Bu şirtkete Avustralya hükümeti 26 milyon dolar, UNSW 25 milyon dolar, Avustralya’da bir banka 14 milyon dolar, Telstra şirketi 10 milyon dolar ve üniversitenin bulunduğu şehrin yönetimi 8,7 milyon dolar yatırımda bulundu. Bu yatırımın sonucunda Avustralya’nın mevcut ekonomisinin yaklaşık %40’ını oluşturan sanayinin kuantum bilgisayarların geliştirilmesiyle önemli ölçüde etkilenebileceği öngörülüyor. Yazılım, tasarım, makine öğrenimi, lojistik planlama, finans analizi, borsa modellemesi, yazılım ve donanım doğrulaması, iklim modellemesi, hızlı ilaç tasarımı ve testi ile erken hastalık tespiti ve önleme gibi potansiyel uygulama alanlarında bu geliştirilen kuantum bilgisayarları hem insan yaşamını hem de ekonomi dünyasını değiştirecek gibi görünüyor.
Dünya üzerinde bilimde, ekonomide, eğitimde çok sayıda başarı kadından biri Prof. Michelle Simmons hakkında derleyebildiklerim bu kadar. Onun başarılarla dolu yaşamı aslında bir insana fırsat verildiğinde neler yapabildiğini ve yapabildiklerinin nelerle sonuçlanabileceğinin iyi bir göstergesi.
Dr. Gökhan Atmaca
Twitter: twitter.com/kuarkatmaca
Instagram: instagram.com/anadoluca
Kuark Bilim Topluluğu Bilim Sitesi Kuark.Org’u Facebook’ta Takip Edebilirsiniz.
Referanslar:
https://newsroom.unsw.edu.au/news/science-tech/seeing-believing-precision-atom-qubits-achieve-milestone
https://newsroom.unsw.edu.au/news/science-tech/international-prize-quantum-computing-leader
https://www.theguardian.com/technology/2016/jan/02/meet-the-woman-leading-the-race-to-build-the-worlds-first-quantum-computer
https://gadgets.ndtv.com/internet/features/michelle-simmons-leading-race-to-build-first-quantum-computer-1851253
http://15trailblazers.unsw.edu.au/quantum-computing
