क्वांटम कंप्यूटिंग एक कदम और वास्तविक दुनिया के अनुप्रयोगों के करीब

जबकि क्वांटम कंप्यूटिंग बाजार 2030 तक 65 अरब डॉलर तक पहुंचने का अनुमान है, वास्तविक दुनिया में इसके कार्यान्वयन से पहले अभी भी कई बाधाएं हैं। कहा जा रहा है, क्वांटम कंप्यूटिंग हमारी सबसे जटिल समस्याओं को हल करने की क्षमता रखती है। दुनिया भर के विश्वविद्यालयों और निजी संस्थानों में शोध टीमें इसे वास्तविकता बनाने के लिए कड़ी मेहनत कर रही हैं।

इनमें से एक टीम विर्जिनिया विश्वविद्यालय के इंजीनियरिंग और एप्लाइड साइंस स्कूल में इलेक्ट्रिकल और कंप्यूटर इंजीनियरिंग के सहायक प्रोफेसर जू यी द्वारा नेतृत्व किया जा रहा है।

उनकी टीम ने फोटोनिक उपकरणों के भौतिकी और अनुप्रयोगों में एक निचे बनाया है, जो संचार और कंप्यूटिंग जैसे अनुप्रयोगों के लिए प्रकाश का पता लगाने और आकार देने के लिए उपयोग किया जाता है। टीम ने एक स्केलेबल क्वांटम कंप्यूटिंग प्लेटफ़ॉर्म विकसित किया है जो क्वांटम गति प्राप्त करने के लिए आवश्यक उपकरणों की संख्या को काफी कम कर देता है, और यह एक पेनी के आकार के फोटोनिक चिप पर हो सकता है।

टीम में यूवीए के क्वांटम ऑप्टिक्स और क्वांटम सूचना के प्रोफेसर ओलिवियर पफिस्टर और कोरियाई एडवांस्ड इंस्टीट्यूट ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी में सहायक प्रोफेसर हंसुक ली भी शामिल हैं।

शोध को नेचर कम्युनिकेशन में प्रकाशित किया गया था।

इस शोध को ज़िजियाओ यांग, भौतिकी में पीएचडी छात्र, और मंदाना जहानबोर्जी, इलेक्ट्रिकल और कंप्यूटर इंजीनियरिंग के पीएचडी छात्र द्वारा भी समर्थित किया गया था। दोनों इस पत्र के सह-प्रथम लेखक हैं।

क्वांटम कंप्यूटिंग और प्रोसेसिंग जानकारी

क्वांटम कंप्यूटिंग जानकारी को संसाधित करने का एक नया तरीका प्रदान करती है, और यह आपके डेस्कटॉप या लैपटॉप कंप्यूटर को बिट्स की लंबी स्ट्रिंग में जानकारी को संसाधित करने की अनुमति देती है। एक बिट में शून्य या एक मान हो सकता है, और क्वांटम कंप्यूटर जानकारी को समानांतर में संसाधित करते हैं, जिसका अर्थ है कि उन्हें एक जानकारी की एक क्रम को संसाधित करने के लिए प्रतीक्षा करने की आवश्यकता नहीं है इससे पहले कि वे अधिक पर आगे बढ़ें। क्यूबिट क्वांटम कंप्यूटिंग का मूलभूत निर्माण खंड है, और यह एक जानकारी की इकाई है जो एक ही समय में एक और शून्य हो सकती है। एक क्वांटम मोड, दूसरी ओर, एक और शून्य के बीच सभी परिवर्तनीयों का पूरा स्पेक्ट्रम है।

शोधकर्ता अब क्वांटम गति प्राप्त करने के लिए आवश्यक बड़ी संख्या में क्यूमोड्स का उत्पादन करने के लिए विभिन्न दृष्टिकोणों पर काम कर रहे हैं।

यी द्वारा विकसित नया फोटोनिक्स-आधारित दृष्टिकोण विशेष रूप से उपयोगी है क्योंकि प्रकाश का एक क्षेत्र भी पूर्ण स्पेक्ट्रम है। इसका अर्थ है कि स्पेक्ट्रम में प्रत्येक प्रकाश तरंग क्यूबिट बनने की संभावना है। यी ने अनुमान लगाया कि प्रकाश एक क्वांटम अवस्था प्राप्त करेगा यदि प्रकाश के क्षेत्र जुड़े हुए थे।

सिस्टम बनाना

यी की टीम ने एक ऑप्टिकल माइक्रोरेसोनेटर में एक क्वांटम स्रोत बनाया, जो एक रिंग-आकार, मिलीमीटर-आकार की संरचना है जो फोटॉनों को घेरती है और एक माइक्रोस्कोप, एक उपकरण बनाती है जो फोटॉनों को एक से कई तरंग दैर्ध्य में परिवर्तित करता है। प्रकाश रिंग के चारों ओर परिक्रमा करता है और ऑप्टिकल शक्ति का निर्माण करता है, जो फिर माइक्रोकॉम्ब में प्रकाश के क्षेत्रों के बीच क्वांटम जुड़ाव के लिए फोटॉनों के परस्पर क्रिया की संभावना को बढ़ाता है।

यी की टीम ने एक माइक्रोरेसोनेटर पर 40 क्यूमोड्स के निर्माण की पुष्टि करने के लिए मल्टीप्लेक्सिंग का उपयोग किया, और उन्होंने प्रदर्शित किया कि क्वांटम मोड का मल्टीप्लेक्सिंग एकीकृत फोटोनिक प्लेटफार्मों में काम कर सकता है।

“हम अनुमान लगाते हैं कि जब हम प्रणाली को अनुकूलित करते हैं, तो हम एक ही डिवाइस से हजारों क्यूमोड्स का उत्पादन कर सकते हैं,” यी ने कहा।

यी की मल्टीप्लेक्सिंग तकनीक के माध्यम से, हम वास्तविक दुनिया की स्थितियों में क्वांटम कंप्यूटिंग का उपयोग करने के करीब आ रहे हैं, जहां त्रुटियां अपरिहार्य हैं। ये त्रुटियां क्वांटम अवस्थाओं और उनके नाजुक स्वभाव के कारण होती हैं।

त्रुटियों की संख्या एक मिलियन क्यूबिट्स की आवश्यकता को बढ़ा सकती है, और उपकरणों की संख्या में आनुपातिक वृद्धि होती है। मल्टीप्लेक्सिंग उपकरणों की संख्या को दो या तीन आदेशों की मात्रा से कम कर देता है।

यी के फोटोनिक्स-आधारित प्रणाली के दो और फायदे हैं। पहला, फोटॉन का कोई द्रव्यमान नहीं है, इसलिए फोटोनिक एकीकृत चिप्स वाले क्वांटम कंप्यूटर कमरे के तापमान पर चल सकते हैं या सो सकते हैं। ली ने भी मानक लिथोग्राफी तकनीकों का उपयोग करके सिलिकॉन चिप पर माइक्रोरेसोनेटर का निर्माण किया। इसका अर्थ है कि रेसोनेटर या क्वांटम स्रोत का

“हम क्वांटम कंप्यूटिंग में इंजीनियरिंग की सीमाओं को आगे बढ़ाने और बल्क ऑप्टिक्स से एकीकृत फोटोनिक्स में संक्रमण को तेज करने पर गर्व है,” यी ने कहा। “हम एक फोटोनिक्स-आधारित क्वांटम कंप्यूटिंग प्लेटफ़ॉर्म में उपकरणों और सर्किटों को एकीकृत करने और इसके प्रदर्शन को अनुकूलित करने के तरीकों का पता लगाना जारी रखेंगे।”