कम्प्यूटिंग
क्या सुपरफ्लूइड हीलियम बेहतर क्वांटम कंप्यूटर बनाने में मदद कर सकता है?
Securities.io को Google पर अपने पसंदीदा स्रोतों में जोड़ें
क्वांटम कंप्यूटिंग को हार्डवेयर समस्या का सामना करना पड़ता है: वही अंतःक्रियाएँ जो शोधकर्ताओं को क्वांटम सूचना को नियंत्रित करने देती हैं, वही इसे बाधित भी कर सकती हैं। विद्युत् उतार-चढ़ाव, सामग्री दोष, और अनचाहे ऊर्जा विनिमय गणना समाप्त होने से पहले त्रुटियों को उत्पन्न कर सकते हैं। उपयोगी मशीनें बनाने के लिए नाज़ुक क्वांटम अवस्थाओं तक पहुँच और उनके परिवेश से सुरक्षा के बीच संतुलन आवश्यक है।
Priya Sharma, Jens Koch, और Eran Ginossar द्वारा लिखित, npj Quantum Information में प्रकाशित एक पेपर एक असामान्य दृष्टिकोण का प्रस्ताव करता है: एक सूक्ष्म उपकरण जो सुपरफ्लूइड हीलियम‑3 की गति में क्वांटम सूचना को संग्रहीत करता है।1 विद्युत् धारा पर केंद्रीय संचालन तंत्र के रूप में निर्भर रहने के बजाय, प्रस्तावित उपकरण तटस्थ द्रव प्रवाह को लचीली यांत्रिक प्लेट के साथ संयोजित करता है।
इसका आकर्षण कुछ विद्युत् शोर स्रोतों के संपर्क को कम करना है। चुनौती यह है कि यह संभावित लाभ कठोर शीतलन, निर्माण, और नियंत्रण आवश्यकताओं के साथ आता है। यह अध्ययन एक नए क्विबिट की ओर एक सैद्धांतिक मार्ग स्थापित करता है, जबकि प्रयोगात्मक प्रदर्शन और व्यावहारिक स्केलिंग को अनसुलझा छोड़ देता है।
सुपरफ्लूइड हीलियम क्विबिट कैसे काम करेगा
हीलियम‑3 अत्यंत कम तापमान पर सुपरफ्लूइड बन जाता है, जिससे तरल का एक घटक सामान्य चिपचिपाहट प्रतिरोध के बिना प्रवाहित हो सकता है। इसका सामूहिक व्यवहार सुपरकंडक्टिविटी के महत्वपूर्ण पहलुओं को साझा करता है, जिसमें जोसेफसन प्रभाव का एक रूप शामिल है, जो कमजोर लिंक के माध्यम से प्रवाह को उसके पार क्वांटम चरण अंतर से जोड़ता है।
प्रस्तावित सुपरफ्लूइड हीलियम ऑसिलेटर क्वांटम उपकरण, संक्षिप्त रूप SHOQ, एक छोटे सेल को नैनोस्केल अपर्चर के माध्यम से आसपास के हीलियम रिज़र्वायर से जोड़ता है। एक लचीली प्लेट सेल का ढक्कन बनाती है। जब हीलियम अपर्चर से गुजरता है, तो सेल के अंदर दबाव परिवर्तन प्लेट को गति देते हैं।
द्रव और प्लेट मिलकर एक ऑसिलेटर बनाते हैं। उपयुक्त परिस्थितियों में, इसकी ऊर्जा क्वांटाइज़्ड होती है, अर्थात यह किसी भी मनमानी ऊर्जा के बजाय विविक्त ऊर्जा स्तरों को धारण करती है। उन स्तरों में से दो क्वांटम बिट को एन्कोड करने के लिए उपयोग किए जाने वाले अवस्थाओं का प्रतिनिधित्व कर सकते हैं।
हालाँकि, केवल विविक्त स्तर पर्याप्त नहीं हैं। उनके अंतराल को इतना अलग होना चाहिए कि शोधकर्ता एक संक्रमण को संबोधित कर सकें बिना अनजाने में दूसरे को उत्तेजित किए। इस असमान अंतराल को अनहार्मोनिसिटी कहा जाता है, जो ऑसिलेटर को एक नियंत्रित क्विबिट के रूप में कार्य करने के लिए आवश्यक है। लेखक दर्शाते हैं कि अपर्चर के आयाम, प्लेट का आकार, और यांत्रिक कठोरता कैसे आवश्यक गैर‑रैखिकता प्रदान कर सकते हैं।
क्वांटम कंप्यूटिंग में चार्ज न्यूट्रैलिटी क्यों महत्वपूर्ण है
सुपरकंडक्टिंग क्विबिट में, क्वांटम सूचना को विद्युत् सर्किट के व्यवहार में एन्कोड किया जाता है। SHOQ प्रस्ताव इसके बजाय विद्युत् रूप से तटस्थ हीलियम की सामूहिक गति का उपयोग करता है। लेखक सुझाव देते हैं कि इस वास्तुकला में चार्ज और फ्लक्स शोर कम समस्याग्रस्त हो सकता है।
यह अंतर संभावित रूप से मूल्यवान है, लेकिन यह शोर से पूर्ण प्रतिरक्षा स्थापित नहीं करता। यांत्रिक घटक, अपर्चर के माध्यम से ऊर्जा रिसाव, और उपकरण जो इस डिवाइस को संचालित करने के लिए उपयोग होते हैं, सूचना के क्षय के अन्य मार्ग प्रस्तुत करते हैं।
विस्तृत सीख यह है कि क्विबिट भौतिकी को बदलने से इंजीनियरिंग समस्या बदलती है। एक प्लेटफ़ॉर्म एक कमजोरी को कम कर सकता है जबकि एक अलग बाधा उत्पन्न कर सकता है। Securities.io की तुलना क्वांटम हार्डवेयर आर्किटेक्चर के बीच इस बात का संदर्भ देती है कि प्रतिस्पर्धी दृष्टिकोणों को विभिन्न बुनियादी ढाँचा और उत्पादन रणनीतियों की आवश्यकता क्यों होती है।
चार्ज न्यूट्रैलिटी को भी सावधानीपूर्वक समझना आवश्यक है। यह प्रस्ताव तरल हीलियम की सामूहिक अवस्था से संबंधित है, न कि व्यक्तिगत रूप से फँसे तटस्थ परमाणुओं से। दोनों में तटस्थ पदार्थ शामिल है, लेकिन उनके तंत्र, तापमान, और नियंत्रण आवश्यकताएँ काफी भिन्न हैं।
हीलियम क्विबिट गणनाएँ क्या दर्शाती हैं
शोधकर्ता छह उदाहरण डिज़ाइनों का मूल्यांकन करते हैं। उनकी गणनाएँ सुझाव देती हैं कि उपयुक्त उपकरण क्वांटम सूचना को पर्याप्त समय तक बनाए रख सकते हैं ताकि क्विबिट संचालन को समर्थन मिल सके, बशर्ते मॉडल किए गए क्षय तंत्र पूर्ण हार्डवेयर को पर्याप्त रूप से वर्णित करें।
नीचे दी गई तालिका पेपर से सीधे तीन डिज़ाइनों की तुलना करती है। आयु अनुमान एकल क्वासिपार्टिकल टनलिंग से उत्पन्न क्षय को दर्शाते हैं, जिसे लेखक अपने विश्लेषण में प्रमुख निम्न‑तापमान हानि तंत्र के रूप में पहचानते हैं।
| प्रस्तावित डिज़ाइन | प्लेट त्रिज्या | कम्पन आवृत्ति | 0.4 mK पर अनुमानित आयु | 0.3 mK पर अनुमानित आयु |
|---|---|---|---|---|
| #1 | 8 माइक्रोमीटर | 17.60 MHz | 0.57 ms | 23.35 ms |
| #5 | 5 माइक्रोमीटर | 14.25 MHz | 0.64 ms | 25.96 ms |
| #6 | 2 माइक्रोमीटर | 28.16 MHz | 0.45 ms | 18.47 ms |
ये सैद्धांतिक अनुमान हैं, न कि मापी गई कोहेरेंस समय। विशेष रूप से, अनुमानित ऊर्जा-विश्राम आयु को यह नहीं माना जाना चाहिए कि यह क्विबिट कितने समय तक चरण जानकारी को बनाए रखता है, इसका पूर्ण प्रयोगात्मक प्रदर्शन है।
लेखकों ने डिज़ाइन #5 को विशेष रूप से आशाजनक बताया। फिर भी, केवल लंबी आयु ही उपयोगिता निर्धारित नहीं करती। गेट गति, अनचाहे स्तरों में रिसाव, प्रारंभिककरण, मापन की शुद्धता, और उपकरणों के बीच का कपलिंग सभी यह प्रभावित करते हैं कि एक प्लेटफ़ॉर्म कितना विश्वसनीय गणना कर सकता है।
अत्यधिक ठंडक मुख्य इंजीनियरिंग समझौता है
तापमान निर्भरता उल्लेखनीय है। डिज़ाइन #5 के लिए, तापमान को 0.4 से 0.3 मिलीकेल्विन तक घटाने से गणना किया गया आयु 0.64 मिलीसेकंड से बढ़कर 25.96 मिलीसेकंड हो जाता है, लगभग चालीस गुना।
वे तापमान क्रमशः शून्य के ऊपर केवल 400 और 300 माइक्रोकेल्विन के बराबर हैं। पत्र में बताया गया है कि पिछले हीलियम-3 प्रयोगों में लगभग 0.4 मिलीकेल्विन के तापमान प्राप्त किए जा चुके हैं। यह भौतिक संभावना को समर्थन देता है, लेकिन उन परिस्थितियों में नियंत्रित क्वांटम उपकरण को चलाना अभी भी एक कठिन कार्य है।
यह उपकरण के आकार और प्रणाली के आकार के बीच एक उपयोगी अंतर बनाता है। कुछ माइक्रोमीटर चौड़ी प्लेट वाला क्विबिट स्वचालित रूप से एक कॉम्पैक्ट कंप्यूटर नहीं बनाता। इसके आसपास का ठंडक उपकरण, कनेक्शन, शील्डिंग, और मापन उपकरण इंस्टॉलेशन में प्रमुख हो सकते हैं।
एक व्यावहारिक मूल्यांकन इसलिए पूछेगा कि कुल प्रणाली अपनी ठंडक भार और संचालन जटिलता के लिए कितनी विश्वसनीय संचालन प्रदान कर सकती है। यदि कम विद्युत शोर के लिए काफी अधिक कठिन रेफ्रिजरेशन की आवश्यकता हो, तो लाभ इतना बड़ा होना चाहिए कि वह बुनियादी ढांचे को उचित ठहराए।
तापमान प्रारंभिककरण को भी प्रभावित करता है। एक मूल्यांकित डिज़ाइन के लिए, पत्र ने 0.3 मिलीकेल्विन पर पहले उत्तेजित अवस्था की 10.3% थर्मल उपस्थिति की गणना की है। इसलिए केवल उपकरण को ठंडा करना यह गारंटी नहीं देता कि प्रत्येक संचालन वांछित अवस्था से शुरू हो।
एक तटस्थ क्विबिट को नियंत्रित करने के लिए अभी भी एक इंटरफ़ेस आवश्यक है
एक संरक्षित क्वांटम अवस्था तभी उपयोगी होती है जब शोधकर्ता इसे तैयार, नियंत्रित और माप सकें। पत्र एक मिश्रित दृष्टिकोण दर्शाता है जिसमें SHOQ उपकरण, एक सुपरकंडक्टिंग ट्रांसमॉन क्विबिट, और एक माइक्रोवेव कैविटी शामिल हैं।
यांत्रिक प्लेट की गति एक विद्युत धारिता को बदल देगी, जिससे हीलियम ऑसिलेटर सुपरकंडक्टिंग सर्किट के साथ अंतःक्रिया कर सकेगा। वह सर्किट तटस्थ द्रव गति और पारंपरिक इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रण एवं मापन के बीच अनुवाद करने में मदद कर सकता है।
यह व्यवस्था एक दूसरा समझौता उजागर करती है। केंद्रीय सूचना-वाहक तंत्र कुछ विद्युत कमजोरियों से बच सकता है, जबकि उसका नियंत्रण इंटरफ़ेस इसे विद्युत हार्डवेयर से फिर जोड़ता है। इसलिए संयुक्त प्रणाली का प्रदर्शन मापा जाना चाहिए, न कि केवल अलग किए गए हीलियम ऑसिलेटर से अनुमानित।
पत्र विस्तृत गेट आर्किटेक्चर और संचालन को भविष्य के कार्य के लिए छोड़ता है। महत्वपूर्ण प्रयोगात्मक मील के पत्थर शामिल हैं:
- भविष्यवाणी किए गए ऊर्जा स्तरों और उनके असमान अंतराल को हल करना।
- विश्वसनीय अवस्था तैयारी, नियंत्रण और मापन का प्रदर्शन करना।
- निर्मित उपकरणों में विश्राम और चरण कोहेरेंस को मापना।
- एकाधिक उपकरणों को जोड़ना जबकि उपयोगी प्रदर्शन को बनाए रखना।
क्वांटम निर्माण निवेश संबंध प्रदान करता है
इन आवश्यकताओं को शोध को एक मौजूदा औद्योगिक चुनौती से जोड़ता है: नाज़ुक क्वांटम उपकरणों का निरंतर उत्पादन। एक नैनोस्केल अपर्चर या लोचदार झिल्ली को निर्माण, असेंबली और ठंडक के बाद पूर्वानुमेय रूप से व्यवहार करना चाहिए। समान रूप से मान्य घटकों के बीच विविधता नियंत्रण को जटिल बना सकती है और उपज को कम कर सकती है।
इस सक्षम तकनीक में रुचि रखने वाले निवेशकों के लिए, Oxford Instruments एक प्रासंगिक सार्वजनिक कंपनी प्रदान करता है जिसे जांचा जा सकता है। उसके प्लाज़्मा प्रोसेसिंग उपकरण सटीक इटिंग और डिपॉज़िशन का समर्थन करते हैं, जिसमें ऐसे उपकरण शामिल हैं जो पहले ही क्वांटम उपकरण निर्माण के लिए खरीदे जा रहे हैं।
OXIG मूल्य चार्ट
मई 2026 में, Oxford Instruments ने घोषणा की कि Rigetti Computing (RGTI ) उसने अपने PlasmaPro 100 Cobra सिस्टम को क्वांटम उपकरणों के लिए परमाणु स्तर इटिंग के लिए खरीदा। घोषणा में एक कम-नुकसान प्रक्रिया का वर्णन किया गया है जिसका उद्देश्य Rigetti की विस्तारित निर्माण क्षमताओं का समर्थन करना है।
अलग से, मई की घोषणा ने NYU Nanofab के साथ परमाणु-स्तर निर्माण साझेदारी का विवरण दिया। मिलकर, ये विकास क्वांटम अनुसंधान और विकास में निर्माण उपकरणों की मांग को दर्शाते हैं।
यह एक अप्रत्यक्ष निवेश संबंध है। हीलियम पेपर Oxford Instruments को एक प्रतिभागी के रूप में नहीं पहचानता या यह स्थापित नहीं करता कि उसका उपकरण SHOQ उपकरणों का निर्माण करेगा। कंपनी के 2026 पूर्ण-वर्षीय परिणाम यह भी पुष्टि करते हैं कि उसने अपने NanoScience व्यवसाय को समाप्त कर दिया है, जिससे निर्माण उचित फोकस बन जाता है, न कि उसका पूर्व क्रायोजेनिक पोर्टफ़ोलियो।
एक क्विबिट प्रस्ताव से उपयोगी क्वांटम हार्डवेयर तक
हीलियम अवधारणा विकास के प्रारंभिक चरण में है। इसके गणनाओं को स्थापित प्लेटफ़ॉर्मों के साथ तुलना करने से पहले पुनरुत्पादक मापों में बदलना आवश्यक है, तभी उनका अधिक महत्व होगा।
इसी बीच, अन्य वास्तुकलाएँ ग्राहक स्थापितियों की ओर प्रगति कर रही हैं, जैसा कि घोषित फ़्लोरिडा इंटरनेशनल यूनिवर्सिटी द्वारा क्वांटम कंप्यूटर अधिग्रहण से स्पष्ट है। परिपक्वता में यह अंतर नई प्रस्ताव की व्यावसायिक महत्त्व का मूल्यांकन करते समय मायने रखता है।
इस शोध का मूल्य वह विकल्प है जो यह खोलता है: चार्ज‑तटस्थ संघनित‑पदार्थ प्रणाली में एन्कोड किया गया क्वांटम सूचना। इसकी अंतिम सफलता इस बात पर निर्भर करेगी कि वह भौतिक लाभ पूर्ण मशीन की शीतलीकरण, निर्माण, और नियंत्रण आवश्यकताओं को सहन कर पाता है या नहीं। इस संतुलन का प्रदर्शन केवल प्रभावशाली आयु अनुमान से अधिक महत्वपूर्ण होगा।
संदर्भ:
1 Sharma, P., Koch, J., & Ginossar, E. (2026). Towards a micromechanical qubit based on quantized oscillations in superfluid helium. npj Quantum Information. ऑनलाइन अग्रिम प्रकाशन। https://doi.org/10.1038/s41534-026-01355-3
