क्वांटम छलांग: आईबीएम वैज्ञानिकों ने व्यावहारिक, स्केलेबल क्वांटम कंप्यूटर के लिए नींव रखी

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क्वांटम छलांग: आईबीएम वैज्ञानिकों ने व्यावहारिक, स्केलेबल क्वांटम कंप्यूटर के लिए नींव रखी

क्वांटम कम्प्यूटिंग

डारियो बोर्गिनो

30 अप्रैल, 2015

2 तस्वीरें

आईबीएम (फोटो: आईबीएम) में शोधकर्ताओं की दो महत्वपूर्ण प्रगति के लिए पहला कामकाजी क्वांटम कंप्यूटर अब वास्तविकता के करीब हो सकता है।

आईबीएम वैज्ञानिकों ने एक व्यावहारिक क्वांटम कंप्यूटर के निर्माण की दिशा में दो महत्वपूर्ण प्रगति का अनावरण किया है: क्वांटम त्रुटियों का पता लगाने और सही करने का एक प्रभावी तरीका, और एक सिलिकॉन चिप का डिज़ाइन जो बड़ी संख्या में उलझन वाले क्वांटम बिट्स को मापने के लिए बढ़ा सकता है।

क्वांटम कंप्यूटिंग की शक्ति

शास्त्रीय कंप्यूटरों में ट्रांजिस्टर केवल अब तक ही कम हो सकते हैं। ट्रांजिस्टर की वर्तमान पीढ़ी आकार में 14 नैनोमीटर है, जिसका अर्थ है कि केवल तीस सिलिकॉन परमाणु ट्रांजिस्टर "स्रोत " और "नाली, " इलेक्ट्रॉनिक स्विच के दो सिरों के बीच फिट होते हैं। एक बार यह संख्या केवल चार या पांच सिलिकॉन परमाणुओं तक कम हो जाती है, तो क्वांटम मैकेनिक प्रभावों से उत्पन्न अनिश्चितता इस तरह के स्विच को ठीक से काम करने के लिए असंभव कर देगी। इलेक्ट्रान स्वचालित रूप से और अनियमित तरीके से दूसरे के एक छोर से यादृच्छिक रूप से कूदेंगे, स्विच बंद होने पर भी एक वर्तमान बनाते हैं।

क्वांटम कंप्यूटर्स के पीछे विचार - 1 9 81 में रिचर्ड फेनमैन द्वारा पहली बार उन्नत - एक बाधा के रूप में उन्हें देखने के बजाय क्वांटम प्रभाव का उपयोग करना है। यह एक और अधिक उन्नत ट्रांजिस्टर के निर्माण से नहीं किया जाता है, बल्कि क्वांटम जानकारी की अधिक क्षमता का उपयोग करके किया जाता है।

क्वांटम बिट, या क्विबिट कंप्यूटिंग की अजीब और अद्भुत दुनिया में, एक ही समय में दो मान (0 और 1) मान सकते हैं। जब दो या दो से अधिक qubits एक विशेष "उलझन " स्थिति में जुड़े होते हैं, तो यह संपत्ति फैली हुई है और qubits की शक्ति तेजी से बढ़ती है। दस पूरी तरह से उलझन में qubits 1, 024 शास्त्रीय बिट्स के रूप में ज्यादा जानकारी स्टोर करने में सक्षम हो जाएगा; 33 qubits एक गीगाबाइट स्टोर कर सकता है; और ब्रह्मांड में परमाणुओं के रूप में 300 पूरी तरह से उलझन में कई शास्त्रीय बिट्स स्टोर करेंगे।

महत्वपूर्ण रूप से, हालांकि, हालांकि, qubits की जानकारी तेजी से बढ़ती है, हम अभी भी कई संचालनों का उपयोग करके इसे कुशल बनाने में सक्षम हैं जो qubits की संख्या का बहुपद कार्य है। दूसरे शब्दों में - घातीय गतिशील, बहुत ही शाब्दिक अर्थ में।

क्वांटम कंप्यूटर किसी भी एल्गोरिदम के लिए सार्वभौमिक रूप से तेज़ नहीं होगा, लेकिन यह डेटा को क्रिप्टोग्राफी करने, बेहतर दवाओं को डिजाइन करने, प्रारंभिक ब्रह्मांड को अनुकरण करने और अधिक सटीक मौसम पूर्वानुमान प्रदान करने के लिए प्रोटीन फोल्डिंग का विश्लेषण करने, बड़े डेटा को खोजने और छेड़छाड़ करने के लिए घातीय गतिशीलता दिखाएगा।, कई अन्य चीजों के बीच।

Qubits परिष्कृत हैं

एक व्यावहारिक क्वांटम कंप्यूटर बनाने में हमारी सफलता मोटे तौर पर बहुत ही नाजुक उलझन में सभी qubits रखने और प्रभावी ढंग से और भरोसेमंद गलतियों को सही करने की हमारी क्षमता पर निर्भर करेगा।

इंटरनेट से डाउनलोड किया गया डेटा या हमारे हार्ड ड्राइव में संग्रहीत डेटा एल्गोरिदम के माध्यम से जाता है जो तथाकथित "बिट फ्लिप, " का पता लगाता है और सही करता है, जो तब होता है जब थोड़ा गलती से 1 से 0 या इसके विपरीत में अपना मान बदलता है।

शास्त्रीय गणनाओं में त्रुटियां बहुत ही कम होती हैं, लेकिन वे क्वांटम कंप्यूटर के लिए मुख्य समस्या हैं। उलझन में बहुत अधिक नाजुक होते हैं, और तापमान और विद्युत चुम्बकीय विकिरण में छोटे बदलावों से गंभीर रूप से प्रभावित हो सकते हैं। क्वांटम बिट्स भी बिट फ्लिप के अधीन होते हैं, लेकिन वे संभावित त्रुटियों के इस दूसरे आयाम में जोड़ते हैं, जिसे "चरण फ्लिप, " कहा जाता है जो राज्यों को उलझाने के तरीके को प्रभावित करता है। चीजों को और भी बदतर बनाने के लिए, इसे सुधारने के लिए एक कक्षा को पढ़ने का कार्य इसके क्वांटम राज्य को 0 या 1 में गिर जाता है।

अब तक, शोधकर्ताओं ने केवल थोड़ी फ्लिप या चरण फ्लिप को संबोधित करने में सक्षम किया है, लेकिन दोनों एक ही समय में कभी नहीं।

गलतियों को सुधारना

क्वांटम कंप्यूटिंग की दुनिया के लिए एक बहुत ही महत्वपूर्ण प्रगति हो सकती है, आईबीएम शोधकर्ताओं को अब एक ही समय में दोनों प्रकार की क्वांटम त्रुटियों का पता लगाने का एक तरीका मिला है, और उन्होंने अपने द्वारा बनाए गए वास्तविक चार-क्विबिट चिप पर अपना अग्रिम प्रदर्शित किया है।

सर्किट एक चिप पर चार सुपरकंडक्टिंग क्विट्स के स्क्वायर जाली पर आधारित होता है जो लगभग एक इंच (6 मिमी) आकार में होता है। Qubits दो डेटा qubits में विभाजित हैं, जो वास्तविक जानकारी, और दो तथाकथित "सिंड्रोम qubits, " जो स्वतंत्र हैं (उलझन में नहीं) और दो डेटा qubits पर त्रुटि जांच प्रदर्शन करते हैं।

मैट्रिक्स में qubits को स्थापित करने के लिए एक बहुत अच्छा कारण है। Qubits को नष्ट किए बिना पढ़ा जा सकता है, शोधकर्ताओं ने तकनीक को ठीक करने में त्रुटि को अपनाया है जो कई qubits में क्वांटम जानकारी फैलता है, लेकिन - महत्वपूर्ण रूप से - केवल अपने निकटतम पड़ोसी के लिए।

पिछली त्रुटि सुधार तकनीकों ने एक सरणी में qubits रखी, और इसलिए केवल बिट फ्लिप या चरण फ्लिप के लिए सही हो सकता है, लेकिन दोनों नहीं। मैट्रिक्स लेआउट qubits को अधिक पड़ोसियों के लिए अनुमति देता है, जिसका अर्थ है कि दोनों प्रकार के त्रुटि सुधार एक साथ हो सकते हैं।

आगे क्या होगा?

स्क्वायर चिप को मानक सिलिकॉन फैब्रिकेशन तकनीकों का उपयोग करके डिज़ाइन और निर्मित किया गया था, और शोधकर्ताओं का कहना है कि वे उम्मीद करते हैं कि वे चिप के स्केल किए गए संस्करण पर भी प्रभावी त्रुटि सुधार दिखा पाएंगे जो अधिक qubits को संभालता है।

यदि यह सत्य है, तो व्यावहारिक क्वांटम कंप्यूटर के लिए मुख्य शेष बाधा विश्वसनीय रूप से सुपरकंडक्टिंग बिट्स का उत्पादन कर सकती है जिनके पास आईबीएम तकनीक प्रभावी होने के लिए पर्याप्त त्रुटि दर है।

वैज्ञानिक पत्रिका नेचर कम्युनिकेशंस के आज के मुद्दे में अग्रिम का वर्णन किया गया है।

स्रोत: आईबीएम

आईबीएम (फोटो: आईबीएम) में शोधकर्ताओं की दो महत्वपूर्ण प्रगति के लिए पहला कामकाजी क्वांटम कंप्यूटर अब वास्तविकता के करीब हो सकता है।

चिप सिलिकॉन से बना है, मानक उद्योग विधियों और स्केलेबल के साथ निर्मित (फोटो: आईबीएम)