लैटिस सर्जरी प्रदर्शन फॉल्ट-टॉलरेंट क्वांटम कंप्यूटिंग को आगे बढ़ाता है

ETH ज्यूरिख के शोधकर्ताओं के नेतृत्व में वैज्ञानिकों की एक टीम ने हाल ही में लैटिस सर्जरी के जरिए क्वांटम बिट्स को एंटैंगल करने की विधि प्रदर्शित की। यह प्रक्रिया इंजीनियरों को अधिक शक्तिशाली क्वांटम कंप्यूटर बनाने, इन उपकरणों की पहले से प्रभावशाली क्षमताओं को बढ़ाने और भविष्य में इनके व्यापक उपयोग का मार्ग खोलने में सक्षम बनाती है। यहां वह सब है जो आपको जानना चाहिए।

क्वांटम कंप्यूटर को मूल रूप से अलग क्या बनाता है

कई लोग क्वांटम कंप्यूटरों को कंप्यूटरों के विकास का अगला चरण मानते हैं। ये उपकरण हजारों गुना अधिक गणना शक्ति दे सकते हैं, जिससे वे जटिल वैज्ञानिक गणनाओं और अन्य कठिन कार्यों के लिए आदर्श बनते हैं।

क्वांटम कंप्यूटर पारंपरिक कंप्यूटरों से कहीं अधिक शक्तिशाली साबित हुए हैं। वे सूचना संसाधित करने के लिए क्यूबिट्स, सुपरपोजिशन, एंटैंगलमेंट और इंटरफेरेंस पर निर्भर करते हैं। यह संरचना लाखों गणनाओं को समानांतर रूप से संसाधित करना संभव बनाती है।

क्वांटम त्रुटि सुधार क्यों मुख्य बाधा है

हालांकि क्वांटम डेटा को संग्रहीत करना पारंपरिक बिट्स की तुलना में कहीं कठिन है। पारंपरिक बिट्स की प्रतियां बनाकर रखी जा सकती हैं और बाद में उनकी तुलना करके डेटा के खराब न होने की पुष्टि की जा सकती है।

क्वांटम त्रुटि सुधार कई कारणों से अधिक जटिल है। क्यूबिट्स को पारंपरिक बिट्स की तरह कॉपी नहीं किया जा सकता। इसके बजाय यह क्यूबिट्स के बीच बनी एंटैंगल्ड अवस्थाओं पर निर्भर करता है, और यह नाजुक अवस्था आसानी से नष्ट हो सकती है।

बिट फ़्लिप और फेज़ फ़्लिप

क्वांटम कंप्यूटरों को डीकोहेरेंस और फेज शिफ्ट से भी निपटना पड़ता है। क्यूबिट का फेज बिना चेतावनी अचानक धनात्मक से ऋणात्मक हो सकता है। इससे क्वांटम डेटा को लंबे समय तक सुरक्षित रखना कठिन हो गया है।

इंजीनियर इस समस्या को कैसे ठीक करते हैं

इंजीनियरों ने इन क्वांटम बदलावों को सुधारने के कई तरीके आजमाए हैं। एक लोकप्रिय तरीका अनेक क्यूबिट्स से एक लॉजिकल क्यूबिट बनाना है। बनने के बाद उसकी सटीकता बनाए रखने के लिए लगातार त्रुटि सुधार किया जाता है।

इस प्रक्रिया में विशेष रूप से बनाए गए स्टेबलाइजरों की अवस्था लगातार मापनी पड़ती है। ये स्टेबलाइजर क्यूबिट का मान बदले बिना उसमें हुए बदलावों की निगरानी करने देते हैं और ट्रैक किए जा सकने वाले बिट तथा फेज रीडआउट देते हैं।

इस प्रक्रिया से डेटा क्यूबिट्स बनते हैं, जिनका उद्देश्य सुधार की अवस्था को संग्रहीत करना है। समस्या यह है कि अधिकांश क्वांटम कंप्यूटर सुपरकंडक्टिंग क्यूबिट्स की द्वि-आयामी सरणियों पर निर्भर करते हैं।

इन क्यूबिट्स की जगह तय रहती है और क्वांटम अवस्था को नुकसान पहुंचाए बिना इन्हें हिलाया नहीं जा सकता। स्टेबलाइजर स्थिरता बनाए रखते हैं, लेकिन वे केवल पास-पास स्थित क्यूबिट्स पर काम कर सकते हैं। इसलिए उनका उपयोग मुख्यतः द्वि-आयामी क्यूबिट अनुप्रयोगों तक सीमित है।

क्वांटम बिट्स पर लैटिस सर्जरी अध्ययन

क्वांटम कंप्यूटिंग की क्षमताएं बढ़ाने के लिए ETH ज्यूरिख और पॉल शेरर संस्थान के वैज्ञानिकों ने Nature Physics में “Lattice surgery realized on two distance-three repetition codes with superconducting qubits¹” अध्ययन प्रकाशित किया।

शोधपत्र क्वांटम एंटैंगलमेंट और स्टेबलाइजरों की एक नई कार्यप्रणाली प्रस्तुत करता है। यह तरीका क्वांटम कंप्यूटरों को वास्तविक समय में त्रुटि सुधार करते हुए सुपरकंडक्टिंग लॉजिकल क्यूबिट्स के बीच क्वांटम ऑपरेशन करने देता है।

क्वांटम कंप्यूटिंग में लैटिस सर्जरी क्या है?

इस विकास के केंद्र में लैटिस सर्जरी है। यह लॉजिकल क्यूबिट्स में टोपोलॉजिकल कोड को जोड़ती है और त्रुटि-सहिष्णु गेट ऑपरेशनों के साथ द्वि-आयामी क्यूबिट विन्यास का समर्थन करती है।

लैटिस सर्जरी से इंजीनियर कूटबद्ध क्यूबिट्स के बीच लॉजिक गेट लागू कर सके, भले ही वे एक-दूसरे के पास न हों। सीधा संपर्क टालने से डीकोहेरेंस के कारण होने वाली त्रुटियां कम होती हैं।

लैटिस सर्जरी पैच का उपयोग करती है, यानी ऐसे क्यूबिट्स जिन पर स्टेबलाइजर लागू होते हैं। प्रक्रिया इन गेटों को अस्थायी रूप से जोड़ती है, जिससे पैरिटी जांच और प्रसंस्करण के लिए बड़ा कोड स्पेस मिलता है। यह उन शुरुआती प्रयोगात्मक प्रदर्शनों में से एक है जिनमें सुपरकंडक्टिंग सरफेस-कोड हार्डवेयर पर कूटबद्ध लॉजिकल क्यूबिट्स के बीच लैटिस सर्जरी की गई और पूरे ऑपरेशन के दौरान वास्तविक समय का त्रुटि सुधार बनाए रखा गया।

लैटिस सर्जरी प्रयोग कैसे किया गया

इंजीनियरों ने गणनाओं की पुष्टि के लिए कई परीक्षण किए। पहले टीम ने एक क्वांटम उपकरण बनाया, जिसका लॉजिक गेट लगभग वर्गाकार विन्यास में लगाए गए 17 सुपरकंडक्टिंग क्यूबिट्स से बना था।

दो क्यूबिट्स को एंटैंगल करने के बाद इंजीनियरों ने विभाजन ऑपरेशनों पर ध्यान दिया। उन्होंने लॉजिकल क्यूबिट्स को बिट-फ्लिप रिपीटिशन से कूटबद्ध किया और हर 1.66 माइक्रोसेकंड में स्टेबलाइजर परिणामों की निगरानी करते हुए बिट-फ्लिप तथा फेज-फ्लिप त्रुटियों को सुधारा।

यह विधि सरफेस-कोड वर्ग को दो हिस्सों में बांटती है, जिससे उसकी निगरानी और परीक्षण आसान हो जाता है। परीक्षण परिणामों ने टीम के सिद्धांतों की पुष्टि की।

क्वांटम बिट्स पर लैटिस सर्जरी – परीक्षण परिणाम

इंजीनियरों ने बताया कि बिट-फ्लिप त्रुटियां वास्तविक समय में सुधारी गईं। समान प्रक्रिया से गुजरे गैर-कूटबद्ध सर्किटों की तुलना में सुधार दर्ज हुआ और टीम ने दो परस्पर एंटैंगल्ड लॉजिकल क्यूबिट्स सफलतापूर्वक बनाए।

क्वांटम बिट्स पर लैटिस सर्जरी के लाभ

यह अध्ययन बाजार को कई लाभ देता है। यह अधिक शक्तिशाली और सटीक क्वांटम कंप्यूटरों का मार्ग खोलता है। इन उपकरणों में त्रुटि-सहिष्णुता और सुधार को बेहतर ढंग से कूटबद्ध करने की क्षमता भविष्य के संस्करणों में अधिक प्रदर्शन और स्थिरता देगी।

क्वांटम बिट्स पर लैटिस सर्जरी: वास्तविक दुनिया के अनुप्रयोग और समयरेखा

इस कार्य के कई अनुप्रयोग हैं। मुख्य रूप से यह उभरते क्वांटम कंप्यूटर क्षेत्र का विस्तार और सुधार करेगा। उपकरणों को नई स्थिरता मिलने से इंजीनियर अधिक शक्तिशाली इकाइयां बना सकेंगे जो संचालन के लिए और अधिक क्यूबिट्स पर निर्भर होंगी।

क्वांटम बिट्स पर लैटिस सर्जरी समयरेखा

इंजीनियरों के अनुसार, इस तकनीक के आज के उन्नत क्वांटम उपकरणों में उपयोग के लिए तैयार होने से पहले काफी काम बाकी है। फिर भी अगले 7–10 वर्षों में क्वांटम कंप्यूटरों के बढ़ते उपयोग के साथ इसे क्षेत्र में लागू होते देखा जा सकता है।

क्वांटम बिट्स पर लैटिस सर्जरी: शोधकर्ता

इस अध्ययन में कई प्रतिष्ठित संस्थानों के शोधकर्ताओं ने भाग लिया। D-PHYS के प्रोफेसर एंड्रियास वालराफ ने शोधपत्र का नेतृत्व किया, जबकि RWTH आखेन विश्वविद्यालय और फोर्शुंग्सजेंट्रम यूलिख के प्रोफेसर मार्कस मुलर सह-लेखक रहे।

शोधपत्र में इल्या बेसेदिन, माइकल केर्शबाउम, जोनाथन नोल, इयान हेसनर, लुकास बोडेकर, लुइस कोलमेनारेज, लूका होफेले, नेथन लैक्रोइक्स, क्रिस्टोफ हेलिंग्स, फ्रांस्वा स्वियाडेक, अलेक्जेंडर फ्लास्बी, मोहसेन बहरामी पनाह और दांते कोलाओ ज़ानुज़ को भी योगदानकर्ता बताया गया है।

क्वांटम बिट्स पर लैटिस सर्जरी भविष्य

इस तकनीक का भविष्य उज्ज्वल है। लक्ष्य इसे हाल के अन्य सफल नवाचारों से जोड़ना है, ताकि इंजीनियर दर्जनों के बजाय हजारों क्यूबिट्स पर आधारित उपयोगी क्वांटम कंप्यूटर बना सकें।

क्वांटम नवाचार में निवेश

क्वांटम कंप्यूटिंग क्षेत्र में कई शोध कंपनियां सक्रिय हैं जिन्होंने तकनीक में करोड़ों डॉलर निवेश किए हैं। वे नवाचारी दृष्टिकोण से इसकी खोज जारी रखते हुए पहले असंभव माने गए तरीकों को उजागर कर रही हैं। निम्न कंपनी ने भविष्य के विकास और अपनाने को बढ़ावा दिया है।

Rigetti Computing

Rigetti Computing (RGTI ) की स्थापना 2013 में चैड रिगेटी ने सुपरकंडक्टिंग क्यूबिट तकनीक से दुनिया के सबसे शक्तिशाली क्वांटम कंप्यूटर बनाने के लक्ष्य से की थी। ट्रैप्ड आयनों का उपयोग करने वाली IonQ के विपरीत, सुपरकंडक्टिंग सर्किट पर Rigetti का ध्यान ETH ज्यूरिख के सुपरकंडक्टिंग लॉजिकल क्यूबिट्स वाले लैटिस सर्जरी शोध से अधिक मेल खाता है।

2018 में Rigetti ने 128-क्यूबिट चिप प्रदर्शित की और तब से “फुल-स्टैक” क्वांटम कंप्यूटिंग के विकास में अग्रणी रही है। इसमें Fab-1 शामिल है, जो क्वांटम सर्किट के लिए दुनिया की पहली समर्पित फाउंड्री है और जहां कंपनी अपने क्वांटम प्रोसेसर डिजाइन तथा निर्मित करती है।

Rigetti ने हाइब्रिड क्वांटम-क्लासिकल कंप्यूटिंग में उल्लेखनीय प्रगति की है। उसका Quantum Cloud Services (QCS) प्लेटफॉर्म क्वांटम प्रोसेसरों को उच्च-प्रदर्शन वाले क्लासिकल बुनियादी ढांचे से जोड़ता है, जो मौजूदा शोध में वर्णित वास्तविक समय के त्रुटि सुधार के लिए आवश्यक है। 2021 में Supernova Partners Acquisition Company II के साथ विलय के जरिए Rigetti NASDAQ पर सूचीबद्ध हुई।

आज Rigetti सक्रिय रूप से Ankaa-श्रेणी प्रणालियां विकसित कर रही है, जिनमें समायोज्य कपलरों की वर्गाकार लैटिस होती है। यह आर्किटेक्चर ETH ज्यूरिख के नवीनतम अध्ययन में प्रदर्शित त्रुटि-सहिष्णु ऑपरेशनों और लॉजिकल क्यूबिट कूटलेखन को समर्थन देने के लिए बनाया गया है।

Rigetti Computing (RGTI) की नवीनतम खबरें और प्रदर्शन

क्वांटम बिट्स पर लैटिस सर्जरी | निष्कर्ष

क्वांटम कंप्यूटर बेजोड़ गणना शक्ति का वादा करते हैं, लेकिन उनकी नाजुकता ने उन्हें अधिकांश लोगों के उपयोग या स्वामित्व के लिए बहुत महंगा बना दिया है। यह नवीनतम कार्य इन उपकरणों को स्थिर करने में मदद करेगा और दुनिया को किफायती तथा विश्वसनीय विकल्प के एक कदम करीब ले जाएगा। इस उपलब्धि के लिए इंजीनियर प्रशंसा के पात्र हैं।

क्वांटम कंप्यूटर की अन्य सफलताओं के बारे में यहां पढ़ें।

संदर्भ

^{1. Besedin, I., Kerschbaum, M., Knoll, J., Hesner, I., Bödeker, L., Colmenarez, L., Hofele, L., Lacroix, N., Hellings, C., Swiadek, F., Flasby, A., Bahrami Panah, M., Colao Zanuz, D., Müller, M., & Wallraff, A. (2026). सुपरकंडक्टिंग क्यूबिट्स के साथ दो दूरी-तीन रिपीटिशन कोड्स पर लैटिस सर्जरी का कार्यान्वयन। Nature Physics, 1-6. https://doi.org/10.1038/s41567-025-03090-6}