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क्वांटम कंप्यूटर के करीब एक कदम

इंजीनियरिंग प्रौद्योगिकीक्वांटम कंप्यूटर के करीब एक कदम

क्वांटम कंप्यूटिंग में सफलताओं की श्रृंखला

एक साधारण कंप्यूटर, जिसे अब शास्त्रीय या पारंपरिक कंप्यूटर के रूप में जाना जाता है, 0s ​​और 1s (शून्य और एक) की मूल अवधारणा पर काम करता है। जब हम पूछते हैं कंप्यूटर हमारे लिए एक कार्य करने के लिए, उदाहरण के लिए एक गणितीय गणना या नियुक्ति की बुकिंग या दिन-प्रतिदिन के जीवन से संबंधित कुछ भी, दिए गए समय पर यह कार्य 0s और 1s की एक स्ट्रिंग में परिवर्तित (या अनुवादित) होता है (जिसे तब कहा जाता है इनपुट), इस इनपुट को एक एल्गोरिथम द्वारा संसाधित किया जाता है (कंप्यूटर पर किसी कार्य को पूरा करने के लिए नियमों के एक सेट के रूप में परिभाषित)। इस प्रसंस्करण के बाद, 0s और 1s की एक नई स्ट्रिंग लौटा दी जाती है (जिसे आउटपुट कहा जाता है), और यह अपेक्षित परिणाम के लिए एन्कोड करता है और उपयोगकर्ता द्वारा कंप्यूटर को क्या करना चाहता है, इसके "उत्तर" के रूप में सरल उपयोगकर्ता-अनुकूल जानकारी में वापस अनुवादित किया जाता है। . यह आकर्षक है कि एल्गोरिथ्म कितना भी स्मार्ट या चतुर क्यों न हो और कार्य की कठिनाई का स्तर जो भी हो, एक कंप्यूटर एल्गोरिथ्म केवल एक ही काम करता है - बिट्स की स्ट्रिंग में हेरफेर - जहां प्रत्येक बिट या तो 0 या 1 है। हेरफेर कंप्यूटर पर होता है (सॉफ्टवेयर के अंत में) और मशीन स्तर पर इसे इलेक्ट्रिकल सर्किट (कंप्यूटर मदरबोर्ड पर) द्वारा दर्शाया जाता है। हार्डवेयर शब्दावली में जब इन विद्युत परिपथों से करंट गुजरता है, तो इसे बंद कर दिया जाता है और करंट न होने पर खुला रहता है।

शास्त्रीय बनाम क्वांटम कंप्यूटर

इसलिए, शास्त्रीय कंप्यूटरों में, बिट एक सूचना का एक टुकड़ा है जो दो संभावित अवस्थाओं में मौजूद हो सकता है - 0 या 1. हालांकि, अगर हम बात करें मात्रा कंप्यूटर, वे आमतौर पर क्वांटम बिट्स (जिसे 'क्विबिट' भी कहा जाता है) का उपयोग करते हैं। ये दो राज्यों के साथ क्वांटम सिस्टम हैं, हालांकि, सामान्य बिट (0 या 1 के रूप में संग्रहीत) के विपरीत, क्वैबिट बहुत अधिक जानकारी संग्रहीत कर सकते हैं और इन मूल्यों के किसी भी अनुमान में मौजूद हो सकते हैं। बेहतर तरीके से समझाने के लिए, एक qubit को एक काल्पनिक क्षेत्र माना जा सकता है, जहाँ qubit गोले पर कोई भी बिंदु हो सकता है। यह कहा जा सकता है कि क्वांटम कंप्यूटिंग उप-परमाणु कणों की किसी भी समय एक से अधिक अवस्थाओं में मौजूद रहने की क्षमता का लाभ उठाती है और फिर भी परस्पर अनन्य होती है। दूसरी ओर, एक शास्त्रीय बिट केवल दो अवस्थाओं में हो सकता है - उदाहरण के लिए गोले के दो ध्रुवों के अंत में। सामान्य जीवन में हम इस 'सुपरपोजिशन' को नहीं देख पाते हैं क्योंकि एक बार एक सिस्टम को उसकी संपूर्णता में देखने के बाद, ये सुपरपोजिशन गायब हो जाते हैं और यही कारण है कि ऐसे सुपरपोजिशन की समझ अस्पष्ट है।

कंप्यूटरों के लिए इसका मतलब यह है कि क्वैबिट का उपयोग करने वाले क्वांटम कंप्यूटर शास्त्रीय कंप्यूटर की तुलना में कम ऊर्जा का उपयोग करके बड़ी मात्रा में जानकारी संग्रहीत कर सकते हैं और इस प्रकार क्वांटम कंप्यूटर पर संचालन या गणना अपेक्षाकृत तेजी से की जा सकती है। तो, एक शास्त्रीय कंप्यूटर 0 या 1 ले सकता है, इस कंप्यूटर में दो बिट्स चार संभावित अवस्थाओं (00, 01, 10 या 11) में हो सकते हैं, लेकिन किसी भी समय केवल एक राज्य का प्रतिनिधित्व किया जाता है। दूसरी ओर, एक क्वांटम कंप्यूटर उन कणों के साथ काम करता है जो सुपरपोज़िशन में हो सकते हैं, दो qubits को एक ही समय में ठीक उसी चार राज्यों का प्रतिनिधित्व करने की अनुमति देता है क्योंकि सुपरपोज़िशन की संपत्ति कंप्यूटर को 'बाइनरी बाधा' से मुक्त करती है। यह एक साथ चलने वाले चार कंप्यूटरों के बराबर हो सकता है और अगर हम इन qubits को जोड़ दें, तो क्वांटम कंप्यूटर की शक्ति तेजी से बढ़ती है। क्वांटम कंप्यूटर क्वांटम भौतिकी की एक अन्य संपत्ति का भी लाभ उठाते हैं जिसे 'क्वांटम उलझाव' कहा जाता है, जिसे अल्बर्ट आइंस्टीन द्वारा परिभाषित किया गया है, उलझाव एक ऐसी संपत्ति है जो क्वांटम कणों को ब्रह्मांड में उनके स्थान की परवाह किए बिना कनेक्ट और संचार करने की अनुमति देती है ताकि किसी की स्थिति को तुरंत बदल सके। दूसरे को प्रभावित करते हैं। 'सुपरपोजिशन' और 'उलझन' की दोहरी क्षमताएं सिद्धांत रूप में काफी शक्तिशाली हैं। इसलिए, शास्त्रीय कंप्यूटरों की तुलना में क्वांटम कंप्यूटर क्या हासिल कर सकता है, यह अकल्पनीय है। यह सब बहुत ही रोमांचक और सीधा लगता है, हालांकि, इस परिदृश्य में समस्या है। एक क्वांटम कंप्यूटर, यदि अपने इनपुट के रूप में qubits (सुपरपोज़्ड बिट्स) लेता है, तो इसका आउटपुट भी क्वांटम अवस्था में समान रूप से होगा अर्थात एक आउटपुट जिसमें सुपरपोज़्ड बिट्स होते हैं जो कि यह किस स्थिति में है, इसके आधार पर बदलते रह सकते हैं। इस तरह का आउटपुट ' वास्तव में हमें सभी जानकारी प्राप्त करने की अनुमति नहीं देता है और इसलिए क्वांटम कंप्यूटिंग की कला में सबसे बड़ी चुनौती इस क्वांटम आउटपुट से अधिक से अधिक जानकारी प्राप्त करने के तरीके खोजना है।

क्वांटम कंप्यूटर यहाँ होगा!

क्वांटम कंप्यूटर को क्वांटम यांत्रिकी के सिद्धांतों के आधार पर शक्तिशाली मशीनों के रूप में परिभाषित किया जा सकता है जो सूचना प्रसंस्करण के लिए पूरी तरह से नया दृष्टिकोण लेते हैं। वे प्रकृति के जटिल नियमों का पता लगाने की कोशिश करते हैं जो हमेशा मौजूद रहे हैं लेकिन आमतौर पर छिपे हुए हैं। यदि ऐसी प्राकृतिक घटनाओं का पता लगाया जा सकता है, तो क्वांटम कंप्यूटिंग सूचनाओं को संसाधित करने के लिए नए प्रकार के एल्गोरिदम चला सकती है और इससे सामग्री विज्ञान, दवा की खोज, रोबोटिक्स और कृत्रिम बुद्धिमत्ता में नवीन सफलताएँ मिल सकती हैं। क्वांटम कंप्यूटर का विचार अमेरिकी सैद्धांतिक भौतिक विज्ञानी रिचर्ड फेनमैन द्वारा 1982 में प्रस्तावित किया गया था। और आज, प्रौद्योगिकी कंपनियां (जैसे आईबीएम, माइक्रोसॉफ्ट, गूगल, इंटेल) और शैक्षणिक संस्थान (जैसे एमआईटी, और प्रिंसटन विश्वविद्यालय) क्वांटम पर काम कर रहे हैं। मुख्यधारा के क्वांटम कंप्यूटर बनाने के लिए कंप्यूटर प्रोटोटाइप। इंटरनेशनल बिजनेस मशीन्स कार्पोरेशन (आईबीएम) ने हाल ही में कहा है कि उसके वैज्ञानिकों ने एक शक्तिशाली क्वांटम कंप्यूटिंग प्लेटफॉर्म बनाया है और इसे एक्सेस के लिए उपलब्ध कराया जा सकता है लेकिन टिप्पणी करें कि यह अधिकांश कार्यों को करने के लिए पर्याप्त नहीं है। वे कहते हैं कि एक 50-क्विबिट प्रोटोटाइप जो वर्तमान में विकसित किया जा रहा है, कई समस्याओं को हल कर सकता है जो आज शास्त्रीय कंप्यूटर करते हैं और भविष्य में 50-100 क्वबिट कंप्यूटर बड़े पैमाने पर अंतर को भर देंगे यानी केवल कुछ सौ क्विट वाला क्वांटम कंप्यूटर सक्षम होगा ज्ञात ब्रह्मांड में जितने परमाणु हैं, उससे कहीं अधिक गणना एक साथ करते हैं। वास्तव में, कठिन कार्यों पर एक क्वांटम कंप्यूटर वास्तव में एक शास्त्रीय कंप्यूटर से बेहतर प्रदर्शन कर सकता है, जहां पथ कठिनाइयों और चुनौतियों से भरा है। हाल ही में इंटेल ने घोषणा की है कि कंपनी का नया 49-क्विबिट क्वांटम कंप्यूटर इस "क्वांटम वर्चस्व" की दिशा में एक कदम का प्रतिनिधित्व करता है, कंपनी के लिए एक बड़ी प्रगति में जिसने केवल 17 महीने पहले 2-बिट क्वबिट सिस्टम का प्रदर्शन किया था। उनकी प्राथमिकता परियोजना का विस्तार करना है, इस समझ के आधार पर कि क्वांटम कंप्यूटर बनाने की कुंजी है जो वास्तविक दुनिया के परिणाम प्रदान कर सकते हैं।

क्वांटम कंप्यूटर के निर्माण के लिए सामग्री महत्वपूर्ण है

सामग्री सिलिकॉन दशकों से कंप्यूटिंग का एक अभिन्न अंग रहा है क्योंकि इसकी क्षमताओं का प्रमुख सेट इसे सामान्य (या शास्त्रीय) कंप्यूटिंग के लिए उपयुक्त बनाता है। हालाँकि, जहाँ तक क्वांटम कंप्यूटिंग का संबंध है, सिलिकॉन-आधारित समाधानों को मुख्य रूप से दो कारणों से नहीं अपनाया गया है, पहला यह कि सिलिकॉन पर निर्मित qubits को नियंत्रित करना मुश्किल है, और दूसरी बात, यह अभी भी स्पष्ट नहीं है कि क्या सिलिकॉन qubits स्केल कर सकते हैं और साथ ही अन्य समाधान। एक प्रमुख प्रगति में इंटेल ने हाल ही में विकसित किया है1 एक नए प्रकार का क्वबिट जिसे 'स्पिन क्वबिट' के रूप में जाना जाता है, जो पारंपरिक सिलिकॉन पर निर्मित होता है। स्पिन क्वैबिट्स सेमीकंडक्टर इलेक्ट्रॉनिक्स से मिलते-जुलते हैं और वे सिलिकॉन डिवाइस पर एकल इलेक्ट्रॉन के स्पिन का लाभ उठाकर और छोटे, माइक्रोवेव दालों के साथ आंदोलन को नियंत्रित करके अपनी क्वांटम शक्ति प्रदान करते हैं। इंटेल को इस दिशा में आगे बढ़ने के दो प्रमुख लाभ हैं, पहला इंटेल एक कंपनी के रूप में पहले से ही सिलिकॉन उद्योग में भारी निवेश किया गया है और इस प्रकार सिलिकॉन में सही विशेषज्ञता है। दूसरे, सिलिकॉन क्वाइब अधिक फायदेमंद होते हैं क्योंकि वे पारंपरिक क्वैबिट से छोटे होते हैं, और उनसे लंबे समय तक सुसंगत रहने की उम्मीद की जाती है। यह सबसे महत्वपूर्ण है जब क्वांटम कंप्यूटिंग सिस्टम को बढ़ाने की आवश्यकता होती है (उदाहरण के लिए 100-qubit से 200-qubit तक जाना)। इंटेल इस प्रोटोटाइप का परीक्षण कर रहा है और कंपनी को उम्मीद है कि वह हजारों छोटे qubit सरणियों वाले चिप्स का उत्पादन करेगा और इस तरह का उत्पादन जब थोक में किया जाता है तो क्वांटम कंप्यूटर को बढ़ाने के लिए बहुत अच्छा हो सकता है और यह एक वास्तविक गेमचेंजर हो सकता है।

हाल ही में प्रकाशित एक शोध में विज्ञान, फोटोनिक क्रिस्टल के लिए एक नया डिज़ाइन किया गया पैटर्न (यानी एक फोटोनिक चिप पर लागू एक क्रिस्टल डिज़ाइन) को मैरीलैंड विश्वविद्यालय, यूएसए में एक टीम द्वारा विकसित किया गया है, जो उनका दावा है कि क्वांटम कंप्यूटरों को अधिक सुलभ बना देगा2. ये फोटॉन ज्ञात प्रकाश की सबसे छोटी मात्रा हैं और ये क्रिस्टल छिद्रों से घिरे हुए थे जिससे प्रकाश परस्पर क्रिया करता है। अलग-अलग होल पैटर्न क्रिस्टल के माध्यम से प्रकाश के झुकने और उछालने के तरीके को बदलते हैं और यहां हजारों त्रिकोणीय छेद बनाए गए थे। क्वांटम कंप्यूटर बनाने की प्रक्रिया के लिए सिंगल फोटॉन का ऐसा उपयोग महत्वपूर्ण है क्योंकि कंप्यूटर में बड़ी संख्या और रासायनिक प्रतिक्रियाओं की गणना करने की क्षमता होगी जो वर्तमान कंप्यूटर करने में सक्षम नहीं हैं। चिप का डिज़ाइन बिना किसी नुकसान के क्वांटम कंप्यूटरों के बीच फोटॉन के हस्तांतरण को संभव बनाता है। इस नुकसान को क्वांटम कंप्यूटरों के लिए एक बड़ी चुनौती के रूप में भी देखा गया है और इस प्रकार यह चिप इस मुद्दे का ख्याल रखता है और कुशल मार्ग की अनुमति देता है मात्रा एक प्रणाली से दूसरी प्रणाली में सूचना।

भविष्य बनाओ

क्वांटम कंप्यूटर किसी भी पारंपरिक सुपर कंप्यूटर से कहीं अधिक गणना चलाने का वादा करते हैं। उनके पास परमाणु स्तर तक पदार्थ के व्यवहार को अनुकरण करना संभव बनाकर नई सामग्री की खोज में क्रांतिकारी बदलाव करने की क्षमता है। यह डेटा को तेजी से और अधिक कुशलता से संसाधित करके कृत्रिम बुद्धिमत्ता और रोबोटिक्स के लिए भी आशा का निर्माण करता है। आने वाले वर्षों में किसी भी प्रमुख संगठन द्वारा व्यावसायिक रूप से व्यवहार्य क्वांटम कंप्यूटिंग सिस्टम वितरित किया जा सकता है क्योंकि यह शोध अभी भी खुला है और सभी के लिए एक उचित खेल है। आने वाले पांच से सात वर्षों में प्रमुख घोषणाओं की उम्मीद है और आदर्श रूप से प्रगति की श्रृंखला के साथ बोलते हुए, इंजीनियरिंग समस्याओं को संबोधित किया जाना चाहिए और 1 मिलियन या उससे अधिक क्वांटम कंप्यूटर एक वास्तविकता होनी चाहिए।

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{आप उद्धृत स्रोतों की सूची में नीचे दिए गए डीओआई लिंक पर क्लिक करके मूल शोध पत्र पढ़ सकते हैं}

स्रोत (रों)

1. Castlvecchi D. 2018. क्वांटम-कंप्यूटिंग की दौड़ में सिलिकॉन की जमीन बढ़ती है। प्रकृति। 553 (7687)। https://doi.org/10.1038/d41586-018-00213-3

2. सब्यसाची बी. एट अल। 2018. एक टोपोलॉजिकल क्वांटम ऑप्टिक्स इंटरफ़ेस। विज्ञान। 359(6376)। https://doi.org/10.1126/science.aaq0327

एससीआईईयू टीम
एससीआईईयू टीमhttps://www.ScientificEuropean.co.uk
वैज्ञानिक यूरोपीय® | SCIEU.com | विज्ञान में महत्वपूर्ण प्रगति। मानव जाति पर प्रभाव। प्रेरक मन।

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