क्वान्टम कम्प्युटिङ मा सफलता को श्रृंखला
एक साधारण कम्प्युटर, जसलाई अब शास्त्रीय वा परम्परागत कम्प्युटर भनिन्छ 0s र 1s (zeroes र ones) को आधारभूत अवधारणामा काम गर्दछ। जब हामी सोध्छौं कम्प्युटर हाम्रो लागि कुनै कार्य गर्न, उदाहरणको लागि गणितीय गणना वा अपोइन्टमेन्टको बुकिङ वा दैनिक जीवनसँग सम्बन्धित कुनै पनि कुरा, दिइएको समयमा यो कार्यलाई ० र १ सेकेन्डको स्ट्रिङमा रूपान्तरित (वा अनुवादित) गरिन्छ (जसलाई त्यसपछि भनिन्छ। इनपुट), यो इनपुट एल्गोरिदम द्वारा प्रशोधन गरिन्छ (कम्प्यूटरमा कार्य पूरा गर्न पछ्याउने नियमहरूको सेटको रूपमा परिभाषित)। यो प्रशोधन पछि, 0s र 1s को नयाँ स्ट्रिङ फर्काइन्छ (आउटपुट भनिन्छ), र यो अपेक्षित परिणामको लागि एन्कोड हुन्छ र प्रयोगकर्ताले कम्प्युटरले गर्न चाहेको "उत्तर" को रूपमा सरल प्रयोगकर्ता-अनुकूल जानकारीमा अनुवाद गरिन्छ। । यो मनमोहक छ कि एल्गोरिथ्म जतिसुकै स्मार्ट वा चतुर देखिए पनि र कार्यको कठिनाईको स्तर जस्तोसुकै भए पनि, कम्प्युटर एल्गोरिदमले यो एउटै काम गर्छ - बिटहरूको स्ट्रिङ हेरफेर - जहाँ प्रत्येक बिट या त ० वा १ हो। हेरफेर कम्प्युटरमा हुन्छ (सफ्टवेयरको अन्त्यमा) र मेसिन स्तरमा यसलाई विद्युतीय सर्किटहरू (कम्प्युटर मदरबोर्डमा) द्वारा प्रतिनिधित्व गरिन्छ। हार्डवेयर शब्दावलीमा जब विद्युत् यी विद्युतीय सर्किटहरू मार्फत जान्छ, यो बन्द हुन्छ र करेन्ट नभएको बेला खुला हुन्छ।
क्लासिकल बनाम क्वान्टम कम्प्युटर
त्यसकारण, शास्त्रीय कम्प्युटरहरूमा, बिट भनेको जानकारीको एक टुक्रा हो जुन दुई सम्भावित अवस्थाहरूमा अवस्थित हुन सक्छ - ० वा १। यद्यपि, यदि हामी कुरा गर्छौं भने क्वांटम कम्प्युटरहरू, तिनीहरू सामान्यतया क्वान्टम बिटहरू प्रयोग गर्छन् (जसलाई 'क्विट्स' पनि भनिन्छ)। यी दुई अवस्था भएका क्वान्टम प्रणालीहरू हुन्, यद्यपि, सामान्य बिट (० वा १ को रूपमा भण्डारण गरिएको) भन्दा फरक, qubits ले धेरै जानकारी भण्डारण गर्न सक्छ र यी मानहरूको कुनै पनि अनुमानमा अवस्थित हुन सक्छ। राम्रो तरिकाले व्याख्या गर्न को लागी, एक qubit लाई काल्पनिक क्षेत्र मान्न सकिन्छ, जहाँ qubit गोला मा कुनै पनि बिन्दु हुन सक्छ। यो भन्न सकिन्छ कि क्वान्टम कम्प्युटिङले कुनै पनि समयमा एक भन्दा बढी अवस्थाहरूमा अवस्थित उप-परमाणविक कणहरूको क्षमताको फाइदा लिन्छ र अझै पनि पारस्परिक रूपमा अनन्य रहन्छ। अर्कोतर्फ, एक क्लासिकल बिट मात्र दुई अवस्थाहरूमा हुन सक्छ - उदाहरण गोलाको दुई ध्रुवहरूको अन्त्यमा। सामान्य जीवनमा हामी यो 'सुपरपोजिसन' देख्न सक्दैनौं किनभने एक पटक प्रणालीलाई पूर्ण रूपमा हेर्दा यी सुपरपोजिसनहरू गायब हुन्छन् र यही कारण हो कि त्यस्ता सुपरपोजिसनहरूको बुझाइ अस्पष्ट छ।
कम्प्यूटरहरूको लागि यसको अर्थ के हो भने क्यूबिटहरू प्रयोग गर्ने क्वान्टम कम्प्युटरहरूले शास्त्रीय कम्प्युटरको तुलनामा कम ऊर्जा प्रयोग गरेर ठूलो मात्रामा जानकारी भण्डार गर्न सक्छ र यसरी क्वान्टम कम्प्युटरमा अपरेशन वा गणनाहरू अपेक्षाकृत छिटो गर्न सकिन्छ। त्यसोभए, क्लासिकल कम्प्युटरले 0 वा 1 लिन सक्छ, यस कम्प्युटरमा दुई बिटहरू चार सम्भावित अवस्थाहरूमा हुन सक्छन् (00, 01, 10 वा 11), तर कुनै पनि समयमा एक राज्य मात्र प्रतिनिधित्व गरिन्छ। अर्कोतर्फ क्वान्टम कम्प्युटरले सुपरपोजिसनमा हुन सक्ने कणहरूसँग काम गर्दछ, जसले दुई क्यूबिटहरूलाई एकै समयमा ठ्याक्कै उही चार अवस्थाहरू प्रतिनिधित्व गर्न अनुमति दिन्छ किनभने सुपरपोजिसनको गुणले कम्प्युटरहरूलाई 'बाइनरी अवरोध' बाट मुक्त गर्दछ। यो एकैसाथ चल्ने चारवटा कम्प्युटरको बराबर हुन सक्छ र यदि हामीले यी क्युबिटहरू थप्यौं भने, क्वान्टम कम्प्युटरको शक्ति तीव्र रूपमा बढ्छ। क्वान्टम कम्प्यूटरहरूले क्वान्टम भौतिकीको अर्को गुणको फाइदा पनि लिन्छन् जसलाई अल्बर्ट आइन्स्टाइनले परिभाषित गरेका छन्, क्वान्टम एन्टेन्गलमेन्ट भनिन्छ, एन्टङ्गलमेन्ट यस्तो गुण हो जसले क्वान्टम कणहरूलाई जडान गर्न र सञ्चार गर्न अनुमति दिन्छ। ब्रह्माण्डको ताकि एकको अवस्था परिवर्तनले तुरुन्तै अर्कोलाई असर गर्न सक्छ। 'सुपरपोजिसन' र 'इन्टङ्गलमेन्ट' को दोहोरो क्षमताहरू सिद्धान्तमा धेरै शक्तिशाली छन्। त्यसकारण, क्लासिकल कम्प्युटरको तुलनामा क्वान्टम कम्प्युटरले हासिल गर्न सक्ने कुरा अकल्पनीय छ। यो सबै धेरै रोमाञ्चक र सीधा सुनिन्छ, तथापि, यस परिदृश्य मा समस्या छ। क्वान्टम कम्प्युटरले यदि क्यूबिट्स (सुपरपोज्ड बिट्स) लाई आफ्नो इनपुटको रूपमा लिन्छ भने यसको आउटपुट पनि क्वान्टम स्टेटमा हुन्छ अर्थात सुपरपोज्ड बिट्स भएको आउटपुट जुन कुन अवस्थामा छ भन्ने आधारमा परिवर्तन गरिरहन सक्छ। यस प्रकारको आउटपुट यसले हामीलाई सबै जानकारी प्राप्त गर्न अनुमति दिँदैन र त्यसैले क्वान्टम कम्प्युटिङको कलामा सबैभन्दा ठूलो चुनौती भनेको यो क्वान्टम आउटपुटबाट धेरै जानकारी प्राप्त गर्ने तरिकाहरू खोज्नु हो।
क्वान्टम कम्प्युटर यहाँ हुनेछ!
क्वान्टम कम्प्यूटरहरूलाई शक्तिशाली मेसिनहरूको रूपमा परिभाषित गर्न सकिन्छ, क्वान्टम मेकानिक्सका प्रिन्सिपलहरूको आधारमा जसले जानकारी प्रशोधन गर्न पूर्ण रूपमा नयाँ दृष्टिकोण लिन्छ। तिनीहरू प्रकृतिका जटिल नियमहरू पत्ता लगाउन खोज्छन् जुन सधैं अवस्थित छन् तर प्राय: लुकेका छन्। यदि त्यस्ता प्राकृतिक घटनाहरू अन्वेषण गर्न सकिन्छ भने, क्वान्टम कम्प्युटिङले जानकारी प्रशोधन गर्न नयाँ प्रकारका एल्गोरिदमहरू चलाउन सक्छ र यसले सामग्री विज्ञान, औषधि खोज, रोबोटिक्स र कृत्रिम बुद्धिमत्तामा नवीन सफलताहरू निम्त्याउन सक्छ। क्वान्टम कम्प्युटरको विचार सन् १९८२ मा अमेरिकी सैद्धान्तिक भौतिकशास्त्री रिचर्ड फेनम्यानले प्रस्ताव गरेका थिए। र आज, प्रविधि कम्पनीहरू (जस्तै आईबीएम, माइक्रोसफ्ट, गुगल, इन्टेल) र शैक्षिक संस्थाहरू (जस्तै एमआईटी, र प्रिन्सटन विश्वविद्यालय) क्वान्टममा काम गरिरहेका छन्। मुख्यधारा क्वान्टम कम्प्युटर सिर्जना गर्न कम्प्युटर प्रोटोटाइपहरू। इन्टरनेशनल बिजनेस मेशिन कर्पोरेशन (IBM) ले हालै भनेका छन् कि यसका वैज्ञानिकहरूले शक्तिशाली क्वान्टम कम्प्युटिङ प्लेटफर्म बनाएका छन् र यसलाई पहुँचका लागि उपलब्ध गराउन सकिन्छ तर धेरैजसो कार्यहरू गर्नका लागि यो पर्याप्त छैन भनी टिप्पणी गर्नुहोस्। अहिले विकसित भइरहेको ५० क्युबिट प्रोटोटाइपले क्लासिकल कम्प्युटरले आज गर्ने धेरै समस्याहरू समाधान गर्न सक्छ र भविष्यमा ५०-१०० क्युबिट कम्प्युटरले ठूलो मात्रामा यो खाडल पूरा गर्ने अर्थात् केही सय क्विट भएको क्वान्टम कम्प्युटरले गर्न सक्ने उनीहरूको भनाइ छ। ज्ञात मा परमाणुहरु भन्दा एक साथ अधिक गणना प्रदर्शन ब्रह्माण्डको। यथार्थवादी रूपमा भन्नुपर्दा, क्वान्टम कम्प्युटरले कठिन कार्यहरूमा क्लासिकल कम्प्युटरलाई जित्न सक्ने बाटो कठिनाइ र चुनौतीहरूले भरिएको छ। भर्खरै Intel ले घोषणा गरेको छ कि कम्पनीको नयाँ 49-qubit क्वान्टम कम्प्यूटरले यो "क्वान्टम सर्वोच्चता" तर्फ एक कदम प्रतिनिधित्व गर्दछ, कम्पनीको लागि एक प्रमुख प्रगतिमा जसले केवल 17 महिना अघि मात्र 2-बिट क्विट प्रणाली प्रदर्शन गरेको थियो। तिनीहरूको प्राथमिकता परियोजनालाई विस्तार गर्न जारी राख्नु हो, यो बुझाइको आधारमा कि qubits को संख्या विस्तार गर्नु क्वान्टम कम्प्युटरहरू सिर्जना गर्ने कुञ्जी हो जसले वास्तविक-विश्व परिणामहरू प्रदान गर्न सक्छ।
क्वान्टम कम्प्युटर निर्माणको लागि सामाग्री महत्वपूर्ण छ
मटेरियल सिलिकन दशकौंदेखि कम्प्युटिङको अभिन्न अंग भएको छ किनभने यसको मुख्य क्षमताहरूले यसलाई सामान्य (वा शास्त्रीय) कम्प्युटिङका लागि उपयुक्त बनाउँछ। यद्यपि, जहाँसम्म क्वान्टम कम्प्युटिङको सवाल छ, मुख्यतया दुई कारणले सिलिकनमा आधारित समाधानहरू अपनाइएका छैनन्, पहिलो त सिलिकनमा उत्पादित क्विटहरूलाई नियन्त्रण गर्न गाह्रो छ, र दोस्रो, यो अझै स्पष्ट छैन कि सिलिकन क्युबिट्सले पनि मापन गर्न सक्छ कि सक्दैन। समाधानहरू। एक प्रमुख प्रगति मा Intel ले भर्खरै विकसित गरेको छ1 नयाँ प्रकारको क्विटलाई 'स्पिन क्विट' भनिन्छ जुन परम्परागत सिलिकनमा उत्पादन हुन्छ। स्पिन क्विटहरू सेमीकन्डक्टर इलेक्ट्रोनिक्ससँग मिल्दोजुल्दो छ र तिनीहरूले सिलिकन उपकरणमा एकल इलेक्ट्रोनको स्पिनको लाभ उठाएर र सानो, माइक्रोवेभ पल्सको साथ आन्दोलनलाई नियन्त्रण गरेर तिनीहरूको क्वान्टम पावर प्रदान गर्दछ। दुई प्रमुख फाइदाहरू जसले इंटेललाई यस दिशामा लैजायो, पहिलो रूपमा एक कम्पनीको रूपमा इन्टेलले सिलिकन उद्योगमा पहिले नै ठूलो लगानी गरेको छ र यसरी सिलिकनमा सही विशेषज्ञता छ। दोस्रो, सिलिकन क्युबिटहरू अधिक लाभदायक छन् किनभने तिनीहरू परम्परागत क्विटहरू भन्दा साना छन्, र तिनीहरूले लामो समयको लागि एकता राख्ने अपेक्षा गरिन्छ। क्वान्टम कम्प्युटिङ प्रणालीहरू मापन गर्न आवश्यक हुँदा यो मुख्य महत्त्वको हुन्छ (जस्तै 100-qubit बाट 200-qubit मा जाँदै)। इंटेलले यो प्रोटोटाइपको परीक्षण गरिरहेको छ र कम्पनीले हजारौं साना क्यूबिट एरेहरू भएको चिपहरू उत्पादन गर्ने अपेक्षा गर्दछ र यस्तो उत्पादन बल्कमा गर्दा क्वान्टम कम्प्युटरहरू स्केलिंगको लागि धेरै राम्रो हुन सक्छ र वास्तविक गेमचेन्जर हुन सक्छ।
हालै प्रकाशित एक अनुसन्धानमा विज्ञान, फोटोनिक क्रिस्टलहरूको लागि नयाँ डिजाइन गरिएको ढाँचा (जस्तै फोटोनिक चिपमा लागू गरिएको क्रिस्टल डिजाइन) संयुक्त राज्य अमेरिकाको मेरील्याण्ड विश्वविद्यालयको टोलीद्वारा विकसित गरिएको छ, जुन उनीहरूले क्वान्टम कम्प्युटरहरूलाई थप पहुँचयोग्य बनाउने दाबी गर्छन्।2। यी फोटनहरू ज्ञात प्रकाशको सबैभन्दा सानो मात्रा हुन् र यी क्रिस्टलहरू प्वालहरूसँग जोडिएका थिए जसले प्रकाशलाई अन्तरक्रिया गर्न दिन्छ। विभिन्न प्वाल ढाँचाहरूले क्रिस्टलको माध्यमबाट प्रकाश झुकाउने र बाउन्स गर्ने तरिका परिवर्तन गर्दछ र यहाँ हजारौं त्रिकोणीय प्वालहरू बनाइयो। क्वान्टम कम्प्यूटरहरू सिर्जना गर्ने प्रक्रियाको लागि एकल फोटोनको यस्तो प्रयोग महत्त्वपूर्ण छ किनभने कम्प्युटरहरूमा त्यसपछि ठूलो संख्या र रासायनिक प्रतिक्रियाहरू गणना गर्ने क्षमता हुनेछ जुन हालको कम्प्युटरहरूले गर्न सक्दैनन्। चिपको डिजाइनले क्वान्टम कम्प्यूटरहरू बीचको फोटोनहरू कुनै पनि हानि बिना स्थानान्तरण गर्न सम्भव बनाउँछ। यो हानि क्वान्टम कम्प्युटरहरूको लागि ठूलो चुनौतीको रूपमा पनि हेरिएको छ र यसैले यो चिपले मुद्दाको ख्याल राख्छ र कुशल मार्गलाई अनुमति दिन्छ। क्वांटम एक प्रणालीबाट अर्को प्रणालीमा जानकारी।
भविष्यमा
क्वान्टम कम्प्युटरहरूले कुनै पनि परम्परागत सुपर कम्प्युटरभन्दा धेरै गणनाहरू चलाउने वाचा गर्दछ। तिनीहरूसँग परमाणु स्तरमा पदार्थको व्यवहारलाई अनुकरण गर्न सम्भव बनाएर नयाँ सामग्रीको खोजमा क्रान्ति ल्याउने क्षमता छ। यसले छिटो र अधिक कुशलतापूर्वक डेटा प्रशोधन गरेर कृत्रिम बुद्धिमत्ता र रोबोटिक्सको लागि आशा जगाउँछ। एक व्यावसायिक रूपमा व्यवहार्य क्वान्टम कम्प्युटिङ प्रणालीलाई आगामी वर्षहरूमा कुनै पनि प्रमुख संस्थाहरूद्वारा गर्न सकिन्छ किनभने यो अनुसन्धान अझै खुला छ र सबैका लागि निष्पक्ष खेल छ। आगामी पाँचदेखि सात वर्षमा प्रमुख घोषणाहरू हुने अपेक्षा गरिएको छ र आदर्श रूपमा भइरहेका प्रगतिहरूको श्रृंखलासँग बोल्दा, इन्जिनियरिङ समस्याहरू सम्बोधन गरिनुपर्छ र 1 मिलियन वा सोभन्दा बढी क्वान्टम कम्प्युटर वास्तविकता हुनुपर्छ।
***
{तपाइँले उद्धृत स्रोत(हरू) को सूचीमा दिइएको DOI लिङ्कमा क्लिक गरेर मूल अनुसन्धान पत्र पढ्न सक्नुहुन्छ}
स्रोत (हरू)
1. Castelvecchi D. 2018. सिलिकनले क्वान्टम-कम्प्युटिङ दौडमा स्थान हासिल गर्यो। प्रकृति। ५५३(७६८७)। https://doi.org/10.1038/d41586-018-00213-3
२. सब्यसाची बी एट अल। 2. एक टोपोलोजिकल क्वान्टम अप्टिक्स इन्टरफेस। विज्ञान। ३५९(६३७६)। https://doi.org/10.1126/science.aaq0327
