क्वांटम संगणनातील प्रगतीची मालिका
एक सामान्य संगणक, ज्याला आता शास्त्रीय किंवा पारंपारिक संगणक म्हणून संबोधले जाते ते 0s आणि 1s (शून्य आणि एक) च्या मूलभूत संकल्पनेवर कार्य करते. जेव्हा आम्ही विचारतो संगणक आमच्यासाठी एखादे कार्य करण्यासाठी, उदाहरणार्थ गणितीय गणना किंवा अपॉइंटमेंटचे बुकिंग किंवा दैनंदिन जीवनाशी संबंधित काहीही, दिलेल्या क्षणी हे कार्य 0 आणि 1s च्या स्ट्रिंगमध्ये रूपांतरित (किंवा भाषांतरित) केले जाते (ज्याला नंतर म्हणतात इनपुट), या इनपुटवर अल्गोरिदमद्वारे प्रक्रिया केली जाते (संगणकावरील कार्य पूर्ण करण्यासाठी पाळल्या जाणार्‍या नियमांचा संच म्हणून परिभाषित). या प्रक्रियेनंतर, 0s आणि 1s ची एक नवीन स्ट्रिंग परत केली जाते (ज्याला आउटपुट म्हणतात), आणि हे अपेक्षित परिणामासाठी एन्कोड करते आणि वापरकर्त्याला संगणकाने काय करावे असे "उत्तर" म्हणून सोप्या वापरकर्ता-अनुकूल माहितीमध्ये परत अनुवादित केले जाते. . हे मनोरंजक आहे की अल्गोरिदम कितीही हुशार किंवा हुशार असला तरीही आणि कार्याची अडचण पातळी काहीही असो, संगणक अल्गोरिदम फक्त एकच गोष्ट करतो - बिट्सची स्ट्रिंग हाताळणे - जिथे प्रत्येक बिट 0 किंवा 1 असतो. मॅनिपुलेशन संगणकावर होते (सॉफ्टवेअरच्या शेवटी) आणि मशीन स्तरावर हे इलेक्ट्रिकल सर्किट्स (संगणक मदरबोर्डवर) द्वारे दर्शविले जाते. हार्डवेअर टर्मिनोलॉजीमध्ये जेव्हा या इलेक्ट्रिकल सर्किट्समधून करंट जातो तेव्हा ते बंद असते आणि चालू नसताना उघडे असते.
शास्त्रीय वि क्वांटम संगणक
म्हणून, शास्त्रीय संगणकांमध्ये, बिट हा माहितीचा एक भाग आहे जो दोन संभाव्य स्थितींमध्ये अस्तित्वात असू शकतो - 0 किंवा 1. तथापि, जर आपण याबद्दल बोललो तर भाग संगणक, ते सहसा क्वांटम बिट्स वापरतात (याला 'क्यूबिट्स' देखील म्हणतात). या दोन अवस्था असलेल्या क्वांटम सिस्टीम आहेत, तथापि, नेहमीच्या बिटच्या विपरीत (0 किंवा 1 म्हणून संग्रहित), क्यूबिट्स अधिक माहिती संचयित करू शकतात आणि या मूल्यांच्या कोणत्याही गृहीतकामध्ये अस्तित्वात असू शकतात. अधिक चांगल्या प्रकारे समजावून सांगण्यासाठी, क्यूबिट हा एक काल्पनिक गोल आहे असे मानले जाऊ शकते, जेथे क्यूबिट हा गोलावरील कोणताही बिंदू असू शकतो. असे म्हटले जाऊ शकते की क्वांटम संगणन कोणत्याही वेळी एकापेक्षा जास्त अवस्थेत अस्तित्वात असलेल्या उपअणू कणांच्या क्षमतेचा फायदा घेते आणि तरीही ते परस्पर अनन्य असू शकतात. दुसरीकडे, शास्त्रीय बिट फक्त दोन अवस्थेत असू शकते - उदाहरण गोलाच्या दोन ध्रुवांच्या शेवटी. सामान्य जीवनात आपण ही 'सुपरपोझिशन' पाहू शकत नाही कारण एकदा का एखादी प्रणाली संपूर्णपणे पाहिली की ही सुपरपोझिशन नाहीशी होते आणि यामुळेच अशा सुपरपोझिशनची समज अस्पष्ट असते.
संगणकासाठी याचा अर्थ असा आहे की क्यूबिट्स वापरणारे क्वांटम संगणक शास्त्रीय संगणकापेक्षा कमी उर्जेचा वापर करून मोठ्या प्रमाणात माहिती संचयित करू शकतात आणि अशा प्रकारे ऑपरेशन्स किंवा गणना क्वांटम संगणकावर तुलनेने अधिक जलद करता येतात. तर, शास्त्रीय संगणक 0 किंवा 1 घेऊ शकतो, या संगणकातील दोन बिट चार संभाव्य अवस्थांमध्ये (00, 01, 10 किंवा 11) असू शकतात, परंतु कोणत्याही वेळी फक्त एकच स्थिती दर्शविली जाते. दुसरीकडे, क्वांटम कॉम्प्युटर सुपरपोझिशनमध्ये असू शकतील अशा कणांसह कार्य करतो, दोन क्यूबिट्स एकाच वेळी अचूक चार अवस्था दर्शवू देतो कारण सुपरपोझिशनच्या गुणधर्मामुळे संगणकांना 'बायनरी कंस्ट्रेंट'पासून मुक्त केले जाते. हे एकाच वेळी चालणाऱ्या चार संगणकांच्या बरोबरीचे असू शकते आणि जर आपण हे qubits जोडले तर क्वांटम संगणकाची शक्ती वेगाने वाढते. क्वांटम कॉम्प्युटर क्वांटम फिजिक्सच्या 'क्वांटम एन्टँगलमेंट' नावाच्या दुसऱ्या गुणधर्माचा फायदा घेतात, अल्बर्ट आइनस्टाइनने परिभाषित केले आहे, एंटेन्गलमेंट ही एक अशी मालमत्ता आहे जी क्वांटम कणांना त्यांच्या स्थानाची पर्वा न करता कनेक्ट आणि संवाद साधू देते. विश्व जेणेकरुन एकाची स्थिती बदलल्याने दुसऱ्यावर तात्काळ परिणाम होऊ शकतो. 'सुपरपोझिशन' आणि 'एंटँगलमेंट' या दुहेरी क्षमता तत्त्वतः खूप शक्तिशाली आहेत. म्हणूनच, शास्त्रीय संगणकाच्या तुलनेत क्वांटम संगणक काय साध्य करू शकतो हे अकल्पनीय आहे. हे सर्व अतिशय रोमांचक आणि सरळ वाटते, तथापि, या परिस्थितीत समस्या आहे. क्वांटम कॉम्प्युटर, जर त्याचे इनपुट म्हणून क्यूबिट्स (सुपरपोज्ड बिट्स) घेतात, तर त्याचे आउटपुट देखील क्वांटम अवस्थेत असेल म्हणजेच सुपरपोज्ड बिट्स असलेले आउटपुट जे ते कोणत्या स्थितीत आहे त्यानुसार बदलत राहू शकते. या प्रकारचे आउटपुट नाही. आम्हाला सर्व माहिती प्राप्त करण्याची खरोखर परवानगी देत नाही आणि म्हणूनच क्वांटम कंप्युटिंगच्या कलेतील सर्वात मोठे आव्हान म्हणजे या क्वांटम आउटपुटमधून जास्तीत जास्त माहिती मिळविण्याचे मार्ग शोधणे.
क्वांटम संगणक येथे असेल!
क्वांटम मेकॅनिक्सच्या प्रिन्सिपलच्या आधारावर क्वांटम संगणकांना शक्तिशाली मशीन्स म्हणून परिभाषित केले जाऊ शकते जे माहितीवर प्रक्रिया करण्यासाठी पूर्णपणे नवीन दृष्टीकोन घेतात. ते निसर्गाचे जटिल नियम शोधण्याचा प्रयत्न करतात जे नेहमीच अस्तित्वात असतात परंतु सहसा लपलेले असतात. जर अशा नैसर्गिक घटनांचा शोध लावला जाऊ शकतो, तर क्वांटम कंप्युटिंग माहितीवर प्रक्रिया करण्यासाठी नवीन प्रकारचे अल्गोरिदम चालवू शकते आणि यामुळे साहित्य विज्ञान, औषध शोध, रोबोटिक्स आणि कृत्रिम बुद्धिमत्तेमध्ये नाविन्यपूर्ण प्रगती होऊ शकते. क्वांटम कॉम्प्युटरची कल्पना अमेरिकन सैद्धांतिक भौतिकशास्त्रज्ञ रिचर्ड फेनमन यांनी 1982 मध्ये मांडली होती. आणि आज, तंत्रज्ञान कंपन्या (जसे की IBM, Microsoft, Google, Intel) आणि शैक्षणिक संस्था (जसे की MIT, आणि प्रिन्स्टन विद्यापीठ) क्वांटमवर काम करत आहेत. मुख्य प्रवाहातील क्वांटम संगणक तयार करण्यासाठी संगणक प्रोटोटाइप. इंटरनॅशनल बिझनेस मशिन्स कॉर्पोरेशन (IBM) ने अलीकडेच म्हटले आहे की त्यांच्या शास्त्रज्ञांनी एक शक्तिशाली क्वांटम कॉम्प्युटिंग प्लॅटफॉर्म तयार केला आहे आणि ते प्रवेशासाठी उपलब्ध केले जाऊ शकते परंतु बहुतेक कार्ये करण्यासाठी ते पुरेसे नाही अशी टिप्पणी करते. त्यांचे म्हणणे आहे की सध्या विकसित होत असलेला 50-क्यूबिट प्रोटोटाइप अनेक समस्या सोडवू शकतो ज्या आज शास्त्रीय संगणक करतात आणि भविष्यात 50-100 क्यूबिट संगणक मोठ्या प्रमाणात ही पोकळी भरून काढतील म्हणजेच फक्त काहीशे क्यूबिट असलेले क्वांटम संगणक सक्षम होतील. ज्ञात अणूंपेक्षा एकाच वेळी अधिक गणना करा विश्व. वास्तविकपणे सांगायचे तर, क्वांटम कॉम्प्युटर कठीण कामांमध्ये शास्त्रीय संगणकापेक्षा प्रत्यक्षात मात करू शकेल असा मार्ग अडचणी आणि आव्हानांनी भरलेला आहे. अलीकडेच इंटेलने घोषित केले आहे की कंपनीच्या नवीन 49-क्विट क्वांटम संगणकाने या “क्वांटम वर्चस्व” च्या दिशेने एक पाऊल दाखवले आहे, ज्या कंपनीने फक्त 17 महिन्यांपूर्वी 2-बिट क्विट प्रणालीचे प्रदर्शन केले होते. क्यूबिट्सची संख्या वाढवणे ही क्वांटम कॉम्प्युटर तयार करण्याची गुरुकिल्ली आहे या समजावर आधारित प्रकल्पाचा विस्तार करत राहणे हे त्यांचे प्राधान्य आहे.
क्वांटम कॉम्प्युटर तयार करण्यासाठी सामग्री महत्त्वाची आहे
मटेरियल सिलिकॉन हा अनेक दशकांपासून संगणनाचा अविभाज्य भाग आहे कारण त्याच्या क्षमतांचा मुख्य संच त्याला सामान्य (किंवा शास्त्रीय) संगणनासाठी योग्य बनवतो. तथापि, क्वांटम संगणनाचा संबंध आहे, मुख्यतः दोन कारणांमुळे सिलिकॉन-आधारित सोल्यूशन्सचा अवलंब केला गेला नाही, एक म्हणजे सिलिकॉनवर उत्पादित क्यूबिट्स नियंत्रित करणे कठीण आहे आणि दुसरे म्हणजे, सिलिकॉन क्यूबिट्स तसेच इतर स्केल करू शकतात की नाही हे अद्याप स्पष्ट नाही. उपाय. एका मोठ्या प्रगतीमध्ये इंटेलने अलीकडेच विकसित केले आहे1 'स्पिन क्विट' म्हणून ओळखला जाणारा नवीन प्रकारचा क्यूबिट जो पारंपरिक सिलिकॉनवर तयार होतो. स्पिन क्यूबिट्स सेमीकंडक्टर इलेक्ट्रॉनिक्ससारखे जवळून दिसतात आणि ते सिलिकॉन उपकरणावर एकाच इलेक्ट्रॉनच्या स्पिनचा फायदा घेऊन आणि लहान, मायक्रोवेव्ह डाळींसह हालचाली नियंत्रित करून त्यांची क्वांटम शक्ती प्रदान करतात. इंटेलला या दिशेने वाटचाल करण्यास कारणीभूत असलेले दोन मोठे फायदे म्हणजे, एक कंपनी म्हणून इंटेलने आधीच सिलिकॉन उद्योगात मोठी गुंतवणूक केली आहे आणि त्यामुळे सिलिकॉनमध्ये योग्य कौशल्य आहे. दुसरे म्हणजे, सिलिकॉन क्यूबिट्स अधिक फायदेशीर आहेत कारण ते पारंपारिक क्यूबिट्सपेक्षा लहान आहेत आणि ते दीर्घ कालावधीसाठी सुसंगत असणे अपेक्षित आहे. जेव्हा क्वांटम कंप्युटिंग सिस्टीमला स्केल अप करणे आवश्यक असते (उदा. 100-क्यूबिट वरून 200-क्विटवर जाणे) तेव्हा हे महत्त्वाचे असते. इंटेल या प्रोटोटाइपची चाचणी करत आहे आणि कंपनीला अपेक्षा आहे की हजारो लहान क्यूबिट अॅरे असलेल्या चिप्सचे उत्पादन केले जाईल आणि असे उत्पादन जेव्हा मोठ्या प्रमाणात केले जाते तेव्हा ते क्वांटम कॉम्प्युटर स्केलिंगसाठी खूप चांगले असू शकते आणि वास्तविक गेमचेंजर असू शकते.
मध्ये प्रकाशित नुकत्याच झालेल्या एका संशोधनात विज्ञान, फोटोनिक क्रिस्टल्ससाठी एक नवीन डिझाइन केलेला नमुना (म्हणजे फोटोनिक चिपवर लागू केलेले क्रिस्टल डिझाइन) यूएसए युनिव्हर्सिटी ऑफ मेरीलँड येथील एका टीमने विकसित केले आहे, ज्याचा दावा क्वांटम संगणकांना अधिक सुलभ बनवेल.2. हे फोटॉन हे ज्ञात असलेल्या प्रकाशाचे सर्वात लहान प्रमाण आहेत आणि हे स्फटिक छिद्रांनी जोडलेले होते ज्यामुळे प्रकाशाचा संवाद होतो. वेगवेगळ्या छिद्रांचे नमुने क्रिस्टलमधून प्रकाशाच्या वाकण्याचा आणि उसळण्याचा मार्ग बदलतात आणि येथे हजारो त्रिकोणी छिद्रे तयार केली गेली. क्वांटम कॉम्प्युटर तयार करण्याच्या प्रक्रियेसाठी सिंगल फोटॉनचा असा वापर महत्त्वाचा आहे कारण संगणकांमध्ये मोठ्या संख्येची आणि रासायनिक प्रतिक्रियांची गणना करण्याची क्षमता असेल जी सध्याचे संगणक करू शकत नाहीत. चिपच्या डिझाइनमुळे क्वांटम कॉम्प्युटरमधील फोटॉन्सचे हस्तांतरण कोणत्याही नुकसानाशिवाय शक्य होते. हे नुकसान क्वांटम कॉम्प्युटरसाठी एक मोठे आव्हान म्हणून देखील पाहिले गेले आहे आणि अशा प्रकारे ही चिप समस्येची काळजी घेते आणि कार्यक्षम मार्गास अनुमती देते भाग माहिती एका सिस्टीममधून दुसर्‍या प्रणालीकडे.
भविष्यातील
क्वांटम संगणक कोणत्याही पारंपारिक सुपर कॉम्प्युटरच्या पलीकडे गणना चालवण्याचे वचन देतात. अणु पातळीपर्यंत पदार्थाच्या वर्तनाचे अनुकरण करणे शक्य करून नवीन सामग्रीच्या शोधात क्रांती घडवून आणण्याची त्यांच्यात क्षमता आहे. ते डेटावर जलद आणि अधिक कार्यक्षमतेने प्रक्रिया करून कृत्रिम बुद्धिमत्ता आणि रोबोटिक्ससाठी आशा निर्माण करते. व्यावसायिकदृष्ट्या व्यवहार्य क्वांटम संगणन प्रणालीचे वितरण येत्या काही वर्षांत कोणत्याही मोठ्या संस्थांद्वारे केले जाऊ शकते कारण हे संशोधन अद्याप खुले आहे आणि सर्वांसाठी एक न्याय्य खेळ आहे. येत्या पाच ते सात वर्षांमध्ये मोठ्या घोषणा अपेक्षित आहेत आणि आदर्शपणे होत असलेल्या प्रगतीच्या मालिकेनुसार, अभियांत्रिकी समस्या सोडवल्या पाहिजेत आणि 1 दशलक्ष किंवा त्याहून अधिक क्यूबिट्स क्वांटम कॉम्प्युटर हे वास्तव बनले पाहिजे.
***
{उद्धृत स्रोतांच्या सूचीमध्ये खाली दिलेल्या DOI लिंकवर क्लिक करून तुम्ही मूळ शोधनिबंध वाचू शकता}
स्त्रोत
1. Castelvecchi D. 2018. सिलिकॉनने क्वांटम-कॉम्प्युटिंग शर्यतीत स्थान मिळवले. निसर्ग. ५५३(७६८७). https://doi.org/10.1038/d41586-018-00213-3
2. सब्यसाची बी. आणि इतर. 2018. एक टोपोलॉजिकल क्वांटम ऑप्टिक्स इंटरफेस. विज्ञान. ३५९(६३७६). https://doi.org/10.1126/science.aaq0327
