01 Ekim 2025

Microsoft, "üzerinde 20 yıldır çalıştığı" Topolojik Kuantum Hesaplama çipi Majorana‑1'i tanıttı. Çipin temel özelliği, kübitlerin Majorana fermiyonları denen garip yapılardan oluşması. Majorana fermiyonları, aslında tek başlarına var olmayan; bir malzeme içindeki çok sayıda parçacığın kolektif davranışının sonucunda ortaya çıkan kuazipartiküller olarak tanımlanmakta.

Kuantum parçacıkları, üç boyutlu uzayda fermiyon ya da bozon gibi istatistiksel kategorilere ayrılabiliyor. Mesela, iki özdeş parçacık tek bir dalga fonksiyonu ile tasvir ediliyorsa, bu iki parçacık yer değiştirdiğinde dalga fonksiyonunda hiçbir değişiklik olmuyorsa (ya da toplam dalga fonksiyonu +1 ile çarpılıyorsa) bunlar bozon istatistiğine uyan; (-1) ile çarpılıyorsa (antisimetrik dalga fonksiyonu) fermiyon istatistiğine uyan parçacıklar oluyor.

Oysa kuantum etkileşimlerini iki boyutlu uzayda salınmaya zorlarsak çok değişik sonuçlar ortaya çıkmakta. Bu durumda, iki özdeş parçacık ya da eksitonu temsil eden dalga fonksiyonunun önüne, yalnızca +1 veya (–1) değil, herhangi bir "any" faz değeri gelebiliyor. İşte bu tip etkileşimlere "anyon" denmekte. Anyonlar, sadece birbirleriyle yer değiştirme değil, aynı zamanda burgu şeklinde (braiding) ilerleme biçiminde topolojik özellikler gösterir. Majorana fermiyonları, non-Abelian anyon istatistiğine uymakta; bu istatistikte toplam dalga fonksiyonunun önüne gelen faz, bir unitary matris şeklinde tanımlanıyor. Kuantum hesaplamanın temeli unitary işlemlere dayandığından, Majorana fermiyonlarının kuantum hesaplama için sağlam bir fiziksel platform sunabileceği fikri ortaya atılmış.

2003 yılında Alexei Kitaev, non-Abelian anyonların topolojik kuantum hesaplamada kullanılabileceğini rapor etti. Aşağıdaki, iki kuantum durumunu temsil eden plakaları birleştiren, kablolar gibi görünen örgülü topolojik yollar, gürültü gibi lokal engellere rağmen iki kuantum durumunu birimsel (unitary) olarak birbirine bağladığını göstermekte. Kısacası, topolojik kuantum hesaplama sayesinde, gürültüye rağmen sistemin birimselliği bozulmadan kuantum işlemler sürdürülebiliyor; başka bir deyişle, topolojik kuantum hesaplamada hata düzeltmeye olan ihtiyaç önemli bir şekilde azalmakta!

Ancak prensipte bu kadar verimli görünen topolojik kuantum hesaplama platformu, maalesef pratikte mevcut platformların en gerisinde . Microsoft’un çipinde, temel olarak topolojik süperiletkenlik kullanılarak oluşturulan ortamda, Majorana modlarının varlığına dair deneysel kanıtlar elde edilmiş durumda. Bazı yayınlar, 8 modun gözlemlendiği bu çipi 8 kübitlik bir çip olarak tanımlasa da bu doğru değil. Bu çip "sıfır kubitlik" bir çip; çünkü bir kubitin sahip olması gereken kontrol mekanizmalarından yoksun. Microsoft, Majorana modlarının varlığını ispatlayan süperiletken bir elektronik aygıt geliştirmiş durumda, ancak bu aygıt henüz topolojik kuantum hesaplama yapan tam anlamıyla işlevsel bir çip değil.