কোয়ান্ট-নেট-এর টেস্টবেড উদ্ভাবন: কোয়ান্টাম নেটওয়ার্ক পুনর্নির্মাণ - পদার্থবিজ্ঞান বিশ্ব

আজকের ইন্টারনেট বৈশ্বিক, এমনকি আন্তঃনাক্ষত্রিক, দূরত্বে তথ্যের ক্লাসিক্যাল বিট এবং বাইট বিতরণ করে। অন্যদিকে, আগামীকালের কোয়ান্টাম ইন্টারনেট দূরবর্তী সংযোগ, ম্যানিপুলেশন এবং কোয়ান্টাম তথ্য সংরক্ষণ করতে সক্ষম করবে – ফোটন ব্যবহার করে কোয়ান্টাম এনট্যাঙ্গলমেন্ট বিতরণের মাধ্যমে – মেট্রোপলিটন, আঞ্চলিক এবং দীর্ঘ দূরত্বের অপটিক্যাল নেটওয়ার্কের মধ্যে শারীরিকভাবে দূরবর্তী কোয়ান্টাম নোড জুড়ে। সুযোগগুলি বাধ্যতামূলক এবং ইতিমধ্যে বিজ্ঞান, জাতীয় নিরাপত্তা এবং বৃহত্তর অর্থনীতির জন্য নজরে আসছে।

কোয়ান্টাম মেকানিক্সের নীতিগুলিকে কাজে লাগিয়ে - সুপারপজিশন, এনট্যাঙ্গলমেন্ট এবং "নো-ক্লোনিং" উপপাদ্য, উদাহরণস্বরূপ - কোয়ান্টাম নেটওয়ার্কগুলি সমস্ত ধরণের অনন্য অ্যাপ্লিকেশনগুলিকে সক্ষম করবে যা ক্লাসিক্যাল নেটওয়ার্কিং প্রযুক্তিগুলির সাথে সম্ভব নয়৷ সরকার, অর্থ, স্বাস্থ্যসেবা এবং সামরিক বাহিনীর জন্য কোয়ান্টাম-এনক্রিপ্ট করা যোগাযোগ স্কিম চিন্তা করুন; বৈজ্ঞানিক গবেষণা এবং ওষুধের জন্য অতি উচ্চ-রেজোলিউশন কোয়ান্টাম সেন্সিং এবং মেট্রোলজি; এবং, শেষ পর্যন্ত, বিশ্বব্যাপী নেটওয়ার্ক জুড়ে সুরক্ষিতভাবে সংযুক্ত ক্লাউড-ভিত্তিক কোয়ান্টাম কম্পিউটিং সংস্থানগুলির বাস্তবায়ন।

এই মুহূর্তে, যদিও, কোয়ান্টাম নেটওয়ার্কগুলি এখনও তাদের শৈশবকালে, গবেষণা সম্প্রদায়, বড় প্রযুক্তি (আইবিএম, অ্যামাজন, গুগল এবং মাইক্রোসফ্টের মতো কোম্পানি) এবং উদ্যোগ-অর্থায়নকৃত স্টার্ট-আপগুলির একটি তরঙ্গ যা ব্যবহারিক কার্যকারিতার দিকে বিভিন্ন R&D পথ অনুসরণ করছে এবং বাস্তবায়ন. এই বিষয়ে একটি কেস স্টাডি হল QUANT-NET, একটি $12.5m, পাঁচ বছরের R&D উদ্যোগ যা ইউএস ডিপার্টমেন্ট অফ এনার্জি (DOE) দ্বারা সমর্থিত, অ্যাডভান্সড সায়েন্টিফিক কম্পিউটিং রিসার্চ প্রোগ্রামের অধীনে, একটি প্রমাণ-অফ-নির্মাণের লক্ষ্য নিয়ে। মূল কোয়ান্টাম নেটওয়ার্ক বিতরণ করা কোয়ান্টাম কম্পিউটিং অ্যাপ্লিকেশনের জন্য পরীক্ষিত।

ল্যাবের বাইরে, নেটওয়ার্কে

সমষ্টিগতভাবে, QUANT-NET কনসোর্টিয়ামের মধ্যে চারটি গবেষণা অংশীদার – বার্কলে ল্যাব (বার্কলে, CA); ইউনিভার্সিটি অফ ক্যালিফোর্নিয়া বার্কলে (UC Berkeley, CA); ক্যালটেক (পাসাডেনা, সিএ); এবং ইউনিভার্সিটি অফ ইনসব্রুক (অস্ট্রিয়া)- দুটি সাইটের (বার্কলে ল্যাব এবং ইউসি বার্কলে) মধ্যে একটি তিন-নোড, বিতরণ করা কোয়ান্টাম কম্পিউটিং নেটওয়ার্ক স্থাপন করতে চাইছে। এইভাবে, প্রতিটি কোয়ান্টাম নোড একটি কাস্টম-নির্মিত সফ্টওয়্যার স্ট্যাক দ্বারা পরিচালিত সমস্ত টেস্টবেড অবকাঠামো সহ, পূর্ব-ইনস্টল করা টেলিকম ফাইবারের উপর একটি কোয়ান্টাম এনট্যাঙ্গলমেন্ট কমিউনিকেশন স্কিমের মাধ্যমে লিঙ্ক করা হবে।

"একটি কোয়ান্টাম কম্পিউটারে কিউবিটের সংখ্যা বাড়ানোর ক্ষেত্রে অনেক জটিল চ্যালেঞ্জ রয়েছে," বলেছেন ইন্দরমোহন (ইন্দর) মঙ্গা, কোয়ান্ট-নেট প্রধান তদন্তকারী এবং বার্কলে ল্যাবের বৈজ্ঞানিক নেটওয়ার্কিং বিভাগের পরিচালক এবং শক্তির নির্বাহী পরিচালক। সায়েন্সেস নেটওয়ার্ক (ESnet), DOE-এর উচ্চ-পারফরম্যান্স নেটওয়ার্ক ব্যবহারকারী সুবিধা ("ESnet: নেটওয়ার্কিং বড়-স্কেল বিজ্ঞান" দেখুন)। "কিন্তু যদি একাধিক ছোট কম্পিউটারের নেটওয়ার্ক থেকে একটি বড় কম্পিউটার তৈরি করা যায়," তিনি যোগ করেন, "আমরা কি সম্ভবত কোয়ান্টাম কম্পিউটিং ক্ষমতার স্কেলিং দ্রুত-ট্র্যাক করতে পারি - একটি ফাইবার-এর উপর কোয়ান্টাম এনট্যাঙ্গলমেন্ট বন্টন করে - আরও কিউবিট মূলত কাজ করছে - অপটিক অবকাঠামো? এটি মৌলিক প্রশ্ন যা আমরা কোয়ান্ট-নেটের মধ্যে উত্তর দেওয়ার চেষ্টা করছি।"

মঙ্গা এবং সহকর্মীদের জন্য আরেকটি অনুপ্রেরণা হল কোয়ান্টাম কমিউনিকেশন টেকনোলজিগুলিকে "ল্যাবের বাইরে" বাস্তব-বিশ্বের নেটওয়ার্কিং সিস্টেমে নিয়ে যাওয়া যা ইতিমধ্যে মাটিতে স্থাপন করা টেলিকম ফাইবারগুলিকে কাজে লাগায়৷ "বর্তমান কোয়ান্টাম নেটওয়ার্কিং সিস্টেমগুলি এখনও মূলত রুম-আকারের বা টেবিল-টপ পদার্থবিদ্যা পরীক্ষা, সূক্ষ্ম-সুরক্ষিত এবং স্নাতক ছাত্রদের দ্বারা পরিচালিত," মঙ্গা বলেছেন।

যেমন, QUANT-NET দলের প্রধান কাজগুলির মধ্যে একটি হল ফিল্ড-নিয়োগযোগ্য প্রযুক্তিগুলি প্রদর্শন করা যা সময়ের সাথে সাথে, অপারেটরের হস্তক্ষেপ ছাড়াই 24/7 পরিচালনা করতে সক্ষম হবে। "আমরা যা করতে চাই তা হল সফ্টওয়্যার স্ট্যাক তৈরি করা যাতে অর্কেস্ট্রেট করা যায় এবং সমস্ত শারীরিক-স্তর প্রযুক্তি পরিচালনা করা যায়," মঙ্গা যোগ করে৷ "অথবা অন্ততপক্ষে সেই সফ্টওয়্যার স্ট্যাকটি ভবিষ্যতে কেমন হওয়া উচিত সে সম্পর্কে কিছুটা ধারণা পান যাতে উচ্চ-দর এবং উচ্চ-বিশ্বস্ততা তৈরি, বিতরণ এবং সঞ্চয়কে দক্ষ, নির্ভরযোগ্য, স্কেলযোগ্য এবং ব্যয়-কার্যকর উপায়ে স্বয়ংক্রিয়ভাবে করা যায়।"

কোয়ান্টাম প্রযুক্তি সক্ষম করা

যদি কোয়ান্ট-নেট এন্ড-গেমটি কোয়ান্টাম ইন্টারনেটের জন্য প্রার্থীর হার্ডওয়্যার এবং সফ্টওয়্যার প্রযুক্তির রোড-টেস্ট করার জন্য হয়, তবে এটি একটি পদার্থবিজ্ঞানের দৃষ্টিকোণ থেকে শিক্ষামূলক কোর কোয়ান্টাম বিল্ডিং ব্লকগুলিকে আনপ্যাক করে যা টেস্টবেডের নেটওয়ার্ক নোডগুলি তৈরি করে - যথা, ট্র্যাপড-আয়ন। কোয়ান্টাম কম্পিউটিং প্রসেসর; কোয়ান্টাম ফ্রিকোয়েন্সি-রূপান্তর সিস্টেম; এবং রঙ-কেন্দ্র-ভিত্তিক, একক-ফটোন সিলিকন উত্স।

নেটওয়ার্কিং অবকাঠামোর ক্ষেত্রে, টেস্টবেড ডিজাইন এবং বাস্তবায়নে ইতিমধ্যে উল্লেখযোগ্য অগ্রগতি হয়েছে। কোয়ান্টাম নোডের মধ্যে ফাইবার নির্মাণ (5 কিমি ব্যাপ্তি) এবং বার্কলে ল্যাবের একটি ডেডিকেটেড কোয়ান্টাম নেটওয়ার্কিং হাবের ফিটিং সহ কোয়ান্ট-নেট টেস্টবেড অবকাঠামো সম্পূর্ণ। কোয়ান্টাম নেটওয়ার্ক আর্কিটেকচার এবং সফ্টওয়্যার স্ট্যাকের জন্য প্রাথমিক নকশাগুলিও রয়েছে।

কোয়ান্ট-নেট প্রকল্পের ইঞ্জিন-রুম হল ট্র্যাপড-আয়ন কোয়ান্টাম কম্পিউটিং প্রসেসর, যা Ca-এর জন্য একটি নতুন চিপ-ভিত্তিক ফাঁদ সহ একটি উচ্চ-সুক্ষ্ম অপটিক্যাল গহ্বরের একীকরণের উপর নির্ভর করে।⁺ আয়ন qubits. এই ট্র্যাপড-আয়ন কিউবিটগুলি নেটওয়ার্ক টেস্টবেড জুড়ে একটি ডেডিকেটেড কোয়ান্টাম চ্যানেলের মাধ্যমে সংযোগ করবে - ফলস্বরূপ, বিতরণ করা কোয়ান্টাম কম্পিউটিং নোডগুলির মধ্যে দীর্ঘ-দূরত্বের জট তৈরি করবে।

কোয়ান্টাম-নেট প্রজেক্টের প্রধান তদন্তকারী হার্টমুট হাফনার বলেছেন, "প্রদর্শন করাটাই মূল বিষয় কারণ এটি দূরবর্তী কোয়ান্টাম রেজিস্টারগুলির মধ্যে একটি লিঙ্ক প্রদান করে যা বিভিন্ন প্রসেসরের মধ্যে কোয়ান্টাম তথ্য টেলিপোর্ট করতে বা তাদের মধ্যে শর্তসাপেক্ষ লজিক চালানোর জন্য ব্যবহার করা যেতে পারে।" মঙ্গার সাথে, এবং যার ইউসি বার্কলে ক্যাম্পাসে পদার্থবিজ্ঞানের ল্যাবটি টেস্টবেডের অন্য নোড। সমানভাবে গুরুত্বপূর্ণ, একটি বিতরণ করা কোয়ান্টাম কম্পিউটারের কম্পিউটিং শক্তি উল্লেখযোগ্যভাবে কিউবিট সংখ্যার সাথে আন্তঃসংযুক্ত হতে পারে।

নেটওয়ার্ক জুড়ে দুটি দূরবর্তী আয়ন ফাঁদে আটকানো সহজবোধ্য নয়। প্রথমত, প্রতিটি আয়নের স্পিনকে অবশ্যই তার নিজ নিজ ফাঁদ থেকে নির্গত ফোটনের মেরুকরণের সাথে জড়াতে হবে (দেখুন "QUANT-NET টেস্টবেডে ইঞ্জিনিয়ারিং এবং শোষণ এনট্যাঙ্গলমেন্ট")। প্রতিটি ক্ষেত্রে উচ্চ-হার, উচ্চ-বিশ্বস্ততা আয়ন-ফোটন এনট্যাঙ্গলমেন্ট 854 nm তরঙ্গদৈর্ঘ্যে নির্গত একক, কাছাকাছি-ইনফ্রারেড ফোটনের উপর নির্ভর করে। UC বার্কলে এবং বার্কলে ল্যাব কোয়ান্টাম নোডগুলির মধ্যে পরবর্তী ফোটন সংক্রমণকে প্রভাবিত করে ফাইবার-অপ্টিক ক্ষতি কমাতে এই ফোটনগুলিকে 1550 nm টেলিকম সি-ব্যান্ডে রূপান্তরিত করা হয়। একসাথে নেওয়া, আটকে পড়া আয়ন এবং ফোটন একটি জয়-জয়কে প্রতিনিধিত্ব করে, আগেরটি স্থির কম্পিউটিং কিউবিট প্রদান করে; পরেরটি বিতরণ করা কোয়ান্টাম নোডগুলিকে সংযুক্ত করার জন্য "উড়ন্ত যোগাযোগ কিউবিটস" হিসাবে পরিবেশন করে।

আরও দানাদার স্তরে, কোয়ান্টাম ফ্রিকোয়েন্সি-রূপান্তর মডিউল প্রতিষ্ঠিত সমন্বিত ফোটোনিক প্রযুক্তি এবং তথাকথিত "পার্থক্য ফ্রিকোয়েন্সি প্রক্রিয়া" ব্যবহার করে। এইভাবে, একটি ইনপুট 854 nm ফোটন (একটি Ca থেকে নির্গত হয়⁺ আয়ন) একটি অরৈখিক মাধ্যমে 1900 nm এ একটি শক্তিশালী পাম্প ক্ষেত্রের সাথে সুসঙ্গতভাবে মিশ্রিত হয়, যা 1550 nm এ একটি আউটপুট টেলিকম ফোটন দেয়। "গুরুত্বপূর্ণভাবে, এই কৌশলটি আমাদের পরিকল্পিত পরীক্ষার জন্য উচ্চ রূপান্তর দক্ষতা এবং কম-আওয়াজ অপারেশন প্রদান করার সময় ইনপুট ফোটনের কোয়ান্টাম অবস্থা সংরক্ষণ করে," বলেছেন হ্যাফনার।

দুটি নোডের মধ্যে এনট্যাঙ্গলমেন্ট প্রতিষ্ঠিত হলে, QUANT-NET টিম তখন বিতরণ করা কোয়ান্টাম কম্পিউটিং এর মৌলিক বিল্ডিং ব্লক প্রদর্শন করতে পারে, যেখানে একটি নোডের কোয়ান্টাম তথ্য অন্যটিতে যুক্তি নিয়ন্ত্রণ করে। বিশেষ করে, এনট্যাঙ্গলমেন্ট এবং ক্লাসিক্যাল কমিউনিকেশন কন্ট্রোলিং নোড থেকে কোয়ান্টাম তথ্যকে টার্গেট নোডে টেলিপোর্ট করার জন্য ব্যবহার করা হয়, যেখানে প্রক্রিয়াটি - যেমন একটি অ-স্থানীয়, নিয়ন্ত্রিত নয় কোয়ান্টাম লজিক গেট - তারপর শুধুমাত্র স্থানীয় ক্রিয়াকলাপগুলির সাথে চালানো যেতে পারে।

অবশেষে, কোয়ান্টাম নেটওয়ার্কের মধ্যে "বিজাতীয়তা" এর প্রভাব অন্বেষণ করার জন্য একটি সমান্তরাল কাজের প্যাকেজ চলছে - স্বীকার করে যে কোয়ান্টাম ইন্টারনেটের গঠনমূলক পর্যায়ে একাধিক কোয়ান্টাম প্রযুক্তি মোতায়েন (এবং একে অপরের সাথে ইন্টারফেস) হওয়ার সম্ভাবনা রয়েছে। এই বিষয়ে, সিলিকন রঙ-কেন্দ্রের উপর নির্ভরশীল সলিড-স্টেট ডিভাইসগুলি (জালির ত্রুটি যা টেলিকম তরঙ্গদৈর্ঘ্য 1300 nm এর কাছাকাছি অপটিক্যাল নির্গমন তৈরি করে) সিলিকন ন্যানোফ্যাব্রিকেশন কৌশলগুলির অন্তর্নিহিত স্কেলেবিলিটি থেকে উপকৃত হয়, যখন উচ্চ স্তরের ইনডিস্টিনগুয়েবিলিটি সহ একক ফোটন নির্গত করে। ) কোয়ান্টাম এনট্যাঙ্গলমেন্টের জন্য প্রয়োজনীয়।

"এই দিকের প্রথম পদক্ষেপ হিসাবে," হ্যাফনার যোগ করেছেন, "আমরা একটি সিলিকন রঙ-কেন্দ্র থেকে একটি Ca-তে নির্গত একক ফোটন থেকে কোয়ান্টাম-স্টেট টেলিপোর্টেশন প্রদর্শন করার পরিকল্পনা করছি।⁺ এই দুটি কোয়ান্টাম সিস্টেমের মধ্যে বর্ণালী অমিলের সমস্যাটি দূর করে qubit।"

QUANT-NET রোডম্যাপ

QUANT-NET যখন তার মধ্য-পথের বিন্দুতে পৌঁছেছে, তখন মঙ্গা, হাফনার এবং সহকর্মীদের লক্ষ্য হল পৃথক টেস্টবেড উপাদানগুলির কার্যকারিতা স্বতন্ত্রভাবে চিহ্নিত করা, এই উপাদানগুলিকে একটি অপারেশনাল রিসার্চ টেস্টবেডে ইন্টিগ্রেশন এবং টিউন করার আগে। "নেটওয়ার্ক সিস্টেমের নীতিগুলি মাথায় রেখে, আমাদের ফোকাস কোয়ান্টাম নেটওয়ার্ক টেস্টবেডের বিভিন্ন উপাদানগুলিকে স্বয়ংক্রিয় করার উপরও থাকবে যা সাধারণত ল্যাব পরিবেশে ম্যানুয়ালি টিউন করা বা ক্যালিব্রেট করা হতে পারে," মঙ্গা বলেছেন।

বিশ্বের অন্যান্য কোয়ান্টাম নেটওয়ার্কিং উদ্যোগের সাথে QUANT-NET R&D অগ্রাধিকারগুলিকে সারিবদ্ধ করাও অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ - যদিও ভিন্ন, এবং সম্ভবত বেমানান, পদ্ধতিগুলি সম্ভবত এই যৌথ গবেষণা প্রচেষ্টার অনুসন্ধানমূলক প্রকৃতির জন্য আদর্শ হবে৷ "আমাদের এখন অনেক ফুল ফুটতে হবে," মঙ্গা নোট করে, "যাতে আমরা সবচেয়ে প্রতিশ্রুতিশীল কোয়ান্টাম যোগাযোগ প্রযুক্তি এবং সংশ্লিষ্ট নেটওয়ার্ক কন্ট্রোল সফ্টওয়্যার এবং আর্কিটেকচারে প্রবেশ করতে পারি।"

দীর্ঘ মেয়াদে, মঙ্গা অতিরিক্ত DOE তহবিল সুরক্ষিত করতে চায়, যেমন QUANT-NET টেস্টবেড নাগালের এবং জটিলতার পরিপ্রেক্ষিতে মাপতে পারে। "আমরা আশা করি যে আমাদের টেস্টবেড পদ্ধতি অন্যান্য গবেষণা দল এবং শিল্প থেকে প্রতিশ্রুতিশীল কোয়ান্টাম প্রযুক্তির সহজ একীকরণ সক্ষম করবে," তিনি উপসংহারে বলেছেন। "এটি ঘুরেফিরে একটি দ্রুত প্রোটোটাইপ-পরীক্ষা-একত্রীকরণ চক্রের জন্য উদ্ভাবনকে সমর্থন করবে...এবং ক্লাসিক্যাল ইন্টারনেটের সাথে সহ-অবস্তিত একটি মাপযোগ্য কোয়ান্টাম ইন্টারনেট কীভাবে তৈরি করা যায় সে সম্পর্কে একটি ত্বরান্বিত বোঝার জন্য অবদান রাখবে।"

আরও পড়া

ইন্দর মঙ্গা এট আল 2023 কোয়ান্ট-নেট: স্থাপন করা ফাইবারের উপর কোয়ান্টাম নেটওয়ার্কিং গবেষণার জন্য একটি টেস্টবেড। QuNet'23, পিপি 31-37 (সেপ্টেম্বর 10-142023; নিউ ইয়র্ক, NY, US)

• এসইও চালিত বিষয়বস্তু এবং পিআর বিতরণ। আজই পরিবর্ধিত পান।
• PlatoData.Network উল্লম্ব জেনারেটিভ Ai. নিজেকে ক্ষমতায়িত করুন। এখানে প্রবেশ করুন.
• প্লেটোএআইস্ট্রিম। Web3 ইন্টেলিজেন্স। জ্ঞান প্রসারিত. এখানে প্রবেশ করুন.
• প্লেটোইএসজি। কার্বন, ক্লিনটেক, শক্তি, পরিবেশ সৌর, বর্জ্য ব্যবস্থাপনা. এখানে প্রবেশ করুন.
• প্লেটো হেলথ। বায়োটেক এবং ক্লিনিক্যাল ট্রায়াল ইন্টেলিজেন্স। এখানে প্রবেশ করুন.
• উত্স: https://physicsworld.com/a/quant-nets-testbed-innovations-reimagining-the-quantum-network/