100 Kübitlik İşlemcide Kuantumdan Klasiğe Faz Geçişi

Kaos, ilk bakışta kontrol edilemeyecek kadar duyarlı bir şeydir: başlangıçtaki en küçük sapma zamanla büyür ve sistemin geleceği öngörülemez hâle gelir. Kuantum dünyasında ise bu duyarlılık bir de dolanıklıkla (entanglement) birleşir; bilgi, çok sayıda kübite yayılarak “karıştırılır” (scrambling). 9 Ekim 2026’da Nature Physics dergisinde yayımlanan bir çalışma, bu iki zorluğun birlikte olduğu bir sistemi gerçek bir kuantum işlemcide, 100 kübitlik bir zincirde dizginlemeyi başardı.

Ne yapıldı? Kaosu ölçümle terbiye etmek

Çalışmayı Bibek Pokharel, Haining Pan, Maika Takita ve çok sayıda ortak yazar yürüttü; Takita, IBM Quantum’ın Watson Araştırma Merkezi’nde görev yapıyor. Ekip, IBM’in süperiletken kübitli Heron r2 işlemcisini (ibm_fez) kullandı ve hat boyunca dizilmiş 100’e kadar kübiti devreye aldı.

Deneyin kalbinde klasik fizikten tanıdık bir kaotik model var: Bernoulli dönüşümü. Bir sayıyı \(a\) (0 ile 1 arasında) alıp ikiye katlıyor, tam kısmı atıyorsunuz. İkili (binary) yazılımda bu, sayının basamaklarını sola kaydırıp baştaki basamağı atmak demek. Her adımda küçük basamaklar öne çıkar; yani en uzak ondalıklardaki “gürültü” hızla belirleyici hâle gelir. Kaosun özü budur. Araştırmacılar bu basamakları kübitlerle temsil etti ve kuantum bir sürümünü çalıştırdı.

Kaosu bastıran “kontrol” ise ters yönde işleyen bir adım: sayıyı yarıya bölmek. Devrede her adımda, olasılığı \(1-p\) olan bir “karıştırma” ya da olasılığı \(p\) olan bir “kontrol” uygulanıyor. Karıştırma, komşu iki kübite rastgele bir kuantum işlemi uygulamak. Kontrol ise bir kübiti ölçüp sıfır durumuna sıfırlamak; ölçüm sonucuna göre koşullu bir kapı (feedback) devreye giriyor. Bu tür ölçüm, sıfırlama ve geri besleme adımlarını devrenin ortasında yapabilmek, günümüz kuantum donanımının görece yeni yeteneklerinden biri.

Bulgu: iki ayrı faz geçişi

Kontrol olasılığı \(p\) arttıkça sistem kaotik bir fazdan, tüm kübitlerin sıfıra sürüklendiği “kontrollü” bir faza geçiyor. Deneyde kritik nokta \(p\approx 0{,}5\) civarında bulundu (manyetizasyon verisinden yaklaşık 0,495). Bu eşik tesadüf değil: aşağıdaki “Fizik köşesi”nde göreceğiniz gibi kaosun ölçüsü tam orada işaret değiştiriyor.

Daha ilginç olan, ikinci geçiş: kuantum davranıştan klasik davranışa. Yazarlar, her tekil çalıştırmada ölçülen kuantum dalgalanmalarına baktı. Klasik bir sistemde bu dalgalanma kaybolur; kuantum sistemde sürer. Deney sonuçları, kübitlerin yalnızca klasik bir gürültüyle bozulduğunu varsayan modelden çok, matris çarpım durumu (matrix product state) benzetimleriyle uyuştu. Yani gözlenen etki cihaz gürültüsünün bir yan ürünü değil, gerçek kuantum doğanın izi. Ölçek de dikkat çekici: devrelerde yaklaşık 5 bin dolanıklık yaratan kapı ve yaklaşık 5 bin devre ortası işlem uygulandı.

Fizik köşesi: kritik nokta neden 1/2?

Klasik Bernoulli dönüşümünün kaos hızını gösteren Lyapunov üstelini yazalım. Karıştırma sayıyı ikiye katlar (üstel katsayı \(\ln 2\)), kontrol yarıya böler (\(-\ln 2\)). Olasılıklarla ağırlıklandırınca:

$$\lambda=(1-p)\ln 2-p\ln 2=(1-2p)\ln 2$$

Örneğin \(p=0{,}2\) için \(\lambda=(1-0{,}4)\ln 2=0{,}6\times 0{,}693\approx 0{,}42\): küçük bir hata her adımda ortalama \(e^{0{,}42}\approx 1{,}5\) kat büyür. \(p=0{,}5\) olduğunda \(\lambda=0\) olur; \(p>1/2\) için \(\lambda<0\) olur ve küçük hatalar sönümlenir. Kaosun kontrolle dengelendiği nokta bu yüzden \(p=1/2\).

Devrenin “etkin” kübiti, karıştırmada bir yana, kontrolde öbür yana gider; yani bir rastgele yürüyüştür. Ortalama kayma (eğilim) \(1-2p\) ile orantılıdır ve \(p=1/2\)’de sıfırlanır. Kritik noktada rastgele yürüyüşün yayılması zamanla \(\sqrt{t}\) gibi büyür; yani \(L\) kübitlik zincirin tamamına ulaşmak için \(t\sim L^2\) adım gerekir. Makalede ölçülen dinamik üs \(z\approx 2\) tam da buna karşılık gelir. Bu, deneyin yalnızca “bir şey gördük” demediğini, teorik tahminle nicel olarak örtüştüğünü gösteriyor.

Neden önemli?

Birincisi, ölçüm ve geri besleme günümüzde hata düzeltmenin (error correction) temel taşı. Hata düzeltme kodları da bir bakıma kuantum bilgiyi, dışarıdan gelen “kaos” olan gürültüye karşı ölçümle korumaya çalışır. Burada ise aynı araçlar, 100 kübitlik bir sistemin evrimini yönlendirmek için kullanıldı. Yazarlar çalışmayı hata toleranslı bilgisayarlara bir adım olarak konumluyor; bu bir hata toleranslı hesap gösterimi değil.

İkincisi, bu ölçekte kritik üsleri deneysel olarak ölçmek eskiden zordu. Klasik bilgisayarlar bu devreleri ancak yaklaşık 40 kübit mertebesinde kesin biçimde benzetebiliyor; dolayısıyla kuantum donanım, kendi kendini doğrulayan bir “laboratuvar” hâline geliyor. Daha önceki benzer deneyler çoğunlukla onlarca kübit düzeyinde kalmıştı.

Henüz bilinmeyenler

Cihaz hataları sınırlayıcı: iki kübitli kapılarda ortalama hata yaklaşık yüzde 1,8, okuma hatası yaklaşık yüzde 1,3. Bu çalışmada hata azaltma yöntemi uygulanmadı ve özellikle kontrollü fazda okuma hatası, ideal sonucu bulanıklaştırıyor. Ayrıca bu sonuçların yalnızca tek boyutlu zincire ve özel bir modele ait olduğunu unutmamak gerekir; gerçek, daha karmaşık kuantum sistemlerinde benzer kontrolün ne kadar işe yarayacağı açık bir soru.

Kaynak: B. Pokharel ve ark., “Order from chaos with adaptive circuits on quantum hardware”, Nature Physics (2026), DOI: 10.1038/s41567-026-03470-6; ön baskı: arXiv:2509.18259; IBM Research yayın sayfası: APS Global Physics Summit 2026 sunumu.