भौतिक विज्ञानी 256 क्यूबिट्स के साथ विशेष क्वांटम कंप्यूटर विकसित करते हैं

क्वांटम कंप्यूटिंग में एक बड़ी प्रगति में, हार्वर्ड-एमआईटी सेंटर फॉर अल्ट्राकोल्ड एटम्स और अन्य विश्वविद्यालयों के भौतिक विज्ञानियों की एक टीम ने एक विशेष प्रकार का क्वांटम कंप्यूटर बनाया है। इस सिस्टम को प्रोग्रामेबल क्वांटम सिम्युलेटर कहा जाता है, और यह 256 क्वांटम बिट्स, या “क्यूबिट्स” के साथ काम कर सकता है। क्यूबिट्स क्वांटम कंप्यूटरों के संचालन के लिए मौलिक हैं, और वे उनकी प्रोसेसिंग शक्ति का स्रोत हैं।

यह नई विकास हमें बड़े पैमाने पर क्वांटम मशीनों को प्राप्त करने के करीब लाता है, जो जटिल क्वांटम प्रक्रियाओं के गहरे अंतर्दृष्टि प्राप्त करने के लिए उपयोग की जा सकती हैं। वे सामग्री विज्ञान, संचार प्रौद्योगिकी, वित्त, और अन्य क्षेत्रों में भी महत्वपूर्ण परिणाम हो सकते हैं जो वर्तमान में अनुसंधान में बाधाओं का सामना कर रहे हैं।

इस शोध को 9 जुलाई को नेचर में प्रकाशित किया गया था।

क्षेत्र को आगे बढ़ाना

मिखाइल लुकिन भौतिकी के जॉर्ज वास्मर लेवरेट प्रोफेसर और हार्वर्ड क्वांटम पहल के सह-निदेशक हैं। वह इस अध्ययन के वरिष्ठ लेखकों में से एक हैं।

“यह क्षेत्र को एक नए क्षेत्र में ले जाता है जहां कोई भी अब तक नहीं गया है,” लुकिन ने कहा। “हम पूरी तरह से नए क्वांटम दुनिया में प्रवेश कर रहे हैं।”

सेपहर एबादी ग्रेजुएट स्कूल ऑफ आर्ट्स एंड साइंसेज में एक भौतिकी छात्र है और इस अध्ययन के प्रमुख लेखक हैं।

एबादी के अनुसार, सिस्टम की सबसे बड़ी विशेषता इसका आकार और प्रोग्रामेबिलिटी है, जो इसे शीर्ष प्रणालियों में से एक बनाता है। यह अत्यधिक छोटे स्तर पर पदार्थ के गुणों का उपयोग कर सकता है, जो इसकी प्रोसेसिंग शक्ति को आगे बढ़ाने में सक्षम बनाता है। क्यूबिट्स में वृद्धि सिस्टम को क्लासिकल बिट्स की तुलना में असीमित रूप से अधिक जानकारी संग्रहीत और प्रोसेस करने में मदद कर सकती है, जो मानक कंप्यूटरों पर निर्भर करती हैं।

“केवल 256 क्यूबिट्स के साथ संभव क्वांटम राज्यों की संख्या सौर मंडल में परमाणुओं की संख्या से अधिक है,” एबादी ने कहा।

सिम्युलेटर ने शोधकर्ताओं को विलक्षण क्वांटम अवस्थाओं का अवलोकन करने और एक क्वांटम चरण संक्रमण अध्ययन करने में सक्षम बनाया है, जो अत्यधिक सटीक था और यह दिखाया कि क्वांटम स्तर पर चुंबकत्व कैसे काम करता है।

शोधकर्ताओं के अनुसार, ये प्रयोग वैज्ञानिकों को नए सामग्रियों को विलक्षण गुणों के साथ डिज़ाइन करने में मदद कर सकते हैं।

नया सिस्टम

यह परियोजना 2017 में शोधकर्ताओं द्वारा विकसित एक प्लेटफ़ॉर्म पर निर्भर करती है, लेकिन इसे इस बार काफी अपग्रेड किया गया है। यह पहले 51 क्यूबिट्स के आकार तक पहुंच सकता था, और यह शोधकर्ताओं को एक आयामी सरणी में व्यक्तिगत रूप से केंद्रित लेजर बीम के माध्यम से अल्ट्रा-कोल्ड रूबिडियम परमाणुओं को पकड़ने और एक विशिष्ट क्रम में व्यवस्थित करने में सक्षम बनाता है।

यह सिस्टम परमाणुओं को दो-आयामी सरणियों में ऑप्टिकल ट्वीज़र्स में इकट्ठा करने की अनुमति देता है, जो लेजर बीम के लिए नाम है। यह प्राप्त करने योग्य सिस्टम के आकार को 51 से 256 क्यूबिट्स तक बढ़ाने में सक्षम बनाता है। शोधकर्ता तब ट्वीज़र्स का उपयोग करके परमाणुओं को दोष-मुक्त पैटर्न और प्रोग्रामेबल आकार में व्यवस्थित कर सकते हैं, जो क्यूबिट्स के बीच विभिन्न परस्पर क्रियाओं को सक्षम बनाता है।

“इस नए प्लेटफ़ॉर्म का कार्यघर एक उपकरण है जिसे स्पेशल लाइट मॉड्यूलेटर कहा जाता है, जो व्यक्तिगत रूप से केंद्रित ऑप्टिकल ट्वीज़र बीम का उत्पादन करने के लिए एक ऑप्टिकल वेवफ्रंट को आकार देने के लिए उपयोग किया जाता है,” एबादी ने कहा। “ये उपकरण मूल रूप से एक कंप्यूटर प्रोजेक्टर के अंदर उपयोग किए जाने वाले समान होते हैं जो स्क्रीन पर छवियों को प्रदर्शित करने के लिए उपयोग किए जाते हैं, लेकिन हमने उन्हें हमारे क्वांटम सिम्युलेटर का एक महत्वपूर्ण घटक बनाने के लिए उन्हें अनुकूलित किया है।”

परमाणु पहले यादृच्छिक रूप से ऑप्टिकल ट्वीज़र्स में लोड किए जाते हैं trước कि शोधकर्ता उन्हें आगे बढ़ाते हैं और उन्हें लक्ष्य ज्यामितियों में व्यवस्थित करते हैं। एक दूसरा सेट चलते हुए ऑप्टिकल ट्वीज़र्स का उपयोग परमाणुओं को उनके वांछित स्थानों पर खींचने के लिए किया जाता है, जो प्रारंभिक यादृच्छिकता को समाप्त करता है। लेजर शोधकर्ताओं को परमाणु क्यूबिट्स की स्थिति और उनके सुसंगत क्वांटम मैनिपुलेशन पर पूर्ण नियंत्रण प्रदान करते हैं।

टाउट वांग हार्वर्ड में भौतिकी में एक शोध सहयोगी है और इस पत्र के लेखकों में से एक है।

“हमारा काम एक वास्तविक रूप से तीव्र, उच्च-दृश्यता वाली वैश्विक दौड़ का हिस्सा है जो बड़े और बेहतर क्वांटम कंप्यूटर बनाने के लिए है,” वांग ने कहा। “सामान्य प्रयास [हमारे अपने अलावा] में शीर्ष अकादमिक अनुसंधान संस्थान शामिल हैं और गूगल, आईबीएम, अमेज़ॅन, और कई अन्य से प्रमुख निजी क्षेत्र के निवेश हैं।”

टीम अब सिस्टम को बेहतर बनाने के लिए क्यूबिट्स पर लेजर नियंत्रण में सुधार करने और सिस्टम को अधिक प्रोग्रामेबल बनाने पर काम कर रही है। शोधकर्ताओं के अनुसार, संभावित अनुप्रयोगों में विलक्षण क्वांटम पदार्थ के रूपों की जांच करना और क्यूबिट्स पर प्राकृतिक रूप से एनकोड की जा सकने वाली वास्तविक दुनिया की समस्याओं का समाधान करना शामिल है।

“यह काम एक विशाल संख्या में नए वैज्ञानिक दिशाओं को सक्षम बनाता है,” एबादी ने कहा। “हम उन चीजों की सीमाओं के करीब नहीं हैं जो इन प्रणालियों के साथ की जा सकती हैं।”