IBM: Kuantum Bilgisayarlar İçin Modüler Kriyojenik Mimari Geliştirildi

IBM, daha büyük ve birbiriyle bağlantılı kuantum bilgisayarların geliştirilmesinin önündeki soğutma ve bağlantı sorunlarını aşmak amacıyla modüler bir kriyojenik mimari geliştirdi. İki prototip hücre birbirine bağlanarak birlikte çalıştırılırken, tasarım gelecekte binlerce kübite sahip sistemlerin önünü açmayı hedefliyor.

Kuantum bilgisayarların ölçeklendirilmesi yalnızca işlemciye daha fazla kübit eklemekten ibaret değil. Özellikle süperiletken kübit kullanan sistemlerin çalışması için işlemcilerin mutlak sıfıra çok yakın sıcaklıklarda tutulması gerekiyor. İşlemci sayısı ve bağlantılar arttıkça soğutma, kablolama ve termal kararlılığın korunması da önemli bir mühendislik problemine dönüşüyor. IBM’in yeni yaklaşımı, bu altyapıyı daha büyük sistemlere uyarlanabilir hâle getirmeyi amaçlıyor.

Modüler Kriyojenik Mimari Nasıl Çalışıyor?

Mevcut kuantum bilgisayarların önemli bir bölümü, işlemciyi vakum ve termal yalıtım altında tutan silindirik kriyostatlar içerisinde çalışıyor. Bu sistemlerde seyreltme buzdolapları, işlemcileri mutlak sıfıra yakın sıcaklıklara kadar soğutuyor. Ancak birden fazla işlemcinin aynı sistem içerisinde veya birbirine bağlı şekilde çalıştırılması, geleneksel yapının alan ve bağlantı açısından sınırlarına ulaşmasına neden oluyor.

IBM bunun yerine kutu biçimli kriyojenik hücrelerden oluşan bir yapı tasarladı. Her hücrenin kendine ait vakum haznesi, soğutma donanımı ve termal kalkanları bulunuyor. Hücreler yan yana getirildiğinde aralarındaki bağlantılar için korumalı kriyojenik tüneller oluşturuluyor.

Bu yapı, işlemciler arasındaki bağlantı mesafesini azaltırken daha fazla kablolama alanı sağlıyor. IBM’e göre her hücre yaklaşık 0,53 metrekare kullanılabilir kablolama alanına ve 2,75 metreküp vakum haznesi hacmine sahip. Şirket, bu alanın daha büyük işlemciler ve daha yoğun sistem yapılandırmaları için kullanılabileceğini belirtiyor.

İki Kriyojenik Hücre Birlikte Çalıştırıldı

IBM, yeni mimarinin yalnızca tasarım aşamasında olmadığını göstermek için iki modüler kriyojenik hücreyi Poughkeepsie, New York’taki kuantum tesisinde birbirine bağlayarak çalıştırdı. Şirket, iki hücreyi başarıyla birleştirip soğutarak tek bir ortam içerisinde çalıştırdığını açıkladı. Bu test, gelecekteki birbirine bağlı kuantum sistemleri için gerekli modüler yaklaşımın erken bir doğrulaması olarak değerlendiriliyor.

Modüller arasındaki bağlantı yalnızca fiziksel bir birleşmeden ibaret değil. IBM’in mimarisinde kuantum ve klasik bağlantılar kullanılarak farklı işlemciler arasında bilgi aktarılması hedefleniyor. Böylece tek bir işlemcinin kapasitesinin ötesinde hesaplamaların birden fazla işlemciye dağıtılması mümkün olabilecek.

Amaç Yalnızca Daha Fazla Kübit Değil

IBM’in modüler yaklaşımının önemli taraflarından biri, sistem büyüdükçe tüm kriyojenik altyapının baştan tasarlanmasının gerekmemesi. Yeni hücrelerin mevcut yapıya eklenebilmesi ve yükseltmelerin hücre bazında gerçekleştirilebilmesi hedefleniyor. Termal kalkanların tasarımı da komşu hücreler arasındaki termal etkileşimi sınırlayacak şekilde geliştirildi.

IBM, gelecekte tek bir hücrenin binlerce kübiti destekleyebilmesini öngörüyor. Ancak bu ifade mevcut sistemin binlerce kübit çalıştırdığı anlamına gelmiyor. Şirketin açıklamasına göre bu, gelecekteki donanımlar için öngörülen bir kapasite ve ölçeklendirme hedefi.

IBM’in Kuantum Bilgisayar Yol Haritasındaki Yeri

Yeni kriyojenik mimari, IBM’in hata toleranslı kuantum bilgisayarlara yönelik yol haritasının bir parçası. Şirket, mimarinin gelecekte çok çipli ve hata toleranslı kuantum sistemlerinin geliştirilmesi için temel altyapılardan biri olmasını hedefliyor.

IBM ayrıca bu mimarinin, 2029’da sunmayı planladığı Quantum Starling adlı hata toleranslı kuantum bilgisayar hedefiyle bağlantılı olduğunu belirtiyor. IBM’in güncel yol haritasına göre Starling’in 2029’da 200 mantıksal kübit üzerinde 100 milyon kuantum kapısı çalıştırabilmesi hedefleniyor.

Dolayısıyla duyurunun asıl önemi yeni bir kuantum bilgisayarın tanıtılmasından çok, kuantum işlemcilerinin tek bir çipin sınırlarını aşacak şekilde ölçeklendirilmesi için gerekli fiziksel altyapının yeniden tasarlanması olarak öne çıkıyor.