क्या क्वांटम कंप्यूटरों को डेज़ी-चेनिंग करना संभव है? शोधकर्ताओं के पास उत्तर है

क्वांटम कंप्यूटिंग का विस्तार

Quantum computers are expected to one day become the core technology for advanced computation within biotechnology, material sciences, finances, cryptography, and other complex systems that silicon-based computers struggle to deal with.

हालाँकि, दो चीज़ें क्वांटम कंप्यूटरों को अधिक सामान्य बनने से रोक रही हैं।

पहली बात यह है कि सिस्टम में जितने अधिक क्यूबिट (बाइनरी बिट के क्वांटम समकक्ष) होते हैं, त्रुटि उतनी ही अधिक होती है, और कोई भी अस्थिरता डोमिनो प्रभाव उत्पन्न करती है।

यह जल्द ही अतीत की समस्या बन सकता है, हालिया प्रगति के धन्यवाद जो Google (GOOGL ) और इसका Willow chip द्वारा की गई है, जो क्यूबिट की संख्या बढ़ने पर त्रुटि दर को घटाता है।

दूसरी समस्या यह है कि व्यक्तिगत क्वांटम कंप्यूटर का आकार संभवतः सीमित है, उसी तरह जैसे सिलिकॉन चिप केवल एक निश्चित शक्ति तक ही पहुँच सकती है, उसके बाद पावर सप्लाई, ओवरहीटिंग आदि समस्याएँ उत्पन्न होती हैं।

यह भी संभवतः हल हो रहा है, ऑक्सफ़ोर्ड विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं के कार्यों के धन्यवाद। उन्होंने एक वितरित क्वांटम कंप्यूटर नेटवर्क बनाया, जो सिलिकॉन-आधारित चिप वाले सर्वरों की तरह काम करता है, और संभावित रूप से क्वांटम सुपरकंप्यूटर के मार्ग को खोलता है।

उन्होंने अपने परिणाम प्रतिष्ठित प्रकाशन नेचर में प्रकाशित किए, शीर्षक “Distributed quantum computing across an optical network link”¹ के तहत।

क्वांटम कंप्यूटरों को जोड़ना

The way quantum computers currently work is as isolated units, containing a few hundred or maybe a thousand qubits for the most advanced ones.

समस्या यह है कि उन्हें बड़ा बनाना अत्यंत जटिल है, क्योंकि सिस्टम जितना बड़ा होगा, पर्यावरण से अस्थिरता और व्यवधान उतने ही अधिक होंगे, जो कंप्यूटर द्वारा उपयोग किए जाने वाले क्वांटम प्रभावों को बाधित कर सकते हैं।

साथ ही, उपयोगी गणना के लिए संभवतः लाखों क्यूबिट की आवश्यकता होगी, जिससे उद्योग संभावित रूप से एक मृत बिंदु पर पहुँच सकता है। कम से कम, तब तक जब तक क्वांटम कंप्यूटर एक-दूसरे से जुड़े नहीं होते।

और यह कहा तो आसान है, लेकिन करना कठिन है क्योंकि क्वांटम कंप्यूटर सिलिकॉन चिप्स से बहुत अलग होते हैं। पारंपरिक कंप्यूटरों में, 0 और 1 एक विद्युत संकेत होते हैं जिन्हें दूसरे मशीन तक अपेक्षाकृत आसानी से प्रेषित किया जा सकता है।

क्वांटम कंप्यूटरों के लिए, क्यूबिट की क्वांटम स्थिति ही संचारित करनी पड़ती है। ये क्वांटम स्थितियाँ बहुत विशिष्ट परिस्थितियों के बाहर स्थिर रखना कठिन होता है, आमतौर पर अल्ट्रा-लो तापमान में, जो शून्य के बिल्कुल ऊपर कुछ डिग्री होते हैं।

क्वांटम टेलीपोर्टेशन का उपयोग

पिछला क्वांटम टेलीपोर्टेशन प्रयोग

जनवरी 2025 में, हमने पहली संकेत दिया कि ऑप्टिकल फाइबर में क्वांटम टेलीपोर्टेशन संभव था. It appeared that it could even be carried in ordinary optical fiber networks alongside “normal” data streams.

हालांकि यह विज्ञान-फ़िक्शन फिल्म की किसी कल्पनात्मक अवधारणा जैसा लगता है, क्वांटम टेलीपोर्टेशन वास्तव में दशकों से अध्ययन किया जा रहा एक वास्तविक घटना है।

यह तब होता है जब दो अलग-अलग कण ‘जुड़े/बाँधे’ जाते हैं, जिसे क्वांटम एंटैंगलमेंट कहा जाता है।

इस मामले में, जब दो कण जुड़े होते हैं, चाहे उनके बीच की दूरी कुछ भी हो, वे बड़ी दूरी पर जानकारी का आदान-प्रदान करते हैं — बिना शारीरिक रूप से वह ले जाए। कुछ मामलों में, यह संभव हो सकता है कि जानकारी का आदान-प्रदान प्रकाश की गति से भी तेज़ हो, जो सिद्धांत रूप में असंभव है।

यह एक बहुत महत्वपूर्ण पहला कदम था, क्योंकि यह संकेत देता है कि हमें नई तकनीक की आवश्यकता नहीं होगी, क्योंकि केबलें क्वांटम कंप्यूटरों के बीच क्वांटम टेलीपोर्टेशन कर सकती हैं।

लेकिन यह अभी दो क्वांटम कंप्यूटरों के बीच प्रत्यक्ष कनेक्शन नहीं था।

क्यूबिट को जोड़ना

This is the step achieved by the Oxford researchers. They used optical fibers to connect together qubits and get them entangled, using photons (light particles).

स्रोत: Nature

In the lab experiment, the modules were separated by about 2 meters, each containing dedicated networks and circuit qubits. But longer distances could also be achieved.

By carefully tailoring these interactions, we can perform logical quantum gates – the fundamental operations of quantum computing – between qubits housed in separate quantum computers.

This breakthrough enables us to effectively “wire together” distinct quantum processors into a single, fully connected quantum computer.

Dougal Main – ऑक्सफ़ोर्ड में आयन जाल क्वांटम कंप्यूटिंग अनुसंधान समूह के स्नातक छात्र

स्रोत: Nature

The type of quantum computer used was trapped-ion modules. Trapped-ion quantum computers generally contain a lot fewer qubits, but with much higher reliability and efficiency, with a similar amount of qubits achieving 100-1,000 fold more reliable results than other quantum computing methods.

स्रोत: Quantinuum

उच्च दक्षता

The entanglement between the networked qubits achieved an 86% fidelity.

When performing Grover’s search algorithm, a useful benchmark of computing where quantum computers radically outperform normal computers, the success rate was 71%.

Grover’s search algorithm searches for a particular item in a large, unstructured dataset much faster than a regular computer can, using the quantum phenomena of superposition and entanglement to explore many possibilities in parallel.

This is remarkably high, especially when considering it was a first-ever achievement before any optimization or improvement to the method was done.

इस खोज का प्रभाव

क्वांटम सुपरकंप्यूटर?

This opens the way to an entirely different way of building quantum computers, imitating how supercomputers are built from separate subsystems that communicate their calculations to one another.

Such a system would also be remarkably modular, instead of needing an increasingly complex massive centralized quantum computer.

By interconnecting the modules using photonic links, the system gains valuable flexibility, allowing modules to be upgraded or swapped out without disrupting the entire architecture.

Dougal Main – ऑक्सफ़ोर्ड में आयन जाल क्वांटम कंप्यूटिंग अनुसंधान समूह के स्नातक छात्र

स्रोत: Nature

ट्रैप्ड-आयन तकनीक का पुनरुत्थान

Until now, trapped-ion Technology was the more reliable one, and the one closest to practical use, but limited by the difficulty of adding more qubits to a given system. For this reason, it was expected that other systems using superconducting qubits would be the final form of quantum computer.

If trapped-ion technology can overcome this limit through improved networking, this might not be true anymore. This would make the companies that have specialized in this field much more interesting to investors.

ट्रैप्ड-आयन क्वांटम कंप्यूटिंग कंपनी

IonQ

IonQ is a quantum computing company using trapped-ion technology, founded by pioneering scientists in the field from the University of Maryland and Duke University. It was publicly listed on the NYSE in 2021.

IonQ quantum computing platforms are able to produce a 99.9% fidelity result. It currently uses a 64-barium ion chain, producing a 36-algorithmic qubit (AQ). The chain organization allows for much quicker computing than other trapped-ion designs without losing fidelity.

स्रोत: IonQ

IonQ ने जनवरी 2025 में Qubitekk का अधिग्रहण किया, adding to its operations the company’s team and 118 patents to IonQ. Qubitekk’s specialty is in quantum networks, using photonic interconnects, enabling quantum clusters, and advancing quantum internet capabilities.

Quantum networks should facilitate highly secured communications and ultimately allow for distributed quantum computing. Considering how quickly the field is moving, expertise and IPs on this topic might prove crucial for IonQ’s future.

IonQ also developing a partnership with NKT Photonics (NKT.CO) to help develop future data center-ready quantum computers.

यह Imec के साथ भी सहयोग कर रहा है फोटॉनिक इंटीग्रेटेड सर्किट और चिप-स्केल आयन ट्रैप तकनीक पर, ताकि कंपनी की क्यूबिट संख्या, सिस्टम आकार और लागत को स्केल किया जा सके।

Instead of developing its own SDK (Software Development Kit), the company is supporting all the major ones at once, and partnering with many leading companies for developing new quantum computing applications.

स्रोत: IonQ

IonQ उन निवेशकों के लिए शुद्ध क्वांटम कंप्यूटिंग स्टॉक के सबसे करीब है जो Google, Intel (INTC ), IBM, या Honeywell जैसे अन्य प्रमुखों की मुख्य गतिविधियों में रुचि नहीं रखते।

इसलिए अपने प्रतिस्पर्धी Quantinuum, जो Honeywell का हिस्सा है (HON ), के साथ मिलकर, IonQ व्यावसायिक क्वांटम कंप्यूटर विकसित करने के करीब है, जिसका फोकस उच्च फिडेलिटी, कम क्यूबिट संख्या वाले ट्रैप्ड-आयन सिस्टम पर है।

उसकी शुरुआती सफलता ने इसे अन्य क्वांटम कंप्यूटिंग नवप्रवर्तकों के साथ साझेदारियों का एक मजबूत नेटवर्क बनाने में मदद की है, ताकि इस तकनीक को आगे बढ़ाया जा सके, और हाल ही में नेटवर्केड क्वांटम कंप्यूटरों पर पुनः ध्यान केंद्रित किया गया है।

अध्ययन संदर्भ:

^{1. Main, D., Drmota, P., Nadlinger, D.P., et al.(2025) Distributed quantum computing across an optical network link. Nature 638, 383–388. https://doi.org/10.1038/s41586-024-08404-x}