क्वांटम युग में आपका स्वागत है
2012 के एक लेख में, एक सैद्धांतिक भौतिक विज्ञानी जॉन प्रेस्किल ने निम्नलिखित प्रश्न पूछा: "क्या बड़े पैमाने पर क्वांटम सिस्टम का विकास बहुत ही कठिन है, या यह हास्यास्पद रूप से कठिन है?" सात साल बाद हमारे पास जवाब है: यह बहुत, बहुत कठिन है।
हाल ही में, इस विषय पर एक शोध पत्र बहुत कम समय के लिए और सौभाग्य से ऑनलाइन दिखाई दिया। "नेचर", एक उच्च-स्तरीय वैज्ञानिक पत्रिका, पेपर प्रकाशित करने के लिए सहमत हुई थी, हालांकि, अस्थायी प्रकाशन के समय, यह अभी भी गोपनीय था।
कागज से पता चला कि Google ने वह हासिल कर लिया है जिसे प्रेस्किल ने "क्वांटम वर्चस्व" कहा है। क्वांटम कंप्यूटर का उपयोग करते हुए, इंटरनेट दिग्गज के शोधकर्ताओं ने तीन मिनट में एक गणना की, जिसके लिए 10.000 वर्षों के प्रसंस्करण के लिए दुनिया के सबसे शक्तिशाली आईबीएम सुपर कंप्यूटर समिट की आवश्यकता होगी।
क्वांटम वर्चस्व की एक निश्चित अभिव्यक्ति। इस बात पर आम सहमति है कि यह गोपनीय दस्तावेज़ वास्तव में प्रौद्योगिकी के इतिहास में एक मील के पत्थर का प्रतिनिधित्व करता है।
यह दो युगों के बीच एक वाटरशेड हो सकता है: एक "पहले", जब क्वांटम कंप्यूटरों को सिलिकॉन से आगे निकलने के लिए भरोसा किया गया था, और एक "बाद", जब यह वास्तव में हुआ था। अब तक दूसरे युग के बारे में काफी बातें होती रही हैं। अब यह आ गया है
काफी आगे छलांग
Google के प्रयोग में "सर्किट नमूनाकरण" शामिल था। परीक्षण यह सत्यापित करता है कि क्या मशीन द्वारा किया गया प्रसंस्करण, यादृच्छिक इनपुट से शुरू होकर, एक विशिष्ट मॉडल के अनुकूल हो सकता है।
क्वांटम कंप्यूटर की बारीकियों को फिट करने के लिए यह बल्कि विचित्र कार्य चुना गया था, लेकिन शास्त्रीय कंप्यूटर पर समान प्रसंस्करण की तुलना करने के लिए भी।
थोड़ा व्यावहारिक प्रासंगिकता का प्रयोग, भले ही एक व्यापक धारणा है कि क्वांटम कंप्यूटर, समय के साथ, व्यावहारिक महत्व के मामलों को संभालने में सक्षम हो सकते हैं और सामान्य लोगों के जीवन के लिए अधिक सामान्य हो सकते हैं।
ये नई दवाओं और सामग्रियों या मशीन लर्निंग के डिजाइन से संबंधित हो सकते हैं। इसके अलावा, वे अप्रचलित क्रिप्टोग्राफिक कोड प्रस्तुत कर सकते हैं जो आज दुनिया के रहस्यों की रक्षा करते हैं।
बिट्स से क्वैबिट्स तक
क्वांटम कंप्यूटर तीन अवधारणाओं को नियोजित करते हैं। एक "क्वांटम सुपरपोजिशन" है, जो कि श्रोडिंगर की प्रसिद्ध मृत और जीवित बिल्ली के पीछे का विचार है। क्लासिक बिट्स के विपरीत, जिसमें केवल दो अवस्थाएँ हो सकती हैं - एक या शून्य - क्वैबिट दोनों का संयोजन हो सकता है।
उदाहरण के लिए, Google की मशीन में 53 क्विबिट्स हैं, जो उनके बीच लगभग दस मिलियन संभावित अतिव्यापी राज्यों का प्रतिनिधित्व कर सकते हैं।
दूसरा "उलझन" है। यह समय और स्थान के पार क्वांटम कणों को एक साथ बांधता है। मानक कंप्यूटरों में प्रत्येक बिट अगले की स्थिति से कड़ाई से संबंधित होता है।
क्वांटम कंप्यूटिंग में क्यूबिट्स अत्यधिक आपस में जुड़े हुए हैं। ओवरलैपिंग और उलझे हुए क्यूबिट्स पर गणितीय संचालन एक ही कम्प्यूटेशनल प्रक्रिया में सभी क्यूबिट्स पर अधिक या कम सीमा तक एक साथ कार्य कर सकते हैं।
क्वांटम कंप्यूटर कैसे काम करता है
क्वांटम संगणना एक-एक करके क्युबिट्स के करीब पहुंचकर शुरू होती है। जितना संभव हो सके सरल करने के लिए, यह कहा जा सकता है कि यह एक या शून्य को एक कक्षा बनाता है, और फिर इसे अपने पड़ोसी के साथ प्रतिच्छेद करता है। एक बार जब यह हो जाता है, तो वह क्वांटम भौतिकी के नियमों को राज्यों के साथ काम करने देता है और समय के साथ विकसित होने वाली कड़ियों के संबंध बनाता है।
अंत में (लेकिन पहले नहीं, क्योंकि यह गणना को खराब कर देगा), एक उत्तर के लिए एक साथ qubits की जांच की जाती है।
मुख्य काम एक अरब गलत लोगों के बीच सही उत्तर की पहचान करना है। यहीं पर तीसरा विचार, प्रति-सहज ज्ञान युक्त, काम आता है।
शास्त्रीय भौतिकी में, संभावनाओं को सकारात्मक संख्याओं में व्यक्त किया जाना चाहिए। बता दें कि बारिश की 30% संभावना है। क्वांटम यांत्रिकी "आयाम" नामक एक संबंधित अवधारणा का उपयोग करता है। ये नेगेटिव और पॉजिटिव दोनों हो सकते हैं।
आपको गलत उत्तरों का प्रतिनिधित्व करने वाले आयामों को एक दूसरे को रद्द करना होगा, जबकि सही लोगों का प्रतिनिधित्व करने वालों को उभरना होगा। इस तरह, डेवलपर्स सही समाधान के लिए स्वीकार्य सन्निकटन के साथ संपर्क कर सकते हैं।
प्रयोगशाला में यह अधिक जटिल है
यह पाठ्यपुस्तकों में पाया गया स्पष्टीकरण है। प्रयोगशाला में, चीजें और अधिक जटिल हो जाती हैं। क्वांटम सुपरपोज़िशन और क्वांटम सहसंबंध अत्यंत नाजुक घटनाएँ हैं।
उदाहरण के लिए, आसन्न अणुओं की तरंग गति उन्हें बाधित कर सकती है और गणना को कठिन बना सकती है।
क्वांटम कंप्यूटरों पर विकसित अधिकांश परियोजनाओं के लिए आवश्यक है कि मशीनों को बाहरी अंतरिक्ष की तुलना में कम तापमान पर रखा जाए और उन्हें विशेष कमरों में रखा जाए।
प्रसंस्करण प्रक्रियाओं पर नज़र रखने के लिए बहुत से विशिष्ट कर्मियों की भी आवश्यकता होती है।
त्रुटि पहचान समस्या
हालांकि, न तो वैज्ञानिकों का चरम कौशल और न ही आदर्श प्रयोगशाला स्थितियां त्रुटियों को होने से रोक सकती हैं।
क्वांटम वैज्ञानिकों के सामने सबसे बड़ी समस्या कंप्यूटिंग में त्रुटियों का पता लगाना और उन्हें ठीक करना है। जैसा कि हमने कहा, क्वांटम कंप्यूटिंग के साथ व्यावहारिक अनुप्रयोगों को विकसित करने के लिए पारंपरिक उपकरणों की तुलना में बहुत अधिक प्रसंस्करण की आवश्यकता होती है। इस पैमाने पर, त्रुटियों का जोखिम बहुत बढ़ जाता है।
इस स्थिति ने कंप्यूटर उद्योग की बड़ी कंपनियों, जैसे आईबीएम, इंटेल और माइक्रोसॉफ्ट, और चाड रिगेटी जैसे प्रतिभाशाली दिमागों को हमेशा बेहतर और कम त्रुटिपूर्ण विकास किट बनाने के लिए प्रेरित किया है।
कुशल एल्गोरिदम
बेहतर मशीनों के निर्माण की इस दौड़ के समानांतर कुशल क्वांटम एल्गोरिदम विकसित करने की दौड़ है। अब तक का सबसे प्रसिद्ध मामला शायद पीटर शोर द्वारा 1994 में बेल लैब्स में तैयार किया गया फैक्टरिंग एल्गोरिथम है।
शोर ने क्वांटम टर्बोचार्जर के साथ एक गणितीय एल्गोरिथ्म विकसित किया है जो पूर्णांकों को उनके घटक प्राइम्स में तेजी से कारक बनाने की अनुमति देता है।
कुछ ऐसा जो क्रिप्टोग्राफ़रों को डराता है, वैज्ञानिकों का एक समूह जिसका मूल्य शोर के एल्गोरिथ्म के प्रदर्शन की कठिनाई के संबंध में सराहा जाता है।
लेकिन अगर क्वांटम कंप्यूटर वास्तव में इसे बनाने के लिए हैं, तो नए एल्गोरिदम की जरूरत है। इस तरह के एल्गोरिदम के विकास को इस तथ्य से सुगम बनाया जाएगा कि कई व्यावहारिक अनुप्रयोग (दवाओं, सामग्री आदि का डिजाइन) स्वयं क्वांटम प्रक्रियाओं पर निर्भर करते हैं।
वास्तव में, यही कारण है कि अब तक इस प्रकार के अनुप्रयोगों को विकसित करना कठिन रहा है।
कुछ उपकरण?
क्वांटम कंप्यूटिंग के वादे के बावजूद, क्षेत्र के कई शोधकर्ता "क्वांटम वर्चस्व" वाक्यांश से असहज हैं। मैं असहज हूं क्योंकि क्वांटम वर्चस्व का आगमन एक टिपिंग पॉइंट का तात्पर्य है, जो एक बार पार हो जाने पर, कुछ अजीब और आश्चर्यजनक के नाम पर अटारी पर दशकों से लागू कंप्यूटिंग भेजता है।
और, "पहले" और "बाद" के बावजूद जो Google दस्तावेज़ निर्धारित करता है, व्यावहारिक अनुप्रयोगों के लिए कुशल क्वांटम उपकरणों का निर्माण करना एक आसान रास्ता नहीं होगा।
अधिकांश लोग सोचते हैं कि यह भविष्यवाणी करना एक जुआ है कि क्वांटम कंप्यूटिंग क्लासिकल कंप्यूटिंग की जगह ले लेगी। बहुत कम तापमान पर क्वांटम कंप्यूटरों के संचालन से जुड़े व्यावहारिक पहलू इसका एक उदाहरण हैं।
बेशक, सरकारों, बड़े निगमों और सबसे धनी विश्वविद्यालयों के पास अपनी कारें होंगी। अन्य क्लाउड के क्वांटम संस्करणों से जुड़े उपकरणों पर समय किराए पर लेंगे। किसी भी स्थिति में, क्वांटम कंप्यूटरों की कुल संख्या सीमित होगी।
और यह अच्छा है कि यह है। किसी भी मामले में, इस भविष्यवाणी के बारे में हमें कुछ संदेह हो सकता है, शास्त्रीय कंप्यूटिंग की शुरुआत की ओर देखते हुए जो कि चुने हुए लोगों के लिए एक चीज थी। 1943 में आईबीएम के तत्कालीन प्रमुख थॉमस वाटसन ने कहा: "मुझे लगता है कि शायद पांच कंप्यूटरों के लिए एक विश्व बाजार हो सकता है।" किसी कारक की गलत भविष्यवाणी, शायद एक अरब कारक।
26 सितंबर 2019 के द इकोनॉमिस्ट से
