क्वांटम कंप्यूटिंग
भौतिक विज्ञानी 256 क्यूबिट्स के साथ विशेष क्वांटम कंप्यूटर विकसित करते हैं
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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 मूलभूत हैं, और वे उनकी प्रसंस्करण शक्ति का स्रोत हैं।
यह नई विकास हमें बड़े पैमाने पर क्वांटम मशीनों को प्राप्त करने के करीब लाता है, जो जटिल क्वांटम प्रक्रियाओं में गहराई से जानकारी 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 इनिशिएटिव 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 पहले नहीं गया है,” लुकिन ने कहा। “हम पूरी तरह से नए क्वांटम दुनिया में प्रवेश कर रहे हैं।”
सेपहर एबादी स्नातक स्कूल ऑफ आर्ट्स एंड साइंसेज में एक भौतिकी छात्र है और इस अध्ययन के प्रमुख लेखक हैं।
एबादी के अनुसार, सिस्टम की सबसे बड़ी विशेषताएं इसका आकार और प्रोग्रामेबिलिटी है, जो इसे शीर्ष प्रणालियों में से एक बनाती है। यह अत्यधिक छोटे स्तर पर पदार्थ के गुणों का उपयोग करने में सक्षम है, जो प्रसंस्करण शक्ति को आगे बढ़ाने में सक्षम बनाता है। क्यूबिट्स में वृद्धि सिस्टम को अधिक जानकारी संग्रहीत और प्रसंस्करण करने में मदद कर सकती है जो क्लासिक बिट्स की तुलना में अधिक है, जिन पर मानक कंप्यूटर निर्भर करते हैं।
“केवल 256 क्यूबिट्स के साथ संभव क्वांटम राज्यों की संख्या सूर्य मंडल में परमाणुओं की संख्या से अधिक है,” एबादी ने कहा।
सिम्युलेटर ने शोधकर्ताओं को विदेशी क्वांटम अवस्थाओं का अवलोकन करने और एक क्वांटम चरण संक्रमण अध्ययन करने में सक्षम बनाया है, जो बहुत सटीक था और यह दिखाया कि क्वांटम स्तर पर चुंबकत्व कैसे काम करता है।
शोधकर्ताओं के अनुसार, ये प्रयोग वैज्ञानिकों को नए सामग्रियों को डिजाइन करने में मदद कर सकते हैं जिनके विदेशी गुण हैं।
नया सिस्टम
इस परियोजना में 2017 में शोधकर्ताओं द्वारा विकसित एक मंच पर निर्भर करता है, लेकिन इसे इस बार काफी उन्नत किया गया है। यह पहले 51 क्यूबिट्स के आकार तक पहुंच सकता था, और यह शोधकर्ताओं को अल्ट्रा-कोल्ड रूबिडियम परमाणुओं को पकड़ने और एक-आयामी व्यक्तिगत रूप से केंद्रित लेजर बीम की सरणी का उपयोग करके एक विशिष्ट क्रम में व्यवस्थित करने में सक्षम बनाता है।
इस प्रणाली में परमाणुओं को दो-आयामी ऑप्टिकल ट्वीज़र्स की सरणी में इकट्ठा किया जा सकता है, जो लेजर बीम के लिए नाम है। इससे प्राप्त सिस्टम का आकार 51 से 256 क्यूबिट्स तक बढ़ सकता है। शोधकर्ता तब ट्वीज़र्स का उपयोग करके परमाणुओं को दोष-मुक्त पैटर्न में व्यवस्थित कर सकते हैं और प्रोग्रामेबल आकार बना सकते हैं, जो क्यूबिट्स के बीच विभिन्न परस्पर क्रिया को सक्षम बनाता है।
“इस नए प्लेटफ़ॉर्म का कार्यशील घटक एक उपकरण है जिसे स्पेशियल लाइट मॉड्यूलेटर कहा जाता है, जिसका उपयोग व्यक्तिगत रूप से केंद्रित ऑप्टिकल ट्वीज़र बीम का उत्पादन करने के लिए एक ऑप्टिकल वेवफ्रंट को आकार देने के लिए किया जाता है,” एबादी ने कहा। “ये उपकरण मूल रूप से वही हैं जो एक कंप्यूटर प्रोजेक्टर के अंदर उपयोग किए जाते हैं ताकि स्क्रीन पर छवियों को प्रदर्शित किया जा सके, लेकिन हमने उन्हें हमारे क्वांटम सिम्युलेटर के एक महत्वपूर्ण घटक के रूप में अनुकूलित किया है।”
परमाणु पहले यादृच्छिक रूप से ऑप्टिकल ट्वीज़र्स में लोड किए जाते हैं trước कि शोधकर्ता उन्हें लक्ष्य ज्यामिति में व्यवस्थित करने के लिए उन्हें आगे बढ़ाते 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 देते हैं।
टाउट वांग हार्वर्ड में भौतिकी में एक शोध सहयोगी है और इस पत्र के लेखकों में से एक है।
“हमारा काम एक वास्तव में 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 बड़े निजी क्षेत्र के निवेश हैं।”
टीम अब सिस्टम को क्यूबिट्स पर लेजर नियंत्रण में सुधार करके और सिस्टम को अधिक प्रोग्रामेबल बनाकर बेहतर बनाने के लिए काम कर रही है। शोधकर्ताओं के अनुसार, संभावित अनुप्रयोगों में विदेशी क्वांटम पदार्थ के रूपों की जांच करना और क्यूबिट्स पर स्वाभाविक रूप से एनकोड किए जा सकने वाले वास्तविक दुनिया की समस्याओं का समाधान करना शामिल है।
“यह काम नए वैज्ञानिक दिशाओं की एक विशाल संख्या को सक्षम बनाता है,” एबादी ने कहा। “हम उन चीजों की सीमा के करीब नहीं हैं जो इन प्रणालियों के साथ की जा सकती हैं।”
