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।
What this means for the computers is that quantum computers using qubits can store a huge amount of information using lesser energy than a classical computer and thus operations or calculations can be relatively done much faster on a quantum computer. So, a classical computer can take a 0 or 1, two bits in this computer can be in four possible states (00, 01, 10 or 11), but only one state is represented at any given time. A quantum computer, on the other hand works with particles that can be in superposition, allowing two qubits to represent the exact same four states at the same time because of the property of superposition freeing up the computers from ‘binary constraint’. This can be equivalent to four computers running simultaneously and if we add these qubits, the power of the quantum computer grows exponentially. Quantum computers also take advantage of another property of quantum physics called ‘quantum entanglement’, defined by Albert Einstein, entanglement is a property which allows quantum particles to connect and communicate regardless of their location in the ब्रम्हांड so that changing the state of one may instantaneously affect the other. The dual capabilities of ‘superposition’ and ‘entanglement’ are quite powerful in principle. Therefore, what a quantum computer can achieve is unimaginable when compared to classical computers. This all sounds very exciting and straightforward, however, there is problem in this scenario. A quantum computer, if takes qubits (superposed bits) as its input, its output will also be similarly in a quantum state i.e. an output having superposed bits which can also keep changing depending on what state it is in. This kind of output doesn’t really allow us to receive all the information and therefore the biggest challenge in the art of quantum computing is to find ways of gaining as much information from this quantum output.
क्वांटम कंप्यूटर यहाँ होगा!
Quantum computers can be defined as powerful machines, based on the principals of quantum mechanics that take a completely new approach to processing information. They seek to explore complex laws of nature that have always existed but have usually remained hidden. If such natural phenomena can be explored, quantum computing can run new types of algorithms to process information and this could lead to innovative breakthroughs in materials science, drug discovery, robotics and artificial intelligence. The idea of a quantum computer was proposed by American theoretical physicist Richard Feynman way back in 1982. And today, technology companies (such as IBM, Microsoft, Google, Intel) and academic institutions (like MIT, and Princeton University) are working on quantum computer prototypes to create a mainstream quantum computer. International Business Machines Corp. (IBM) has said recently that its scientists have built a powerful quantum computing platform and it can be made available for access but remark that it’s not enough for performing most of the tasks. They say that a 50-qubit prototype which is currently being developed can solve many problems which classical computers do today and in the future 50-100 qubit computers would largely fill the gap i.e. a quantum computer with just a few hundred qubits would be able to perform more calculations simultaneously than there are atoms in the known ब्रम्हांड. Realistically speaking, the path to where a quantum computer can actually outperform a classical computer on difficult tasks is laden with difficulties and challenges. Recently Intel has declared that the company’s new 49-qubit quantum computer represented a step towards this “quantum supremacy”, in a major advancement for the company who had demonstrated a 17-bit qubit system only just 2 months ago. Their priority is to keep expanding the project, based upon the understanding that expanding number of qubits is the key to creating quantum computers that can deliver real-world results.
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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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
