পদার্থবিদরা অধরা কণা তৈরি করেন যা তাদের অতীত মনে রাখে

চল্লিশ বছর আগে, ফ্রাঙ্ক উইলকজেক একটি উদ্ভট ধরণের কণা নিয়ে চিন্তা করছিলেন যা শুধুমাত্র সমতল মহাবিশ্বে থাকতে পারে। যদি তিনি কাগজে কলম রাখতেন এবং গণনা করতেন, উইলকজেক দেখতে পেতেন যে এই তৎকালীন তাত্ত্বিক কণাগুলি তাদের অতীতের একটি অন্য জাগতিক স্মৃতি ধারণ করেছিল, যেটি বাস্তবতার বুননে খুব পুঙ্খানুপুঙ্খভাবে বোনা ছিল যে কোনও একটি ঝামেলা মুছে ফেলার জন্য।

যাইহোক, প্রকৃতির এই ধরনের অদ্ভুত প্রাণীদের অস্তিত্বের অনুমতি দেওয়ার কোন কারণ না দেখে, ভবিষ্যত নোবেল পুরস্কার বিজয়ী পদার্থবিদ তার চিন্তার পরীক্ষাগুলিকে তাদের সবচেয়ে বিচিত্র সিদ্ধান্তে অনুসরণ না করা বেছে নিয়েছিলেন - তার সহযোগী অ্যান্থনি জির আপত্তি সত্ত্বেও, একজন বিখ্যাত তাত্ত্বিক পদার্থবিজ্ঞানী। ক্যালিফোর্নিয়া বিশ্ববিদ্যালয়, সান্তা বারবারা।

"আমি বললাম, 'এসো, টনি, লোকেরা আমাদের নিয়ে মজা করতে চলেছে,'" বলল উইলকজেক, এখন ম্যাসাচুসেটস ইনস্টিটিউট অফ টেকনোলজির অধ্যাপক।

অন্যরা এতটা অনিচ্ছুক ছিল না। গবেষকরা বিগত তিন দশক ধরে মিলিয়ন মিলিয়ন ডলার ব্যয় করেছেন বা তার মতো কণার মতো বস্তুগুলিকে ক্যাপচার এবং নিয়ন্ত্রণ করার চেষ্টা করছেন, যা নন-অ্যাবেলিয়ান অ্যাননসের রহস্যময় মনিকারের দ্বারা যায়।

এখন দুটি যুগান্তকারী পরীক্ষা অবশেষে সফল হয়েছে, এবং কেউ হাসছে না। "এটি একটি লক্ষ্য ছিল, এবং এখন এটি আঘাত, " Wilczek বলেন.

কোয়ান্টিনুম কোম্পানির সাথে কাজ করছেন পদার্থবিদরা আজ ঘোষণা যে তারা কোম্পানির সদ্য উন্মোচিত, পরবর্তী প্রজন্মের H2 প্রসেসর ব্যবহার করেছিল সংশ্লেষিত এবং নন-অ্যাবেলিয়ান এনিয়ন ম্যানিপুলেট কোয়ান্টাম পদার্থের একটি অভিনব পর্যায়ে। তাদের কাজ অনুসরণ করে একটি প্রিপ্রিন্ট গত পতনে পোস্ট করা হয়েছে যেখানে Google-এর গবেষকরা নন-আবেলিয়ান বস্তুর প্রথম সুস্পষ্ট আন্তঃসংযোগ উদযাপন করেছেন, এই ধারণার একটি প্রমাণ যে তথ্য তাদের ভাগ করা মেমরিতে সংরক্ষণ করা এবং ম্যানিপুলেট করা যায়। একসাথে, পরীক্ষাগুলি কম্পিউটিংয়ের ভবিষ্যতের সম্ভাব্য আভাস দেওয়ার সময় কোয়ান্টাম ডিভাইসগুলির ক্রমবর্ধমান পেশীগুলিকে ফ্লেক্স করে: স্থান এবং সময়ের মধ্য দিয়ে তাদের যাত্রার প্রায় অবিনশ্বর রেকর্ড বজায় রেখে, নন-অ্যাবেলিয়ান অ্যাননস ত্রুটি-সহনশীল নির্মাণের জন্য সবচেয়ে প্রতিশ্রুতিশীল প্ল্যাটফর্ম অফার করতে পারে। কোয়ান্টাম কম্পিউটার।

"বিশুদ্ধ বিজ্ঞান হিসাবে, এটা ঠিক, বাহ," বলেন অ্যাডি স্টার্ন, ইস্রায়েলের ওয়েইজম্যান ইনস্টিটিউট অফ সায়েন্সের একটি ঘনীভূত বিষয় তাত্ত্বিক যিনি বস্তু অধ্যয়ন করার জন্য তার কর্মজীবন অতিবাহিত করেছেন। “এটি আপনাকে [টপোলজিক্যাল কোয়ান্টাম কম্পিউটিং এর] কাছাকাছি নিয়ে আসে। কিন্তু গত কয়েক দশক আমাদের যদি একটা জিনিস দেখিয়ে থাকে, সেটা হল একটা দীর্ঘ এবং ঘোরা রাস্তা।”

ফ্ল্যাটল্যান্ড কম্পিউটিং

1982 সালে, উইলকজেক পদার্থবিদদের মনকে দুটি মাত্রায় বিদ্যমান থাকতে পারে এমন কণার সমস্যা সম্পর্কে সাহায্য করেছিলেন। তিনি কোয়ান্টাম আইনগুলিকে একটি অনুমানমূলক, সম্পূর্ণ সমতল মহাবিশ্বের মধ্যে সীমাবদ্ধ করার ফলাফলগুলি নিয়ে কাজ করেছিলেন এবং দেখেছিলেন যে এতে ভগ্নাংশ স্পিন এবং চার্জ সহ অদ্ভুত কণা থাকবে। তদুপরি, অন্যথায় অভেদযোগ্য কণাগুলিকে অদলবদল করা তাদের এমনভাবে পরিবর্তন করতে পারে যা তাদের ত্রিমাত্রিক প্রতিরূপের পক্ষে অসম্ভব ছিল। উইলকজেক চিকনভাবে নামকরণ করা হয়েছে এই দ্বি-মাত্রিক কণা যেকোনও, যেহেতু তারা প্রায় কিছু করতে সক্ষম বলে মনে হয়।

উইলকজেক সবচেয়ে সহজ "অ্যাবেলিয়ান" এনঅনগুলির উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করেছেন, যে কণাগুলি, যখন অদলবদল করা হয়, তখন সূক্ষ্ম উপায়ে পরিবর্তন হয় যা সরাসরি সনাক্ত করা যায় না।

তিনি বন্য বিকল্পটি অন্বেষণ করা বন্ধ করে দিয়েছেন - নন-অ্যাবেলিয়ান অ্যাননস, কণা যা একটি স্মৃতি ভাগ করে নেয়। দুটি নন-আবেলিয়ান অ্যানিওনের অবস্থানের অদলবদল একটি সরাসরি পর্যবেক্ষণযোগ্য প্রভাব তৈরি করে। এটি তাদের ভাগ করা তরঙ্গ ফাংশনের অবস্থা পরিবর্তন করে, একটি পরিমাণ যা একটি সিস্টেমের কোয়ান্টাম প্রকৃতি বর্ণনা করে। আপনি যদি দুটি অভিন্ন নন-অ্যাবেলিয়ান অ্যানিওনের উপর হোঁচট খেয়ে থাকেন, তারা কোন অবস্থায় আছে তা পরিমাপ করে, আপনি বলতে পারবেন যে তারা সবসময় সেই অবস্থানে ছিল কিনা বা তারা পথ অতিক্রম করেছে কিনা - এমন শক্তি যা অন্য কোন কণা দাবি করতে পারে না।

উইলকজেকের কাছে, এই ধারণাটি একটি আনুষ্ঠানিক তত্ত্বে বিকাশের জন্য খুব চমত্কার বলে মনে হয়েছিল। "কোন ধরনের পদার্থের অবস্থা এগুলোকে সমর্থন করে?" তিনি মনে মনে মনে.

কিন্তু 1991 সালে দুজন পদার্থবিদ ড সেই রাজ্যগুলো চিহ্নিত করেছে. তারা ভবিষ্যদ্বাণী করেছিল যে, যথেষ্ট শক্তিশালী চৌম্বক ক্ষেত্র এবং যথেষ্ট ঠান্ডা তাপমাত্রার অধীন হলে, একটি পৃষ্ঠে আটকে থাকা ইলেকট্রনগুলি নন-অ্যাবেলিয়ান অ্যানন গঠনের জন্য ঠিক সঠিক উপায়ে একসাথে ঘূর্ণায়মান হবে। যেওনগুলি মৌলিক কণা হবে না - আমাদের 3D বিশ্ব এটি নিষিদ্ধ করে - কিন্তু "quasiparticles" এগুলি কণার সংগ্রহ, তবে এগুলিকে পৃথক একক হিসাবে বিবেচনা করা হয়। Quasiparticles এর সুনির্দিষ্ট অবস্থান এবং আচরণ রয়েছে, ঠিক যেমন জলের অণুর সংগ্রহ তরঙ্গ এবং ঘূর্ণি তৈরি করে।

1997 সালে, ক্যালিফোর্নিয়া ইনস্টিটিউট অফ টেকনোলজির একজন তাত্ত্বিক আলেক্সি কিতায়েভ, চিহ্নিত করা যে এই ধরনের quasiparticles কোয়ান্টাম কম্পিউটারের জন্য নিখুঁত ভিত্তি স্থাপন করতে পারে। পদার্থবিজ্ঞানীরা সাধারণ কম্পিউটার এবং তাদের বাইনারি বিটের নাগালের বাইরে গণনা সম্পাদনের জন্য কোয়ান্টাম জগতের ব্যবহার করার সম্ভাবনা নিয়ে দীর্ঘকাল ধরে লালা তৈরি করেছেন। কিন্তু কিউবিটস, কোয়ান্টাম কম্পিউটারের পরমাণুর মতো বিল্ডিং ব্লকগুলি ভঙ্গুর। তাদের তরঙ্গ ফাংশনগুলি হালকা স্পর্শে ভেঙে পড়ে, তাদের স্মৃতি এবং কোয়ান্টাম গণনা করার ক্ষমতা মুছে ফেলে। এই ক্ষীণতার জটিল উচ্চাকাঙ্ক্ষা রয়েছে কিউবিটগুলিকে নিয়ন্ত্রণ করার জন্য তাদের দীর্ঘ গণনা শেষ করার জন্য যথেষ্ট।

কিতায়েভ বুঝতে পেরেছিলেন যে নন-আবেলিয়ান অ্যানিওনের ভাগ করা স্মৃতি একটি আদর্শ কিউবিট হিসাবে কাজ করতে পারে। শুরুর জন্য, এটা নমনীয় ছিল. আপনি কিউবিটের অবস্থা পরিবর্তন করতে পারেন - একটি শূন্য থেকে একটিতে উল্টানো - "ব্রেইডিং" নামে পরিচিত একটি পদ্ধতিতে যেকোনগুলির অবস্থান বিনিময় করে।

আপনি কুবিটের অবস্থাও পড়তে পারেন। যখন সহজতম নন-অ্যাবেলিয়ান অ্যানিওনগুলিকে একত্রিত করা হয় এবং "মিশ্রিত" করা হয়, উদাহরণস্বরূপ, তারা বিনুনি করা হলেই তারা আরেকটি কোয়াসিপার্টিকেল নির্গত করবে। এই quasiparticle স্থান এবং সময়ের মাধ্যমে তাদের ক্রসক্রসড যাত্রার একটি ভৌত ​​রেকর্ড হিসাবে কাজ করে।

এবং গুরুত্বপূর্ণভাবে, স্মৃতিও প্রায় অক্ষয়। যতক্ষণ পর্যন্ত কোনো কণিকাকে দূরে রাখা হয়, কোনো পৃথক কণাকে ধাক্কা দিলে জোড়ার অবস্থার পরিবর্তন হবে না - শূন্য হোক বা এক। এইভাবে, তাদের সম্মিলিত স্মৃতি কার্যকরভাবে মহাবিশ্বের ক্যাকোফোনি থেকে কেটে যায়।

"তথ্য লুকানোর জন্য এটি উপযুক্ত জায়গা হবে," বলেছেন মাইসাম বারকেশলী, মেরিল্যান্ড বিশ্ববিদ্যালয়ের একটি ঘনীভূত বিষয় তত্ত্ববিদ।

অনিয়ন্ত্রিত ইলেকট্রন

Kitaev এর প্রস্তাব "টপোলজিকাল" কোয়ান্টাম কম্পিউটিং হিসাবে পরিচিত কারণ এটি braids টপোলজি উপর নির্ভর করে. শব্দটি বিনুনিটির বিস্তৃত বৈশিষ্ট্যগুলিকে বোঝায় - উদাহরণস্বরূপ, বাঁকের সংখ্যা - যা তাদের পথের কোনও নির্দিষ্ট বিকৃতি দ্বারা প্রভাবিত হয় না। বেশিরভাগ গবেষকরা এখন বিশ্বাস করেন যে ব্রেইডগুলি কোয়ান্টাম কম্পিউটিংয়ের ভবিষ্যত, এক বা অন্য ফর্মে। উদাহরণস্বরূপ, মাইক্রোসফ্ট, গবেষকরা ইলেকট্রনকে সরাসরি নন-অ্যাবেলিয়ান অ্যানিয়ন গঠন করতে রাজি করার চেষ্টা করছেন। ইতিমধ্যেই, কোম্পানিটি ক্ষুদ্র তারের নির্মাণে মিলিয়ন মিলিয়ন ডলার বিনিয়োগ করেছে যা — পর্যাপ্ত পরিমাণে হিমশীতল তাপমাত্রায় — তাদের টিপসে বিনুনিযোগ্য কোয়াসিপার্টিকলের সহজ প্রজাতির হোস্ট করা উচিত। আশা করা যায় যে এই নিম্ন তাপমাত্রায়, ইলেক্ট্রনগুলি স্বাভাবিকভাবেই যেকোন গঠনের জন্য জড়ো হবে, যা ফলস্বরূপ নির্ভরযোগ্য কিউবিটগুলিতে বিনুনি করা যেতে পারে।

এক দশকের প্রচেষ্টার পরেও, সেই গবেষকরা এখনও আছেন প্রমাণ করার জন্য সংগ্রাম করছে যে তাদের পদ্ধতি কাজ করবে। একটি স্প্ল্যাশী 2018 দাবি করেছে যে তারা অবশেষে "ম্যাজোরানা জিরো মোড" নামে পরিচিত নন-অ্যাবেলিয়ান কোয়াসিপার্টিকেলের সহজতম ধরন সনাক্ত করেছে, এর পরে 2021 সালে একইভাবে হাই-প্রোফাইল প্রত্যাহার করা হয়েছিল। কোম্পানিটি নতুন অগ্রগতির কথা জানিয়েছে 2022 প্রিপ্রিন্ট, কিন্তু কিছু স্বাধীন গবেষক শীঘ্রই সফল ব্রেইডিং দেখতে পাবেন বলে আশা করছেন।

ইলেকট্রনকে নন-অ্যাবেলিয়ান অ্যানয়নে পরিণত করার অনুরূপ প্রচেষ্টাও স্থবির হয়ে পড়েছে। নকিয়া বেল ল্যাবসের বব উইলেট আছে সম্ভবত সবচেয়ে কাছাকাছি আসা গ্যালিয়াম আর্সেনাইডে ইলেক্ট্রনগুলিকে কোরাল করার প্রচেষ্টায়, যেখানে প্রতিশ্রুতিশীল কিন্তু সূক্ষ্ম লক্ষণ braiding বিদ্যমান. যদিও ডেটা অগোছালো, এবং আল্ট্রাকোল্ড তাপমাত্রা, আল্ট্রা পিউর ম্যাটেরিয়াল এবং আল্ট্রাস্ট্রং ম্যাগনেটিক ফিল্ড পরীক্ষাটিকে পুনরুত্পাদন করা কঠিন করে তোলে।

"কিছু পর্যবেক্ষণ না করার একটি দীর্ঘ ইতিহাস রয়েছে," বলেন ইউন-আহ কিম কর্নেল বিশ্ববিদ্যালয়ের।

তবে র্যাংলিং ইলেক্ট্রনই নন-অ্যাবেলিয়ান কোয়াসিকণা তৈরির একমাত্র উপায় নয়।

"আমি এই সমস্ত কিছু ছেড়ে দিয়েছিলাম," কিম বলেছিলেন, যিনি একজন স্নাতক ছাত্র হিসাবে যেকোনও ব্যক্তিকে সনাক্ত করার উপায় নিয়ে আসছেন এবং এখন গুগলের সাথে সহযোগিতা করছেন৷ "তারপর কোয়ান্টাম সিমুলেটর এসেছিল।"

অনুগত Qubits

কোয়ান্টাম প্রসেসরগুলি যেকোনওনের জন্য হান্ট পরিবর্তন করছে। ইলেকট্রনের দলগুলোকে লাইনে পড়ার চেষ্টা করার পরিবর্তে, সাম্প্রতিক বছরগুলিতে গবেষকরা তাদের ইচ্ছার জন্য পৃথক কিউবিট বাঁকানোর জন্য ডিভাইসগুলি ব্যবহার করা শুরু করেছেন। কিছু পদার্থবিজ্ঞানী এই প্রচেষ্টাগুলিকে সিমুলেশন বিবেচনা করেন, কারণ প্রসেসরের ভিতরের কিউবিটগুলি কণার বিমূর্ততা (যদিও তাদের শারীরিক প্রকৃতি ল্যাব থেকে ল্যাবে পরিবর্তিত হয়, আপনি সেগুলিকে একটি অক্ষের চারপাশে ঘুরতে থাকা কণা হিসাবে কল্পনা করতে পারেন)। কিন্তু qubits এর কোয়ান্টাম প্রকৃতি বাস্তব, তাই — সিমুলেশন বা না — প্রসেসরগুলি টপোলজিকাল পরীক্ষার জন্য খেলার মাঠ হয়ে উঠেছে।

মাঠের মধ্যে "এটি নতুন জীবন শ্বাস নেয়", বলেন ফিওনা বার্নেল, মিনেসোটা বিশ্ববিদ্যালয়ের একটি ঘনীভূত বিষয় তত্ত্ববিদ, "কারণ কঠিন-রাষ্ট্র ব্যবস্থা তৈরি করা এত কঠিন।"

কোয়ান্টাম প্রসেসরে যেকোনওন সংশ্লেষণ করা হল কিটায়েভের ব্রেইডের শক্তির সুবিধা নেওয়ার একটি বিকল্প উপায়: আপনার কিউবিটগুলি মাঝারি, এবং তাদের ত্রুটিগুলি সংশোধন করুন। আজকের ন্যাক্কারজনক কিউবিটগুলি খুব বেশি দিন কাজ করে না, তাই এগুলি থেকে তৈরি যেকোনও কম জীবনকাল থাকবে। স্বপ্ন হল কিউবিটগুলির গ্রুপগুলিকে দ্রুত এবং বারবার পরিমাপ করা এবং ক্রপ হওয়ার সাথে সাথে ত্রুটিগুলি সংশোধন করা, যার ফলে অ্যানিওনের আয়ু বাড়ানো। পরিমাপ একটি পৃথক কিউবিটের কোয়ান্টাম তথ্যকে মুছে ফেলে তার তরঙ্গ ফাংশন ভেঙে এবং এটিকে একটি ক্লাসিক্যাল বিটে পরিণত করে। সেটা এখানেও ঘটবে, কিন্তু গুরুত্বপূর্ণ তথ্যগুলো অস্পৃশ্যই থেকে যাবে — লুকিয়ে থাকবে অনেকের সম্মিলিত অবস্থায়। এইভাবে, Google এবং অন্যান্য সংস্থাগুলি দ্রুত পরিমাপ এবং দ্রুত সংশোধন (নিম্ন তাপমাত্রার বিপরীতে) সহ কিউবিটগুলিকে তীরে তোলার আশা করে৷

"যখন থেকে Kitaev," বলেন মাইক জালেটেল, ক্যালিফোর্নিয়া ইউনিভার্সিটি, বার্কলে-এর একটি ঘনীভূত পদার্থ পদার্থবিদ, "মানুষের ধারণা কোয়ান্টাম ত্রুটি সংশোধন সম্ভবত কাজ করবে।"

গুগল নিয়েছে একটি প্রধান পদক্ষেপ 2021 সালের বসন্তে কোয়ান্টাম ত্রুটি সংশোধনের দিকে, যখন গবেষকরা কোয়ান্টাম ত্রুটি সংশোধন করতে সক্ষম সহজ গ্রিডে প্রায় দুই ডজন কিউবিট একত্রিত করেন, যা টরিক কোড নামে পরিচিত পদার্থের একটি পর্যায়।

গুগলের প্রসেসরে টরিক কোড তৈরি করার অর্থ প্রতিটি কিউবিটকে তার প্রতিবেশীদের সাথে মাইক্রোওয়েভ ডাল দিয়ে আলতোভাবে ধাক্কা দিয়ে কঠোরভাবে সহযোগিতা করতে বাধ্য করা। অপরিমাপিত বাম, একটি কিউবিট অনেক সম্ভাব্য দিকগুলির একটি সুপারপজিশনে পয়েন্ট করে। গুগলের প্রসেসর কার্যকরভাবে প্রতিটি কিউবিটকে তার চারটি প্রতিবেশীর সাথে নির্দিষ্ট উপায়ে তার স্পিন অক্ষের সমন্বয় সাধন করে সেই বিকল্পগুলিকে কমিয়ে দেয়। যদিও টরিক কোডের টপোলজিকাল বৈশিষ্ট্য রয়েছে যা কোয়ান্টাম ত্রুটি সংশোধনের জন্য ব্যবহার করা যেতে পারে, এটি স্থানীয়ভাবে নন-অ্যাবেলিয়ান কোয়াসিপার্টিকেল হোস্ট করে না। তার জন্য গুগলকে এক অদ্ভুত কৌশলের দিকে যেতে হয়েছিল দীর্ঘ পরিচিত তাত্ত্বিকদের কাছে: কিউবিটের গ্রিডে কিছু অসম্পূর্ণতা, যাকে "টুইস্ট ডিফেক্টস" বলে অভিহিত করা হয়, নন-এবেলিয়ান জাদু অর্জন করতে পারে।

শেষ শরতে, কিম এবং ইউরি লেনস্কি, কর্নেলের একজন তাত্ত্বিক, গুগল গবেষকদের সাথে, একটি রেসিপি পোস্ট করেছিলেন সহজে তৈরি করা এবং টরিক কোডে ত্রুটির জোড়া ব্রেইডিং। শীঘ্রই পোস্ট করা একটি প্রিপ্রিন্টে, Google-এর পরীক্ষাবিদরা বাস্তবায়ন রিপোর্ট সেই ধারণা, যা প্রতিবেশী কিউবিটদের মধ্যে সংযোগ বিচ্ছিন্ন করা জড়িত। কিউবিট গ্রিডের ফলস্বরূপ ত্রুটিগুলি মাইক্রোসফ্টের মেজোরানা জিরো মোডের নন-এবেলিয়ান কোয়াসিপার্টিকলের সহজ প্রজাতির মতোই কাজ করেছিল।

"আমার প্রাথমিক প্রতিক্রিয়া ছিল 'ওয়াও, গুগল শুধু অনুকরণ করেছে যা মাইক্রোসফ্ট তৈরি করার চেষ্টা করছে৷ এটি একটি বাস্তব নমনীয় মুহূর্ত ছিল,” বলেন টাইলার এলিসন, ইয়েল বিশ্ববিদ্যালয়ের একজন পদার্থবিদ।

তারা কোন সংযোগগুলি কেটেছে তা টুইক করে, গবেষকরা বিকৃতিগুলি সরাতে পারে। তারা দুটি জোড়া নন-অ্যাবেলিয়ান ত্রুটি তৈরি করেছিল এবং তাদের একটি পাঁচ-বাই-পাঁচ-কুবিট চেসবোর্ডের চারপাশে স্লাইড করে, তারা সবেমাত্র একটি বিনুনি বের করেছিল। গবেষকরা তাদের পরীক্ষার বিষয়ে মন্তব্য করতে অস্বীকার করেছেন, যা প্রকাশের জন্য প্রস্তুত করা হচ্ছে, তবে অন্যান্য বিশেষজ্ঞরা কৃতিত্বের প্রশংসা করেছেন।

"আমার অনেক কাজের মধ্যে, আমি একই রকমের ছবি ডুডলিং করেছি," এলিসন বলেছিলেন। "এটা দেখতে আশ্চর্যজনক যে তারা আসলে এটি প্রদর্শন করেছে।"

পরিমাপ দ্বারা পেইন্ট

সব সময়, তাত্ত্বিকদের একটি দল নেতৃত্বে অশ্বিন বিশ্বনাথ হার্ভার্ড ইউনিভার্সিটিতে চুপচাপ তা অনুসরণ করছিল যাকে অনেকে আরও উচ্চতর লক্ষ্য বলে মনে করে: কোয়ান্টাম পদার্থের আরও জটিল পর্যায় তৈরি করা যেখানে সত্যিকারের নন-অ্যাবেলিয়ান অ্যাননস - ত্রুটির বিপরীতে - বস্তুর একটি আদিম পর্যায়ে জন্ম নেয়। "[গুগলের] ত্রুটি একটি শিশু নন-আবেলিয়ান জিনিস," বার্নেল বলেছেন, যিনি উভয় প্রচেষ্টার সাথে জড়িত ছিলেন না।

উভয় প্রকারের যে কোন একটি টপোলজিকাল প্রকৃতির সাথে পদার্থের পর্যায়ক্রমে বসবাস করে যা গোসামার থ্রেডের জটিল ট্যাপেস্ট্রি দ্বারা সংজ্ঞায়িত করা হয়, কোয়ান্টাম সংযোগ হিসাবে পরিচিত জড়াইয়া পড়া. আটকানো কণাগুলি একটি সমন্বিতভাবে আচরণ করে এবং যখন ট্রিলিয়ন কণাগুলি আটকে যায়, তখন তারা কখনও কখনও জটিল পর্যায়গুলির সাথে তুলনা করা হয় নাচ. টপোলজিকাল অর্ডারের সাথে পর্যায়ক্রমে, এনট্যাঙ্গলমেন্ট কণাকে সারিবদ্ধ স্পিনগুলির লুপে সংগঠিত করে। যখন একটি লুপ কাটা হয়, প্রতিটি প্রান্ত একটি Anyon হয়.

টপোলজিক্যাল অর্ডার দুটি স্বাদে আসে। টরিক কোডের মতো সাধারণ পর্যায়গুলিতে "অ্যাবেলিয়ান অর্ডার" রয়েছে। সেখানে, আলগা শেষ হয় abelian anyons. কিন্তু গবেষকরা যারা সত্যিকারের নন-অ্যাবেলিয়ান অ্যাননস খুঁজছেন তাদের দৃষ্টি সম্পূর্ণ ভিন্ন এবং অনেক বেশি জটিল টেপেস্ট্রির উপর অ-আবেলিয়ান অর্ডারের সাথে সেট করা আছে।

বিশ্বনাথের দল রান্না করতে সাহায্য করেছিল ক অ্যাবেলিয়ান অর্ডার সহ ফেজ 2021 সালে। তারা আরও এগিয়ে যাওয়ার স্বপ্ন দেখেছিল, কিন্তু কিউবিটগুলিকে নন-আবেলিয়ান এনট্যাঙ্গেলমেন্ট প্যাটার্নে সেলাই করা আজকের অস্থির প্রসেসরের জন্য খুব জটিল প্রমাণিত হয়েছে। তাই কলাকুশলীরা নতুন ধারণার জন্য সাহিত্যকে ঝাঁপিয়ে পড়ে।

তারা একটি ক্লু খুঁজে পেয়েছে যুগল of কাগজপত্র কয়েক দশক আগে থেকে। বেশিরভাগ কোয়ান্টাম ডিভাইসগুলি তাদের কিউবিটগুলিকে ম্যাসেজ করে গণনা করে যতটা কেউ একটি বালিশ ফ্লাফ করতে পারে, এমন একটি মৃদু উপায়ে যেখানে কোনও স্টাফিং সিমের মধ্য দিয়ে উড়ে যায় না। এই "একক" ক্রিয়াকলাপগুলির মাধ্যমে যত্ন সহকারে জট বাঁধতে সময় লাগে। কিন্তু 2000-এর দশকের গোড়ার দিকে রবার্ট রাসেনডর্ফ, এখন ব্রিটিশ কলাম্বিয়া বিশ্ববিদ্যালয়ের একজন পদার্থবিদ, একটি শর্টকাটে আঘাত করেছিলেন। রহস্যটি ছিল পরিমাপ ব্যবহার করে তরঙ্গ ফাংশনের অংশগুলিকে হ্যাক করা - এই প্রক্রিয়া যা সাধারণত কোয়ান্টাম অবস্থাকে হত্যা করে।

"এটি সত্যিই একটি সহিংস অপারেশন," বলেন রুবেন ভেরেসেন, হার্ভার্ডে বিশ্বনাথের সহযোগীদের একজন।

রাসেনডর্ফ এবং তার সহযোগীরা বিশদভাবে বর্ণনা করেছেন যে কীভাবে নির্দিষ্ট কিউবিটগুলিতে নির্বাচনী পরিমাপ একটি অপ্রস্তুত অবস্থায় নিতে পারে এবং ইচ্ছাকৃতভাবে এটিকে একটি জটহীন অবস্থায় রাখতে পারে, একটি প্রক্রিয়া ভেরেসেন একটি মূর্তি তৈরি করার জন্য মার্বেল কেটে ফেলার সাথে তুলনা করে।

কৌশলটির একটি অন্ধকার দিক ছিল যা প্রাথমিকভাবে নন-অ্যাবেলিয়ান পর্যায়গুলি তৈরি করার জন্য গবেষকদের প্রচেষ্টাকে ধ্বংস করেছিল: পরিমাপ এলোমেলো ফলাফল তৈরি করে। তাত্ত্বিকরা যখন একটি নির্দিষ্ট পর্যায়কে লক্ষ্যবস্তু করে, তখন পরিমাপগুলি এলোমেলোভাবে দাগ ফেলে দেয়, যেন গবেষকরা একটি ক্যানভাসে পেইন্ট স্প্ল্যাটার করে মোনা লিসা আঁকার চেষ্টা করছেন। "এটি সম্পূর্ণ মাথা ব্যাথার মত মনে হয়েছিল," ভেরেসেন বলেছিলেন।

2021 সালের শেষের দিকে, বিশ্বনাথের গোষ্ঠী একটি সমাধানে আঘাত করেছে: একাধিক রাউন্ড পরিমাপের সাথে একটি কিউবিট গ্রিডের তরঙ্গ ফাংশনকে ভাস্কর্য করা। প্রথম রাউন্ডের সাথে, তারা পদার্থের একটি বিরক্তিকর পর্যায়কে একটি সাধারণ অ্যাবেলিয়ান পর্যায়ে পরিণত করেছিল। তারপরে তারা সেই পর্যায়টিকে পরিমাপের দ্বিতীয় রাউন্ডে নিয়ে যায়, এটিকে আরও জটিল পর্যায়ে নিয়ে যায়। টপোলজিকাল ক্যাটস ক্র্যাডলের এই গেমটি খেলে, তারা বুঝতে পেরেছিল যে তারা ধাপে ধাপে চলার সময় এলোমেলোতাকে মোকাবেলা করতে পারে, ক্রমবর্ধমান জটিল ধাপগুলির একটি সিঁড়ি বেয়ে পৌঁছাতে পারে নন-আবেলিয়ান অর্ডার সহ একটি পর্যায়.

"এলোমেলোভাবে পরিমাপ চেষ্টা করার পরিবর্তে এবং আপনি যা পান তা দেখার পরিবর্তে, আপনি পদার্থের পর্যায়গুলির ল্যান্ডস্কেপ জুড়ে যেতে চান," ভেরেসেন বলেছিলেন। এটি একটি টপোলজিকাল ল্যান্ডস্কেপ যা তাত্ত্বিকরা সম্প্রতি পেয়েছেন বুঝতে শুরু করে.

গত গ্রীষ্মে, গ্রুপটি তাদের তত্ত্বটি কোয়ান্টিনুমের H1 ট্র্যাপড-আয়ন প্রসেসরে পরীক্ষা করে, এটি একমাত্র কোয়ান্টাম ডিভাইসগুলির মধ্যে একটি যা মাছিতে পরিমাপ করতে পারে। গুগল গ্রুপের মত, তারা অ্যাবেলিয়ান টরিক কোড তৈরি করেছে এবং এর অ-আবেলিয়ান ত্রুটিগুলি ব্রেইড করেছে। তারা একটি নন-আবেলিয়ান পর্যায়ের জন্য চেষ্টা করেছিল কিন্তু মাত্র 20টি কিউবিট নিয়ে সেখানে যেতে পারেনি।

কিন্তু তারপর কোয়ান্টিনুমের একজন গবেষক হেনরিক ড্রেয়ার ভেরেসেনকে একপাশে নিয়ে যান। একটি অপ্রকাশ্য চুক্তির সাথে গোপনীয়তার শপথ করার পরে, তিনি ভেরেসেনকে বলেছিলেন যে কোম্পানির একটি দ্বিতীয় প্রজন্মের ডিভাইস রয়েছে। গুরুত্বপূর্ণভাবে, H2 তে 32 টি কিউবিট ছিল। এটি যথেষ্ট ফিনাগলিং নিয়েছিল, কিন্তু দলটি সেই কিউবিটের মধ্যে 27টিতে সহজতম নন-এবেলিয়ান ফেজ সেট আপ করতে সক্ষম হয়েছিল। "যদি আমাদের এক বা দুটি কম কিউবিট থাকত, আমি মনে করি না আমরা এটি করতে পারতাম," বিশ্বনাথ বলেছিলেন।

তাদের পরীক্ষাগুলি বস্তুর একটি নন-অ্যাবেলিয়ান পর্যায়ের প্রথম অনুপস্থিত সনাক্তকরণ চিহ্নিত করেছে। "একটি নন-আবেলিয়ান টপোলজিকাল অর্ডার উপলব্ধি করা এমন কিছু যা লোকেরা দীর্ঘকাল ধরে করতে চেয়েছিল," বার্নেল বলেছিলেন। "এটি অবশ্যই একটি গুরুত্বপূর্ণ ল্যান্ডমার্ক।"

তাদের কাজ তিন জোড়া নন-অ্যাবেলিয়ান অ্যানয়নের ব্রেইডিং এর মধ্যে শেষ হয়েছিল যেমন স্থান এবং সময়ের মাধ্যমে তাদের গতিপথ একটি প্যাটার্ন তৈরি করেছিল যা বোরোমিয়ান রিং নামে পরিচিত, যা নন-অ্যাবেলিয়ান অ্যানয়নের প্রথম ব্রেডিং। তিনটি বোরোমিয়ান রিং একত্রে অবিচ্ছেদ্য, কিন্তু একটি কাটলে বাকি দুটি আলাদা হয়ে যাবে।

"এক ধরনের জি-হুইজ ফ্যাক্টর আছে," উইলকজেক বলেছেন। "এই কোয়ান্টাম বস্তুগুলি তৈরি করতে কোয়ান্টাম জগতের বিশাল নিয়ন্ত্রণ লাগে।"

বিগ চিল

অন্যান্য পদার্থবিদরা যেমন এই মাইলফলকগুলি উদযাপন করেন, তারাও জোর দেন যে Google এবং Quantinuum মাইক্রোসফ্ট এবং উইলেটের পছন্দের চেয়ে আলাদা দৌড় চালাচ্ছে। কোয়ান্টাম প্রসেসরে টপোলজিক্যাল ফেজ তৈরি করা কয়েক ডজন জলের অণু স্তুপ করে বিশ্বের সবচেয়ে ক্ষুদ্রতম বরফের ঘনক তৈরি করার মতো - তারা বলে, চিত্তাকর্ষক, কিন্তু প্রাকৃতিকভাবে বরফের স্ল্যাব দেখার মতো প্রায় ততটা সন্তুষ্ট নয়।

"অন্তর্নিহিত গণিতটি অত্যন্ত সুন্দর, এবং এটি যাচাই করতে সক্ষম হওয়া অবশ্যই সার্থক," বলেছেন চেতন নায়ক, মাইক্রোসফ্টের একজন গবেষক যিনি নন-আবেলিয়ান সিস্টেমে অগ্রণী কাজ করেছেন। তবে তার অংশের জন্য, তিনি বলেছিলেন, তিনি এখনও আশা করছেন যে এই ধরণের জটিল এনগেলমেন্ট প্যাটার্নের সাথে একটি সিস্টেমকে ঠাণ্ডা হয়ে গেলে একটি রাজ্যে স্থির হবে।

"যদি এটি দ্ব্যর্থহীনভাবে [উইলেটের পরীক্ষায়] দেখা যায়, তবে আমাদের মন বিস্ফোরিত হবে," বারকেশলি বলেছিলেন। একটি কোয়ান্টাম প্রসেসরে এটি দেখে "ঠান্ডা, কিন্তু কেউ বিস্মিত হচ্ছে না।"

বারকেশলির মতে এই পরীক্ষাগুলির সবচেয়ে উত্তেজনাপূর্ণ দিক হল, কোয়ান্টাম গণনার জন্য তাদের তাত্পর্য: গবেষকরা অবশেষে দেখিয়েছেন যে তারা কিতাভের প্রাথমিক প্রস্তাবের 26 বছর পরে প্রয়োজনীয় উপাদান তৈরি করতে পারে। এখন তাদের শুধু খুঁজে বের করতে হবে কিভাবে সত্যিই তাদের কাজে লাগাতে হয়।

একটি সমস্যা হল যে পোকেমনের মতো, যেকোনও প্রচুর সংখ্যক বিভিন্ন প্রজাতিতে আসে, যার প্রত্যেকটির নিজস্ব শক্তি এবং দুর্বলতা রয়েছে। কিছু, উদাহরণস্বরূপ, তাদের অতীতের আরও সমৃদ্ধ স্মৃতি রয়েছে, যা তাদের বিনুনিগুলিকে গণনাগতভাবে আরও শক্তিশালী করে তোলে। কিন্তু তাদের অস্তিত্বে জড়ানো কঠিন। যেকোন নির্দিষ্ট স্কিমকে এই ধরনের ট্রেড-অফ ওজন করতে হবে, যার অনেকগুলি এখনও বোঝা যায় না।

"এখন যেহেতু আমাদের বিভিন্ন ধরণের টপোলজিকাল অর্ডার তৈরি করার ক্ষমতা রয়েছে, এই জিনিসগুলি বাস্তব হয়ে উঠেছে, এবং আপনি এই ট্রেড-অফগুলি সম্পর্কে আরও সুনির্দিষ্ট শর্তে কথা বলতে পারেন," বিশ্বনাথ বলেছিলেন।

পরবর্তী মাইলফলক হবে প্রকৃত ত্রুটি সংশোধন, যা Google বা Quantinuum কেউই চেষ্টা করেনি। তাদের বিনুনি করা কিউবিটগুলি লুকানো ছিল কিন্তু সুরক্ষিত ছিল না, যার জন্য ক্র্যামি অন্তর্নিহিত কিউবিটগুলি পরিমাপ করা এবং রিয়েল টাইমে তাদের ত্রুটিগুলি দ্রুত সংশোধন করা প্রয়োজন। সেই প্রদর্শনটি কোয়ান্টাম কম্পিউটেশনের একটি জলাবদ্ধ মুহূর্ত হবে, তবে এটি কয়েক বছর দূরে - যদি এটি সম্ভব হয়।

ততক্ষণ পর্যন্ত, আশাবাদীরা আশা করে যে এই সাম্প্রতিক পরীক্ষাগুলি এমন একটি চক্র চালু করবে যেখানে আরও উন্নত কোয়ান্টাম কম্পিউটারগুলি নন-অ্যাবেলিয়ান কোয়াসিপার্টিকেলগুলির উপর একটি ভাল কমান্ডের দিকে পরিচালিত করবে এবং সেই নিয়ন্ত্রণটি পদার্থবিদদের আরও সক্ষম কোয়ান্টাম ডিভাইসগুলি বিকাশ করতে সহায়তা করবে।

"শুধু পরিমাপের শক্তি বের করে আনা," উইলকজেক বলেছিলেন, "এটি এমন কিছু যা গেম-চেঞ্জার হতে পারে।"