कम्प्यूटिंग
क्यूबिट्स को समझना – टेलीपोर्टेशन और नियंत्रित इंटरैक्शन में सफलता
क्वांटम कंप्यूटिंग की दुनिया में बहुत कुछ हो रहा है। चिप दिग्गज एनवीडिया ने क्वांटम कंप्यूटिंग प्रयासों को तेज करने के लिए एक ओपन-सोर्स सीउडीए-क्यू प्लेटफॉर्म लॉन्च किया है, जबकि चीन ने अपना सबसे बड़ा क्वांटम कंप्यूटिंग चिप बनाई है। फिर मैनचेस्टर विश्वविद्यालय के वैज्ञानिक हैं जिन्होंने अल्ट्रा-प्योर सिलिकॉन विकसित किया है जो अगली पीढ़ी के कंप्यूटरों के लिए मार्ग प्रशस्त करता है।
क्वांटम कंप्यूटरों के चारों ओर इतना उत्साह और विकास क्वांटम कंप्यूटिंग प्रौद्योगिकी के विभिन्न क्षेत्रों में असीमित संभावनाएं होने के कारण समझ में आता है, जिनमें क्रिप्टोग्राफी, दवा खोज, जटिल अनुकूलन समस्याओं का समाधान, मशीन लर्निंग एल्गोरिदम में सुधार, और बहुत कुछ शामिल हैं।
क्वांटम कंप्यूटर क्वांटम सिद्धांत का लाभ उठाकर सभी इसे प्राप्त कर सकते हैं, जो परमाणु और यहां तक कि छोटे उप-परमाणु स्तरों पर पदार्थ और ऊर्जा के व्यवहार और प्रकृति है। क्वांटम कंप्यूटिंग उप-परमाणु कणों जैसे फोटॉन और इलेक्ट्रॉनिक्स का उपयोग करती है। क्यूबिट्स (क्वांटम बिट्स) तब उन कणों को एक ही समय में कई राज्यों में अस्तित्व में रहने की अनुमति देते हैं और नियंत्रण उपकरणों द्वारा मैनिप्युलेट किए जाते हैं।
पारंपरिक कंप्यूटर की तुलना में असीमित रूप से तेजी से गति प्राप्त करने और कम ऊर्जा की खपत करने के लिए, क्वांटम कंप्यूटर सुपरपोज़िशन और एंटैंगलमेंट का उपयोग करते हैं।
सुपरपोज़िशन दो या दो से अधिक क्वांटम राज्यों को जोड़कर एक और वैध क्वांटम राज्य बनाने के लिए शामिल है। क्यूबिट्स का सुपरपोज़िशन क्वांटम कंप्यूटरों को एक ही समय में लाखों ऑपरेशनों को संसाधित करने की अनुमति देता है।
एंटैंगलमेंट तब होता है जब दो सिस्टम इस तरह से जुड़े होते हैं कि एक की स्थिति को जानने से तुरंत दूसरे के बारे में जानकारी मिलती है।यहक्वांटम कंप्यूटरों को जटिल समस्याओं को तेजी से हल करने में सक्षम बनाता है।
यहां समस्या डिकोहेरेंस है, जो विकिरण, कंपन, या तापमान परिवर्तन जैसे कारकों के कारण एक क्यूबिट में क्वांटम राज्य की हानि है।यहगणना में त्रुटियों का कारण बनता है। क्यूबिट्स को हस्तक्षेप से बचाने के लिए, उन्हेंवैक्यूम चैंबर्स, इन्सुलेशन, और सुपरकूल्ड रेफ्रिजरेटरों में रखा जाता है।
जैसा कि हमने देखा, क्यूबिट्स क्वांटम कंप्यूटिंग को बनाने में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं, लेकिन उन सभी के बारे में जानकारी नहीं है। हालांकि, दो हालिया स्वतंत्र प्रयोगों ने क्यूबिट्स की हमारी समझ का विस्तार किया है, जो एक कार्यात्मक क्वांटम कंप्यूटर बनाने की दिशा में एक महत्वपूर्ण कदम है।
क्वांटम टेलीपोर्टेशन हासिल किया गया
नई अनुसंधान ने क्वांटम टेलीपोर्टेशन में सफलता प्राप्त की है, जो आमतौर पर क्वांटम राज्य के स्थानांतरण को बाधित करता है। टेलीपोर्टेशन में, एक क्यूबिट को एक स्थान से दूसरे स्थान पर भेजा जाता है बिना कण को भेजे।
सिद्धांत में,क्वांटम राज्य का स्थानांतरण किया जा सकता हैबिना किसी समस्या के। लेकिन वास्तविक दुनिया में, विक्षोभ और शोर क्वांटम टेलीपोर्टेशन की गुणवत्ता को खराब कर देते हैं। इसलिए, शोधकर्ताओं ने हालिया अध्ययन में पाया कि शोर के बावजूद पूर्ण क्वांटम टेलीपोर्टेशन प्राप्त करना एक बड़ी उपलब्धि है।
विज्ञान एडवांसेज पत्रिका में प्रकाशित,अध्ययनमें बताया गया है कि कैसे एंटैंगलमेंट और डिकोहेरेंस कई क्वांटम प्रोटोकॉल और प्रौद्योगिकियों के विरोधी बल हैं।
अनुसंधान के अनुसार, क्वांटम एंटैंगलमेंट जो आर्बिट्रेरिली लंबी दूरी पर संबंधों में होता है, क्वांटम मैकेनिक्स के सिद्धांतों के लिए बहुत महत्वपूर्ण है।यहजानकारी प्रसंस्करण और संचार में कई अनुप्रयोगों के लिए है। हालांकि, क्वांटम प्रणाली और उसके पर्यावरण के बीच परस्पर क्रिया अपरिहार्य है, और डिकोहेरेंस इन अनुप्रयोगों के प्रदर्शन को गंभीर रूप से खराब कर सकता है।
अध्ययन में एक कुशल प्रोटोकॉल का प्रस्ताव किया गया है जो पूर्ण डिकोहेरेंस में क्वांटम टेलीपोर्टेशन की अनुमति देता है।
चीन और फिनलैंड के विश्वविद्यालयों के शोधकर्ताओं द्वारा किए गए अध्ययन में ऑक्स-खुले क्वांटम सिस्टम संदर्भ में सहायक क्यूबिट्स और उनके स्थानीय पर्यावरण के बीच बहु-भाग हाइब्रिड एंटैंगलमेंट का उपयोग किया गया है, जिससे उच्च सटीकता प्राप्त की जा सकी।
शोधकर्ताओं के अनुसार, रेखीय ऑप्टिक्स विभिन्न क्वांटम जानकारी प्रोटोकॉल को करने और डिकोहेरेंस के साथ समस्याओं का अध्ययन करने के लिए एक विशेष रूप से मजबूत मंच है।
इस अध्ययन में, टर्कू विश्वविद्यालय के प्रोफेसर जिरकी पिलो ने वितरित एंटैंगलमेंट की अवधारणा का उपयोग किया है। यह एंटैंगलमेंट वितरण उपयोग किए गए क्यूबिट्स से परे है औरप्रोटोकॉलसे पहले किया जाता है।इसका अर्थ है “विभिन्न भौतिक डिग्री की स्वतंत्रता के बीच हाइब्रिड एंटैंगलमेंट का शोषण”, पिलो ने कहा।
पारंपरिक रूप से, फोटॉन पोलराइजेशन का उपयोग टेलीपोर्टेशन में क्यूबिट्स को एंटैंगलमेंट करने के लिए किया गया है। हालांकि, नई दृष्टिकोण हाइब्रिड एंटैंगलमेंट का लाभ उठाती है जो फोटॉन पोलराइजेशन और आवृत्ति के बीच है।
यहप्रोटोकॉल पर शोर के प्रभाव में एक बड़ा बदलाव लाता है। यह खोज वास्तव में “शोर की भूमिका को हानिकारक से लाभकारी में बदलती है”, पिलो ने कहा।
पारंपरिक रूप से, टेलीपोर्टेशन प्रोटोकॉल तब काम नहीं करता है जब क्यूबिट एंटैंगलमेंट के दौरान शोर होता है, लेकिन जब हाइब्रिड एंटैंगलमेंट पहले से मौजूद होता है और कोई शोर नहीं होता है। इसके विपरीत, जब हाइब्रिड एंटैंगलमेंट और फिर शोर होता है, तो टेलीपोर्टेशन और क्वांटम राज्य स्थानांतरण लगभग पूर्ण रूप से होते हैं।
इस प्रकार, यह नवीनतम खोज फोटॉन के साथ जुड़े शोर के बावजूद लगभग आदर्श टेलीपोर्टेशन की अनुमति देती है।
शोधकर्ता इसे “एक महत्वपूर्ण प्रूफ-ऑफ-कॉन्सेप्ट प्रयोग” कहते हैं, जिसमें चीन के विश्वविद्यालय के डॉ. झाओ-डी लियू ने कहा:
“हमने अपनी प्रयोगशाला में फोटॉन के साथ क्वांटम भौतिकी के विभिन्न पहलुओं पर कई प्रयोग किए हैं, लेकिन यह बहुत चुनौतीपूर्ण टेलीपोर्टेशन प्रयोग को सफलतापूर्वक पूरा करना बहुत रोमांचक और पुरस्कृत था।”
अध्ययन में उल्लेख किया गया है कि डिकोहेरेंस से लड़ने के अलावा, हाइब्रिड एंटैंगलमेंट ने उन्हें एक और सुरक्षा परत प्रदान की है। अध्ययन में कहा गया है:
“यह एक दिलचस्प अनुसंधान का विषय होगा कि टेलीपोर्टेड जानकारी को कितनी गहराई से छुपाया जा सकता है।”
यह केवल शुरुआत है, क्योंकि अध्ययन का मूलभूत महत्व क्वांटम प्रोटोकॉल में भविष्य के काम के लिए नए मार्ग खोलने में है। इस तकनीक को राज्य स्थानांतरण के बाहर और डिकोहेरेंस-मुक्त उपस्थान के बाहर भी लागू किया जा सकता है।
शोध यह भी संभावना को खोलता है कि क्या डिकोहेरेंस को अन्य भौतिक मंचों में, विभिन्न शोर स्रोतों के साथ भी उलटा किया जा सकता है।
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एक पारंपरिक सिलिकॉन ट्रांजिस्टर में दो क्यूबिट गेट को वास्तविक बनाना
दूसरा अध्ययन, जोस्विट्जरलैंड के सबसे पुराने विश्वविद्यालय, बासेल विश्वविद्यालय द्वारा किया गया था,नेएक पारंपरिक सिलिकॉन ट्रांजिस्टर में दो होल स्पिन क्यूबिट्स के बीच एक नियंत्रित परस्पर क्रिया हासिल करने में एक सफलता प्राप्त की है।
नेचर में प्रकाशित, अध्ययन में उल्लेख किया गया है कि सेमीकंडक्टर स्पिन क्यूबिट्स बड़े पैमाने पर क्वांटम कंप्यूटरों का उत्पादन करने के लिए औद्योगिक ट्रांजिस्टर प्रौद्योगिकी का उपयोग करने की संभावना प्रदान करते हैं।
एक क्वांटम कंप्यूटर को गणना करने के लिए, इसे “क्वांटम गेट” की आवश्यकता होती है, जो ऑपरेशन हैं जो क्यूबिट्स को मैनिप्युलेट करते हैं और उन्हें एक दूसरे से जोड़ते हैं। इस अध्ययन में शोधकर्ताओं ने न केवल दो क्यूबिट्स को जोड़ा, बल्कि उनके स्पिन में से एक को नियंत्रित रूप से फ्लिप करने में भी सफलता प्राप्त की, जो दूसरे के स्पिन राज्य पर निर्भर करता है। जोड़ इस दो स्पिन क्यूबिट्स के बीच एक्सचेंज इंटरैक्शन पर निर्भर करता है।
“होल स्पिन हमें दो-क्यूबिट गेट बनाने की अनुमति देते हैं जो तेज और उच्च-विश्वासता हैं। यह सिद्धांत अब हमें एक बड़े पैमाने पर क्वांटम कंप्यूटर बनाने की अनुमति देता है।”
– डॉ. एंड्रियास कुलमैन
शोधकर्ताओं ने पहले ही कुछ साल पहले दिखाया था कि एक मौजूदा इलेक्ट्रॉनिक डिवाइस में होल स्पिन को फंसाया जा सकता है और क्यूबिट्स के रूप में उपयोग किया जा सकता है। अब, कुलमैन ने बासेल के भौतिक विज्ञानियों की इस टीम को सफलता प्राप्त करने में मदद की है जोनियंत्रितकिया जा सकता है।
एक लापता कारक, अध्ययन के अनुसार, मजबूत स्पिन-ऑर्बिट इंटरैक्शन के दौरान एक्सचेंज जोड़ की समझ है। इसे संबोधित करने के लिए, वैज्ञानिकों ने एक सिलिकॉन “फिनफेट” या फिन फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर में दो होल-स्पिन क्यूबिट्स का अध्ययन किया। स्पिन-ऑर्बिट जोड़ का अर्थ है एक होल की स्पिन स्थिति उसकी गति से प्रभावित होती है।
इस प्रकार, सेमीकंडक्टर क्वांटम डॉट (क्यूडी) स्पिन क्यूबिट्स को बड़े पैमाने पर क्वांटम सर्किट के भविष्य के कार्यान्वयन के लिए सबसे उपयुक्त माना जाता है। हालांकि, वर्तमान में सबसे उन्नत स्पिन-आधारित क्वांटम प्रोसेसर में सिलिकॉन (एसआई) में छह इलेक्ट्रॉन स्पिन क्यूबिट्स का सार्वभौमिक नियंत्रण है।इसकेबाद जर्मनियम में चार-क्यूबिट प्रदर्शन है।
अध्ययन के लिए, शोधकर्ताओं ने एक क्यूबिट का उपयोग किया जो एक इलेक्ट्रॉन या एक होल के स्पिन का उपयोग करता है। दोनों इलेक्ट्रॉन और होल स्पिन और या तो ऊपर या नीचे की स्थिति अपनाते हैं।
होल स्पिन, इलेक्ट्रॉन स्पिन की तुलना में, पूरी तरह से विद्युत रूप से नियंत्रित किए जा सकते हैं बिना किसी ऑर्बिटल डिगेनरेसी या अतिरिक्त घटकों जैसे ऑन-चिप माइक्रोमैग्नेट्स की आवश्यकता के, जो समीकरण को जटिल बनाते हैं।यहउनकी आंतरिक स्पिन-ऑर्बिट परस्पर क्रिया (एसओआई) के कारण है। होल को कम हाइपरफाइन इंटरैक्शन और घाटी की अनुपस्थिति का भी लाभ मिलता है।
इस प्रकार, अध्ययन 24 नैनोसेकंड में विद्युत रूप से नियंत्रित एक्सचेंज और एक स्पिन को सशर्त रूप से फ्लिप करने की क्षमता का प्रदर्शन करता है। एक्सचेंज हैमिल्टोनियन अब हाइसेनबर्ग फॉर्म में नहीं है और दो-क्यूबिट नियंत्रित रोटेशन गेटों को सक्षम बनाने के लिए इंजीनियर किया जा सकता है बिना गति के लिए सटीकता का बलिदान किए। अनुसंधान के अनुसार:
“यह आदर्श व्यवहार एक विस्तृत चुंबकीय क्षेत्र अभिविन्यास के साथ लागू होता है, जो क्यूबिट से क्यूबिट में भिन्नता के संबंध में इस दृष्टिकोण को मजबूत बनाता है, यह दर्शाता है कि यह एक बड़े पैमाने पर क्वांटम कंप्यूटर बनाने के लिए एक उपयुक्त दृष्टिकोण है।”
यह अध्ययन सुझाव देता है कि एक ही चिप पर लाखों होल स्पिन क्यूबिट्स को व्यवस्थित करने की संभावना है। इसका दृष्टिकोण बड़े पैमाने पर क्वांटम कंप्यूटर विकसित करने में बहुत संभावना दिखाता है।
भविष्य में डिवाइस फैब्रिकेशन में सुधार की आवश्यकता है ताकि परिवर्तनशीलता को कम किया जा सके। जब रोबस्ट नियंत्रित रोटेशन (सीआरओटी) मीठे स्थानों के साथ जोड़ा जाता है, तो ये प्रगति दो-क्यूबिट गेट ऑपरेशन को अनुकूल बनाती हैं जो अनिसोट्रोपिक एक्सचेंज के साथ होती हैं।
इस शोध के साथ तेजी से पढ़ने और 1 के ऊपर संचालन को मिलाने से फिनफेट को एक सार्वभौमिक क्वांटम प्रोसेसर के रूप में उपयोग करने की अनुमति मिलती है जो क्लासिक नियंत्रण इलेक्ट्रॉनिक्स में एक चिप पर व्यवस्थित है।
क्वांटम कंप्यूटरों के विकास में शामिल कंपनियां
अब, आइए उन कंपनियों पर एक नज़र डालें जो क्वांटम कंप्यूटरों पर सक्रिय रूप से काम कर रही हैं:
#1.आईबीएम
आईबीएम क्वांटम कंप्यूटिंग अनुसंधान में कई वर्षों से अग्रणी रहा है और आईबीएम क्यू सिस्टम वन, पहला सर्किट-आधारित व्यावसायिक क्वांटम कंप्यूटर विकसित किया है। कंपनी अपने क्वांटम सिस्टम तक पहुंच प्रदान करती है आईबीएम क्वांटम एक्सपीरियंस प्लेटफॉर्म के माध्यम से।
इस महीने की शुरुआत में, आईबीएम ने अपने 1,000+ क्यूबिट क्वांटम प्रोसेसर कंडोर और अपने यूटिलिटी-स्केल प्रोसेसर आईबीएम क्वांटम हरोन को 133 क्यूबिट्स के साथ लॉन्च किया। इसने मॉड्यूलर क्वांटम कंप्यूटर, क्वांटम सिस्टम टू को भी लॉन्च किया। इसके अलावा, क्वांटम कंप्यूटिंग के विकास को व्यापक रूप से सुलभ बनाने के लिए आईबीएम क्विस्किट सॉफ्टवेयर स्टैक के माध्यम से।
इस साल, जापानी राष्ट्रीय अनुसंधान प्रयोगशाला रिकेन ने घोषणा की कि वह आईबीएम के क्वांटम प्रोसेसर और क्वांटम कंप्यूटर आर्किटेक्चर को अपने सुपरकंप्यूटर फुगाकु के साथ एकीकरण के लिए तैनात करेगा।
कंपनी काहालिया शोधइस क्षेत्र में शामिल हैं:
- उच्च-थ्रेशहोल्ड और कम-ओवरहेड फॉल्ट-टॉलरेंट क्वांटम मेमोरी।
- ब्रेक-इवन फिडेलिटी के साथ एक मैजिक स्टेट को एनकोड करना।
- क्लाउड-आधारित सुपरकंडक्टिंग क्वांटम कंप्यूटरों पर बड़े-आकार के क्वांटम स्पिन श्रृंखला का अनुकरण।
(IBM )
लेखन के समय, कंपनी के शेयर 167.36 डॉलर पर कारोबार कर रहे हैं, जो वर्ष-दर-वर्ष 2.33% बढ़ रहे हैं, जबकि इसका बाजार पूंजीकरण 153.73 अरब डॉलर है। आईबीएम ने राजस्व (टीटीएम) 62.07 अरब डॉलर की सूचना दी, ईपीएस (टीटीएम) 9.19 और पी/ई (टीटीएम) 18.22। डिविडेंड यील्ड 3.99% है।
अपनी हालिया क्वार्टर 1 2024 की वित्तीय रिपोर्ट में, आईबीएम ने अपने राजस्व में 1.5% की वार्षिक वृद्धि देखी, जो क्वार्टर में 14.5 अरब डॉलर हो गई, और 1.9 अरब डॉलर का मुक्त नकदी प्रवाह। कंपनी ने उल्लेख किया कि इसकी “मजबूत राजस्व और मुक्त नकदी प्रवाह वृद्धि” इसकी क्लाउड और एआई रणनीति की ताकत को दर्शाती है।
#2.गूगल
क्वांटम कंप्यूटिंग की दुनिया में, गूगल ने अपने क्वांटम एआई लैब के साथ प्रगति की है, जो हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर दोनों पर काम करता है। कुछ साल पहले, डिवीजन ने साइकामोर, एक 53-क्यूबिट क्वांटम प्रोसेसर लॉन्च किया था। वर्तमान में, टेक दिग्गज का हार्डवेयर सुपरकंडक्टिंग क्यूबिट्स पर केंद्रित है, जबकि इसका उन्नत सॉफ्टवेयर स्टैक क्वांटम कंप्यूटिंग की शक्ति का अन्वेषण करता है।
कुछ महीनों पहले, गूगल ने वास्तविक दुनिया के उपयोग के मामलों के लिए क्वांटम कंप्यूटिंग का पता लगाने के लिए एक बहु-वर्ष, वैश्विक प्रतियोगिता शुरू की, जिसमें 5 मिलियन डॉलर का पुरस्कार होगा, जोफाइनलिस्टके बीच विभाजित किया जाएगा। गूगल ने मार्च में उल्लेख किया:
“क्वांटम कंप्यूटिंग की संभावना के बारे में आशावादी होने के कई कारण हैं, लेकिन हम अभी भी वास्तविक दुनिया की समस्याओं के बारे में अनजान हैं जिनका समाधान यह प्रौद्योगिकी सबसे अधिक पारदर्शी और कारगर तरीके से कर सकती है।”
कंपनी काहालिया शोधइस क्षेत्र में शामिल हैं:
(GOOGL )
लेखन के समय, कंपनी के शेयर 107.48 डॉलर पर कारोबार कर रहे हैं, जो वर्ष-दर-वर्ष 21.94% बढ़ रहे हैं, जबकि इसका बाजार पूंजीकरण 2.12 ट्रिलियन डॉलर है। गूगल ने राजस्व (टीटीएम) 218.14 अरब डॉलर की सूचना दी, ईपीएस (टीटीएम) 6.52 और पी/ई (टीटीएम) 26/13। डिविडेंड यील्ड 0.47% है।
क्वार्टर 1 2024 के लिए अपनी कमाई में, कंपनी ने 13% की वार्षिक वृद्धि के साथ 86.3 अरब डॉलर के राजस्व की सूचना दी, 20.28 अरब डॉलर का शुद्ध लाभ, और पहली बार 20 प्रति शेयर लाभांश। 2024 की वसंत ऋतु में, इसका बाजार पूंजीकरण 2 ट्रिलियन डॉलर के नए मील के पत्थर तक पहुंच गया, जिससे यह दुनिया की चौथी सबसे मूल्यवान सार्वजनिक कंपनी बन गई।
निष्कर्ष
एक कार्यात्मक क्वांटम कंप्यूटर बनाने की दौड़ में, शोधकर्ताक्यूबिट्स को समझनेपर केंद्रित हैं और विभिन्न क्यूबिट प्रौद्योगिकियों के साथ काम कर रहे हैं। क्यूबिट्स क्वांटम कंप्यूटर के आधार हैं क्योंकि वे सभी प्रोसेसिंग, ट्रांसफर और डेटा स्टोरेज को संभालते हैं। इसलिए, सभी शोध क्यूबिट्स के चारों ओर हो रहा है, जिनमें से दो नवीनतम यहां शामिल हैं, जो एक व्यावहारिक क्वांटम कंप्यूटर बनाने में मदद करने के लिए हैं।
क्वांटम कंप्यूटिंग में शामिल पांच सर्वश्रेष्ठ कंपनियों की सूची के लिए यहां क्लिक करें।
