क्वांटम कंप्यूटिंग
क्वांटम कंप्यूटिंग एल्गोरिदम नई सामग्रियों के डिजाइन का नेतृत्व कर सकता है
कोलंबिया विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं की एक टीम ने एक नया एल्गोरिदम विकसित किया है जो क्वांटम कंप्यूटरों को आणविक ऊर्जा की गणना करने और नई सामग्रियों के डिजाइन में मदद कर सकता है। एल्गोरिदम ग्राउंड स्टेट एनर्जी की गणना करने के लिए अब तक के सबसे क्वांटम बिट्स का उपयोग करता है, जो क्वांटम मैकेनिकल सिस्टम में सबसे कम ऊर्जा वाली स्थिति है।
में नया अध्ययन प्रकाशित किया गया था प्रकृति.
ग्राउंड स्टेट एनर्जी की गणना
एल्गोरिदम को कोलंबिया के रसायन विज्ञान के प्रोफेसर डेविड रीचमैन और पोस्टडॉक जूनहो ली द्वारा Google क्वांटम एआई के शोधकर्ताओं के साथ विकसित किया गया था। यह रसायन विज्ञान समीकरणों में क्वांटम बिट्स द्वारा उत्पन्न होने वाली सांख्यिकीय त्रुटियों को कम करता है, और यह ग्राउंड स्टेट एनर्जी की गणना करने के लिए Google के 16-क्विबिट सिकामोर कंप्यूटर पर 53 क्विबिट तक का उपयोग करता है, जो एक अणु की सबसे कम ऊर्जा अवस्था है।
रीचमैन ने कहा, "ये अब तक की सबसे बड़ी क्वांटम रसायन गणनाएं हैं जो वास्तविक क्वांटम डिवाइस पर की गई हैं।"
जमीनी स्तर की ऊर्जा की सटीक गणना करने में सक्षम होने से, रसायनज्ञ नई सामग्री विकसित करने में सक्षम होंगे। उदाहरण के लिए, एल्गोरिदम का उपयोग उन सामग्रियों को डिजाइन करने के लिए किया जा सकता है जो खेती के लिए नाइट्रोजन निर्धारण को गति देते हैं। Google क्वांटम AI में विज़िटिंग शोधकर्ता ली के अनुसार, यह कई संभावित स्थिरता उपयोगों में से एक है।
एल्गोरिदम क्वांटम मोंटे कार्लो पर निर्भर करता है, जो कई यादृच्छिक, अज्ञात चर होने पर संभाव्यता की गणना करने के तरीकों की एक प्रणाली है। शोधकर्ताओं ने तीन प्रकार के अणुओं की जमीनी ऊर्जा को निर्धारित करने के लिए एल्गोरिदम को तैनात किया।
ऐसे कई चर हैं जो जमीनी अवस्था की ऊर्जा को प्रभावित कर सकते हैं, जैसे कि एक अणु में इलेक्ट्रॉनों की संख्या, उनके घूमने की दिशा और एक नाभिक की परिक्रमा करते समय उनके द्वारा अपनाए गए पथ। इलेक्ट्रॉनिक ऊर्जा को श्रोडिंगर समीकरण में एन्कोड किया गया है, जिसे शास्त्रीय कंप्यूटर पर हल करना बेहद कठिन हो जाता है क्योंकि अणु बड़े हो जाते हैं। जैसा कि कहा गया है, इसे आसान बनाने के तरीके हैं, और क्वांटम कंप्यूटर अंततः इस घातीय स्केलिंग समस्या को दूर कर सकते हैं।
बड़ी और अधिक जटिल गणनाओं को संभालना
सिद्धांत के अनुसार, क्वांटम कंप्यूटरों के लिए बड़ी और अधिक जटिल गणनाओं को संभालना संभव होना चाहिए क्योंकि क्वैब क्वांटम स्थितियों का लाभ उठाते हैं। क्यूबिट एक साथ दो अवस्थाओं में मौजूद रहने में सक्षम हैं, जो बाइनरी अंकों के लिए सच नहीं है। साथ ही, क्वैब नाजुक होते हैं और जैसे-जैसे क्वबिट की संख्या बढ़ती है, अंतिम उत्तर में सटीकता कम होती जाती है। ली ने गलतियों को कम करते हुए इन जटिल समीकरणों को अधिक कुशलता से हल करने के लिए शास्त्रीय और क्वांटम कंप्यूटर दोनों की संयुक्त शक्ति का लाभ उठाने के लिए नया एल्गोरिदम विकसित किया।
"यह दोनों दुनियाओं में सर्वश्रेष्ठ है," ली ने कहा। ली ने कहा, "हमने क्वांटम कम्प्यूटेशनल रसायन विज्ञान को परिष्कृत करने के लिए उन उपकरणों का लाभ उठाया जो हमारे पास पहले से ही थे और साथ ही ऐसे उपकरण भी हैं जिन्हें क्वांटम सूचना विज्ञान में अत्याधुनिक माना जाता है।"
ग्राउंड स्टेट एनर्जी को हल करने के लिए पिछला रिकॉर्ड 12 क्यूबिट और वेरिएबल क्वांटम ईगेनसोल्वर (वीक्यूई) के नाम से जानी जाने वाली विधि पर निर्भर था। वीक्यूई के साथ समस्या यह है कि इसमें परस्पर क्रिया करने वाले इलेक्ट्रॉनों के प्रभावों को ध्यान में नहीं रखा गया, जो जमीनी स्तर की ऊर्जा की गणना के लिए महत्वपूर्ण है। ली के अनुसार, रसायनज्ञों को और भी बड़े अणुओं से निपटने में मदद करने के लिए क्लासिक कंप्यूटरों से आभासी सहसंबंध तकनीकों को जोड़ा जा सकता है।
नई हाइब्रिड शास्त्रीय-क्वांटम गणनाओं ने कुछ बेहतरीन शास्त्रीय तरीकों के बराबर सटीकता का प्रदर्शन किया, जिससे पता चला कि जटिल समस्याओं को क्वांटम कंप्यूटर के साथ अधिक सटीक और तेज़ी से हल किया जा सकता है।
ली ने कहा, "बड़ी और अधिक चुनौतीपूर्ण रासायनिक समस्याओं को हल करने की व्यवहार्यता समय के साथ ही बढ़ेगी।" "इससे हमें उम्मीद है कि विकसित की जा रही क्वांटम प्रौद्योगिकियाँ व्यावहारिक रूप से उपयोगी होंगी।"
