भौतिक विज्ञानी अधिक कुशल क्वांटम गणना के लिए एल्गोरिदम विकसित करते हैं

क्वांटम कंप्यूटिंग समाज के लिए उपलब्ध सबसे शक्तिशाली उपकरणों में से एक है, जिसमें बहुत जटिल समस्याओं को हल करने की क्षमता है जिन्हें क्लासिकल कंप्यूटर संभाल नहीं सकते हैं। हालांकि, सबसे शक्तिशाली क्वांटम कंप्यूटर प्राप्त करने के लिए, कुशलता में वृद्धि की आवश्यकता है।

ससेक्स विश्वविद्यालय में क्वांटम भौतिक विज्ञानी इस कुशलता समस्या को संबोधित कर रहे हैं। उन्होंने एक नया एल्गोरिदम बनाया है जो वर्तमान में विकसित किए जा रहे क्वांटम कंप्यूटरों में गणना दर की गति बढ़ा सकता है। एल्गोरिदम क्वांटम कंप्यूटर के चारों ओर आयनों को मार्गदर्शन करने का एक नया तरीका प्रदान करता है, जो गणनाओं की कुशलता बढ़ाता है।

‘मार्गदर्शन एल्गोरिदम’ शोध पत्र में विस्तृत किया गया था, जिसका शीर्षक “एक वैश्विक रूप से जुड़े ट्रैप्ड आयन क्वांटम कंप्यूटर के लिए कुशल क्यूबिट मार्गदर्शन,” जो एडवांस्ड क्वांटम टेक्नोलॉजीज पत्रिका में प्रकाशित हुआ था।

टीम का नेतृत्व प्रोफेसर विनफ्रेड हेंसिंगर ने किया था और इसमें मार्क वेबर, डॉ. स्टीवन हार्बर्ट और डॉ. सेबेस्टियन वाइडट शामिल थे।

हेंसिंगर और वेबर ने हाल ही में अपनी खुद की कंपनी यूनिवर्सल क्वांटम लॉन्च की है। इसका उद्देश्य पहला बड़े पैमाने पर क्वांटम कंप्यूटर बनाना है, और विभिन्न उच्च-स्तरीय प्रौद्योगिकी निवेशकों ने रुचि व्यक्त की है।

मार्गदर्शन एल्गोरिदम

मार्गदर्शन एल्गोरिदम क्वांटम कंप्यूटर में यातायात को विनियमित करके काम करता है, जिससे क्यूबिट्स को शारीरिक रूप से लंबी दूरी तय करने की अनुमति मिलती है। इससे क्यूबिट्स अन्य क्यूबिट्स के साथ बातचीत कर सकते हैं और डेटा क्वांटम कंप्यूटर के भीतर कुशलता से चलता है बिना किसी जाम के।

क्वांटम कंप्यूटरों के मूलभूत पहलुओं में से एक क्वांटम बिट्स या क्यूबिट्स हैं, जो जानकारी संसाधित करने के लिए उपयोग किए जाते हैं। टीम ने पहले एक ‘ट्रैप्ड आयन’ क्वांटम कंप्यूटर का विश्लेषण किया, जिसमें सिलिकॉन माइक्रोचिप्स के साथ चार्ज्ड परमाणु शामिल थे। ये चार्ज्ड परमाणु, या आयन, माइक्रोचिप की सतह से ऊपर तैरते हैं और वे डेटा संग्रहीत करने के लिए उपयोग किए जाते हैं। प्रत्येक आयन एक क्यूबिट जानकारी को पकड़ सकता है।

इस प्रकार के क्वांटम कंप्यूटर पर गणना करने के लिए, आयनों को हिलाने की आवश्यकता है। क्वांटम कंप्यूटर की शक्ति इस बात पर निर्भर करती है कि यह कितनी तेजी से और कुशलता से हो सकता है।

सुपरकंडक्टिंग बनाम ट्रैप्ड आयन

क्वांटम कंप्यूटिंग के क्षेत्र में उपयोग किए जाने वाले दो मुख्य उपकरण हैं: सुपरकंडक्टिंग उपकरण और ट्रैप्ड आयन उपकरण।

सुपरकंडक्टिंग उपकरण आईबीएम और गूगल जैसी बड़ी कंपनियों द्वारा उपयोग किए जाते हैं, जबकि ट्रैप्ड आयन उपकरण ससेक्स विश्वविद्यालय की टीम और अन्य कंपनियों द्वारा उपयोग किए जाते हैं।

सुपरकंडक्टिंग क्वांटम कंप्यूटर स्थिर क्यूबिट्स पर निर्भर करते हैं, और अधिकांश समय वे केवल उन क्यूबिट्स के साथ बातचीत कर सकते हैं जो सीधे उनके बगल में हैं। गैर-आसपास के क्यूबिट्स के बीच गणना के लिए, एक क्यूबिट श्रृंखला के माध्यम से संचार की आवश्यकता होती है।

जैसे ही जानकारी एक क्यूबिट से दूसरे क्यूबिट तक चलती है, यह अधिक भ्रष्ट हो जाती है क्योंकि श्रृंखला लंबी होती है। इसके कारण, सुपरकंडक्टिंग क्वांटम कंप्यूटरों को टीम द्वारा सीमित गणना शक्ति वाला माना जाता है।

इन सीमाओं के कारण, टीम ने ट्रैप्ड आयन आर्किटेक्चर के लिए एक नया मार्गदर्शन एल्गोरिदम विकसित करने का विकल्प चुना। निकट-क्वांटम कंप्यूटरों की गणना शक्ति को मापने के लिए वर्तमान विधि ‘क्वांटम वॉल्यूम’ है, जिसका उपयोग टीम ने अपने मॉडल की तुलना सुपरकंडक्टिंग मॉडल से करने के लिए किया।

टीम ने पाया कि उनका ट्रैप्ड-आयन मॉडल सुपरकंडक्टिंग क्यूबिट की तुलना में अधिक संगत और बेहतर प्रदर्शन करता है, और यह उनके एल्गोरिदम के कारण था जो क्यूबिट्स को सीधे अधिक क्यूबिट्स के साथ बातचीत करने की अनुमति देता है। इस विधि से उच्च अपेक्षित गणना शक्ति प्राप्त होती है।

“अब हम उन क्वांटम कंप्यूटरों की गणना शक्ति का अनुमान लगा सकते हैं जिन्हें हम बना रहे हैं। हमारे अध्ययन से पता चलता है कि ट्रैप्ड आयन उपकरणों के लिए एक मूलभूत लाभ है, और नया मार्गदर्शन एल्गोरिदम हमें शुरुआती क्वांटम कंप्यूटरों का प्रदर्शन अधिकतम करने की अनुमति देगा,” वेबर ने कहा।

हेंसिंगर के अनुसार, “वास्तव में, यह काम व्यावहारिक क्वांटम कंप्यूटरों का निर्माण करने की दिशा में एक और कदम है जो वास्तविक दुनिया की समस्याओं का समाधान कर सकते हैं।”