কোয়ান্টাম কম্পিউটিংয়ের জন্য সেরা কিউবিটগুলি কেবল পরমাণু হতে পারে | কোয়ান্টা ম্যাগাজিন

গত বছরের শেষের দিকে, টেক জায়ান্ট আইবিএম ঘোষণা করেছিল যে কোয়ান্টাম কম্পিউটিং-এর একটি মাইলফলক বলে মনে হতে পারে: 1,000 টিরও বেশি কোয়ান্টাম বিট বা কিউবিট সহ কনডর নামক প্রথম চিপ। কোম্পানিটি ঈগল উন্মোচনের মাত্র দুই বছর পরে, 100 টিরও বেশি কিউবিট সহ প্রথম চিপ, দেখে মনে হয়েছিল যেন ক্ষেত্রটি এগিয়ে চলেছে। কোয়ান্টাম কম্পিউটার তৈরি করা যা আজকের ক্লাসিক্যাল সুপারকম্পিউটারের সুযোগের বাইরেও দরকারী সমস্যার সমাধান করতে পারে তাদের আরও বেশি স্কেল করার দাবি রাখে - সম্ভবত অনেক দশ বা কয়েক হাজার কিউবিট পর্যন্ত। কিন্তু এটা নিশ্চয়ই শুধু প্রকৌশলের ব্যাপার, তাই না?

অগত্যা. স্কেল আপ করার চ্যালেঞ্জগুলি এতটাই দুর্দান্ত যে কিছু গবেষক মনে করেন যে এটির জন্য আইবিএম এবং গুগলের পছন্দের মাইক্রোইলেক্ট্রনিক্স থেকে সম্পূর্ণ আলাদা হার্ডওয়্যারের প্রয়োজন হবে। কন্ডোর এবং গুগলের সাইকামোর চিপে কিউবিটগুলি সুপারকন্ডাক্টিং উপাদানের লুপ থেকে তৈরি। এই সুপারকন্ডাক্টিং কিউবিটগুলি এখনও পর্যন্ত পূর্ণ-স্কেল কোয়ান্টাম কম্পিউটিং-এর দৌড়ে খরগোশ হয়েছে। কিন্তু এখন পেছন থেকে একটি কচ্ছপ আসছে: পৃথক পরমাণু থেকে তৈরি কিউবিট।

সাম্প্রতিক অগ্রগতি এই "নিরপেক্ষ-পরমাণু কিউবিটস" কে বহিরাগতদের থেকে নেতৃস্থানীয় প্রতিযোগীদের রূপান্তরিত করেছে।

"গত দুই বা তিন বছরে আগের যেকোনো সময়ের চেয়ে দ্রুত অগ্রগতি দেখা গেছে," ম্যাডিসন ইউনিভার্সিটি অফ উইসকনসিনের পদার্থবিদ মার্ক স্যাফম্যান বলেছেন, যিনি নিরপেক্ষ-পরমাণু কোয়ান্টাম কম্পিউটিং বাণিজ্যিকীকরণের জন্য কমপক্ষে পাঁচটি কোম্পানিকে গণনা করেছেন।

সাধারণ কম্পিউটারের বিটের মতো, কিউবিট বাইনারি তথ্য এনকোড করে — 1s এবং 0s। কিন্তু যেখানে একটি বিট সর্বদা একটি বা অন্য অবস্থায় থাকে, একটি কিউবিটের তথ্যগুলিকে একটি তথাকথিত "সুপারপজিশন"-এ অনির্দিষ্ট রেখে দেওয়া যেতে পারে যা উভয় সম্ভাবনাকেই ওজন দেয়। একটি গণনা চালানোর জন্য, কোয়ান্টাম এনট্যাঙ্গলমেন্ট নামক ঘটনাটি ব্যবহার করে কিউবিটগুলি সংযুক্ত করা হয়, যা তাদের সম্ভাব্য অবস্থাগুলিকে পরস্পর নির্ভর করে। একটি নির্দিষ্ট কোয়ান্টাম অ্যালগরিদম কিউবিটের বিভিন্ন সেটের মধ্যে পর্যায়ক্রমিকভাবে আটকানোর দাবি করতে পারে, এবং উত্তরটি গণনার শেষে পড়া হয় যখন একটি পরিমাপ করা হয়, প্রতিটি সুপারপজিশনকে একটি নির্দিষ্ট 1 বা 0-এ ভেঙে দেয়।

এইভাবে তথ্য এনকোডিংয়ের জন্য নিরপেক্ষ পরমাণুর কোয়ান্টাম অবস্থা ব্যবহার করার ধারণা ছিল প্রস্তাবিত 2000 এর দশকের গোড়ার দিকে হার্ভার্ডের পদার্থবিদ দ্বারা মিখাইল লুকিন এবং সহকর্মীরা, এবং এছাড়াও নেতৃত্বে একটি গ্রুপ দ্বারা ইভান ডয়েচ নিউ মেক্সিকো বিশ্ববিদ্যালয়ের। দীর্ঘকাল ধরে, বিস্তৃত গবেষণা সম্প্রদায় সম্মত হয়েছে যে নিরপেক্ষ-পরমাণু কোয়ান্টাম কম্পিউটিং নীতিগতভাবে একটি দুর্দান্ত ধারণা ছিল, লুকিন বলেন, কিন্তু অনুশীলনে "এটি কার্যকর হয় না"।

"কিন্তু 20 বছর পরে, অন্যান্য পদ্ধতিগুলি চুক্তিটি বন্ধ করেনি," স্যাফম্যান বলেছিলেন। "এবং নিরপেক্ষ পরমাণুগুলিকে কাজ করার জন্য প্রয়োজনীয় দক্ষতা সেট এবং কৌশলগুলি ধীরে ধীরে এমন বিন্দুতে বিকশিত হয়েছে যেখানে তারা খুব আশাব্যঞ্জক দেখাচ্ছে।"

হার্ভার্ডে লুকিনের ল্যাব সেই পথের নেতৃত্বদানকারীদের মধ্যে রয়েছে। ডিসেম্বরে তিনি ও তার সহকর্মীরা রিপোর্ট যে তারা শত শত নিরপেক্ষ-পরমাণু কিউবিট সহ প্রোগ্রামযোগ্য কোয়ান্টাম সার্কিট তৈরি করেছে এবং তাদের সাথে কোয়ান্টাম গণনা এবং ত্রুটি সংশোধন করেছে। এবং এই মাসে, ক্যালিফোর্নিয়া ইনস্টিটিউট অফ টেকনোলজির একটি দল রিপোর্ট যে তারা 6,100 পারমাণবিক qubits একটি অ্যারে তৈরি. এই ধরনের ফলাফল ক্রমবর্ধমান এই পদ্ধতিতে রূপান্তরিত বিজয়ী হয়.

"দশ বছর আগে আমি এই [নিরপেক্ষ-পরমাণু] পদ্ধতিগুলি অন্তর্ভুক্ত করতাম না যদি আমি কোয়ান্টাম কম্পিউটিংয়ের ভবিষ্যতের উপর বাজি ধরতাম," বলেন অ্যান্ড্রু স্টেইন, অক্সফোর্ড বিশ্ববিদ্যালয়ের কোয়ান্টাম তথ্য তত্ত্ববিদ। "এটি একটি ভুল হবে।"

কুবিটসের যুদ্ধ

কিউবিট প্রকারের মধ্যে প্রতিযোগিতায় একটি মূল সমস্যা হল প্রতিটি ধরণের কিউবিট কতক্ষণ তার সুপারপজিশন বজায় রাখতে পারে কিছু এলোমেলো (উদাহরণস্বরূপ, তাপীয়) ওঠানামা দ্বারা পরিবর্তিত হওয়ার আগে। আইবিএম এবং গুগলের মতো সুপারকন্ডাক্টিং কিউবিটগুলির জন্য, এই "সহনশীলতা সময়" সাধারণত এক মিলিসেকেন্ডের কাছাকাছি হয়। একটি কোয়ান্টাম গণনার সমস্ত ধাপ অবশ্যই সেই সময়সীমার মধ্যে ঘটতে হবে।

পৃথক পরমাণুর রাজ্যে তথ্য এনকোডিং করার একটি সুবিধা হল যে তাদের সমন্বয়ের সময়গুলি সাধারণত অনেক বেশি হয়। তদুপরি, সুপারকন্ডাক্টিং সার্কিটের বিপরীতে, প্রদত্ত ধরণের পরমাণুগুলি সবই অভিন্ন, তাই সূক্ষ্মভাবে বিভিন্ন কোয়ান্টাম অবস্থা ইনপুট এবং ম্যানিপুলেট করার জন্য বেসপোক কন্ট্রোল সিস্টেমের প্রয়োজন হয় না।

এবং যেখানে কোয়ান্টাম সার্কিটগুলিতে সুপারকন্ডাক্টিং কিউবিটগুলিকে সংযুক্ত করতে ব্যবহৃত তারগুলি ভয়ঙ্করভাবে জটিল হয়ে উঠতে পারে - আরও তাই সিস্টেম স্কেল বাড়ার সাথে সাথে - পরমাণুর ক্ষেত্রে কোনও তারের প্রয়োজন নেই। সমস্ত entangling লেজার আলো ব্যবহার করে সম্পন্ন করা হয়.

এই সুবিধা প্রাথমিকভাবে একটি চ্যালেঞ্জ উপস্থাপন করেছে। জটিল মাইক্রোইলেক্ট্রনিক সার্কিটরি এবং তারগুলি খোদাই করার জন্য একটি সু-উন্নত প্রযুক্তি রয়েছে এবং আইবিএম এবং গুগল প্রাথমিকভাবে সুপারকন্ডাক্টিং কিউবিটগুলিতে বিনিয়োগ করার একটি সম্ভাব্য কারণ এই নয় যে এইগুলি স্পষ্টতই সর্বোত্তম ছিল কিন্তু কারণ এই ধরনের কোম্পানিগুলি যে ধরনের সার্কিটরি ব্যবহার করে সেগুলির জন্য তাদের প্রয়োজন ছিল, বলেন স্টুয়ার্ট অ্যাডামস, যুক্তরাজ্যের ডারহাম ইউনিভার্সিটির একজন পদার্থবিদ যিনি নিরপেক্ষ-পরমাণু কোয়ান্টাম কম্পিউটিং নিয়ে কাজ করেন। "লেজার-ভিত্তিক পরমাণু অপটিক্স তাদের কাছে সম্পূর্ণ অপরিচিত লাগছিল। সমস্ত ইঞ্জিনিয়ারিং সম্পূর্ণ আলাদা।"

বৈদ্যুতিক চার্জযুক্ত পরমাণু দিয়ে তৈরি কিউবিটগুলি - যা আয়ন নামে পরিচিত - এছাড়াও আলোর সাহায্যে নিয়ন্ত্রণ করা যেতে পারে এবং আয়নগুলিকে নিরপেক্ষ পরমাণুর চেয়ে ভাল কিউবিট প্রার্থী হিসাবে বিবেচনা করা হত। তাদের চার্জের কারণে, আয়নগুলি বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রে আটকে রাখা তুলনামূলকভাবে সহজ। গবেষকরা অতি নিম্ন তাপমাত্রায় (থার্মাল জিগলিং এড়াতে) আয়নগুলিকে একটি ক্ষুদ্র ভ্যাকুয়াম গহ্বরে স্থগিত করে আয়ন ফাঁদ তৈরি করেছেন যখন লেজার রশ্মিগুলি তথ্যের হেরফের করার জন্য বিভিন্ন শক্তির অবস্থার মধ্যে তাদের পরিবর্তন করে। কয়েক ডজন কিউবিট সহ আয়ন-ট্র্যাপ কোয়ান্টাম কম্পিউটারগুলি এখন প্রদর্শিত হয়েছে, এবং বেশ কয়েকটি স্টার্টআপ বাণিজ্যিকীকরণের জন্য প্রযুক্তি বিকাশ করছে। "এখন পর্যন্ত, বিশ্বস্ততা, নিয়ন্ত্রণ এবং সমন্বয়ের ক্ষেত্রে সর্বোচ্চ পারফরম্যান্স সহ সিস্টেমটি আয়ন আটকে গেছে," সাফম্যান বলেছেন।

নিরপেক্ষ পরমাণু আটকে রাখা কঠিন কারণ এটি ধরে রাখার জন্য কোনো চার্জ নেই। পরিবর্তে, লেজার রশ্মি দ্বারা তৈরি তীব্র আলোর ক্ষেত্রগুলির মধ্যে পরমাণুগুলি স্থির থাকে, যাকে অপটিক্যাল টুইজার বলা হয়। পরমাণু সাধারণত যেখানে আলোর ক্ষেত্র সবচেয়ে তীব্র সেখানে বসতে পছন্দ করে।

এবং আয়নগুলির সাথে একটি সমস্যা রয়েছে: তাদের সকলের একই চিহ্নের বৈদ্যুতিক চার্জ রয়েছে। তার মানে কিউবিটরা একে অপরকে বিকর্ষণ করে। অনেকগুলোকে একই ছোট জায়গায় জ্যাম করা যত বেশি আয়ন থাকবে তত কঠিন হয়ে যাবে। নিরপেক্ষ পরমাণুর সাথে, এমন কোন টান নেই। এটি, গবেষকরা বলছেন, নিরপেক্ষ-পরমাণু কিউবিটগুলিকে অনেক বেশি মাপযোগ্য করে তোলে।

আরও কী, আটকা পড়া আয়নগুলি সারিবদ্ধভাবে সাজানো হয় (বা, সম্প্রতি, একটি লুপিং "রেসট্র্যাক”)। এই কনফিগারেশনটি একটি আয়ন কিউবিটকে অন্য একটি আয়ন কিউবিটকে আটকানো কঠিন করে তোলে, বলুন, সারির 20টি জায়গা। "আয়ন ফাঁদগুলি সহজাতভাবে এক-মাত্রিক," অ্যাডামস বলেছিলেন। "আপনাকে সেগুলিকে একটি লাইনে সাজাতে হবে, এবং আপনি কীভাবে এইভাবে এক হাজার কিউবিট পর্যন্ত উঠবেন তা দেখা খুব কঠিন।"

নিরপেক্ষ-পরমাণু অ্যারে একটি দ্বি-মাত্রিক গ্রিড হতে পারে, যা স্কেল করা অনেক সহজ। "আপনি একই সিস্টেমে অনেক কিছু রাখতে পারেন, এবং আপনি যখন চান না তখন তারা ইন্টারঅ্যাক্ট করে না," সাফম্যান বলেছিলেন। তার গ্রুপ এবং অন্যরা এইভাবে 1,000 টিরও বেশি নিরপেক্ষ পরমাণু আটকে রেখেছে। "আমরা বিশ্বাস করি যে আমরা একটি সেন্টিমিটার-স্কেল ডিভাইসে দশ বা এমনকি কয়েক হাজার প্যাক করতে পারি," তিনি বলেছিলেন।

প্রকৃতপক্ষে, তাদের সাম্প্রতিক কাজে, ক্যালটেকের দলটি প্রায় 6,100টি নিরপেক্ষ সিজিয়াম পরমাণুর একটি অপটিক্যাল-টুইজার অ্যারে তৈরি করেছে, যদিও তারা এখনও তাদের সাথে কোনো কোয়ান্টাম গণনা করেনি। এই কিউবিটগুলিরও 12.6 সেকেন্ডের সুসংগত সময় ছিল, যা এই কিউবিট ধরণের জন্য এখন পর্যন্ত একটি রেকর্ড।

রাইডবার্গ অবরোধ

দুই বা ততোধিক কিউবিট আটকে যাওয়ার জন্য, তাদের একে অপরের সাথে যোগাযোগ করতে হবে। নিরপেক্ষ পরমাণু তথাকথিত ভ্যান ডার ওয়ালস বাহিনীর মাধ্যমে একে অপরের উপস্থিতি "অনুভূত" করে, যা একটি পরমাণু কাছাকাছি অন্য পরমাণুর ইলেকট্রনের মেঘে ওঠানামার প্রতিক্রিয়ার উপায় থেকে উদ্ভূত হয়। কিন্তু এই দুর্বল শক্তিগুলি তখনই অনুভূত হয় যখন পরমাণুগুলি খুব কাছাকাছি থাকে। হালকা ক্ষেত্র ব্যবহার করে প্রয়োজনীয় নির্ভুলতার জন্য স্বাভাবিক পরমাণুকে ম্যানিপুলেট করা সম্ভব নয়।

লুকিন এবং তার সহকর্মীরা 2000 সালে তাদের মূল প্রস্তাবে উল্লেখ করেছিলেন যে, আমরা যদি পরমাণুর আকার বাড়াই তবে মিথস্ক্রিয়া দূরত্ব নাটকীয়ভাবে বৃদ্ধি পেতে পারে। একটি ইলেকট্রনের যত বেশি শক্তি থাকে, তত বেশি এটি পারমাণবিক নিউক্লিয়াস থেকে ঘুরে বেড়াতে থাকে। যদি একটি লেজার ব্যবহার করা হয় একটি ইলেক্ট্রনকে শক্তির অবস্থায় পাম্প করার জন্য যা সাধারণত পরমাণুতে পাওয়া যায় তার চেয়ে অনেক বেশি - এটিকে রাইডবার্গ স্টেট বলা হয় সুইডিশ পদার্থবিদ জোহানেস রাইডবার্গের পরে, যিনি 1880-এর দশকে পরমাণুগুলি বিচ্ছিন্ন তরঙ্গদৈর্ঘ্যে আলো নির্গত করার উপায় অধ্যয়ন করেছিলেন - ইলেকট্রন নিউক্লিয়াস থেকে স্বাভাবিকের চেয়ে হাজার গুণ বেশি দূরে ঘুরে বেড়াতে পারে।

আকারের এই বৃদ্ধি দুটি পরমাণুকে বেশ কয়েকটি মাইক্রোমিটার দূরে রাখা সক্ষম করে — অপটিক্যাল ফাঁদে সম্পূর্ণরূপে সম্ভব — ইন্টারঅ্যাক্ট করতে।

একটি কোয়ান্টাম অ্যালগরিদম বাস্তবায়নের জন্য, গবেষকরা প্রথমে পারমাণবিক শক্তি স্তরের একজোড়া কোয়ান্টাম তথ্য এনকোড করেন, লেজারগুলি ব্যবহার করে স্তরগুলির মধ্যে ইলেকট্রনগুলি স্যুইচ করেন। তারপরে তারা তাদের মধ্যে Rydberg মিথস্ক্রিয়া চালু করে পরমাণুর অবস্থাকে আটকে দেয়। একটি প্রদত্ত পরমাণু একটি Rydberg রাজ্যে উত্তেজিত হতে পারে বা না হতে পারে, তার ইলেক্ট্রন দুটি শক্তি স্তরের কোনটিতে রয়েছে তার উপর নির্ভর করে — এর মধ্যে শুধুমাত্র একটি উত্তেজনা লেজারের ফ্রিকোয়েন্সির সাথে অনুরণিত হওয়ার জন্য সঠিক শক্তিতে বসে। এবং যদি পরমাণুটি বর্তমানে অন্যটির সাথে যোগাযোগ করে তবে এই উত্তেজনা ফ্রিকোয়েন্সিটি সামান্য পরিবর্তন হয় যাতে ইলেক্ট্রন আলোর সাথে অনুরণিত না হয় এবং লাফ দিতে সক্ষম হবে না। এর মানে হল এক বা অন্য এক জোড়া পারস্পরিক পরমাণু যে কোনো মুহূর্তে রাইডবার্গের অবস্থা বজায় রাখতে পারে; তাদের কোয়ান্টাম স্টেটগুলি পারস্পরিক সম্পর্কযুক্ত — বা অন্য কথায়, entangled। এই তথাকথিত Rydberg অবরোধ, প্রথম প্রস্তাবিত লুকিন এবং সহকর্মীদের দ্বারা 2001 সালে রাইডবার্গ-অ্যাটম কিউবিটসকে জড়ানোর উপায় হিসাবে, এটি একটি সর্বোত্তম বা কিছুই নয়: হয় একটি রাইডবার্গ অবরোধ আছে বা নেই। "রাইডবার্গ অবরোধটি পরমাণুগুলির মধ্যে ডিজিটাল মিথস্ক্রিয়া তৈরি করে," লুকিন বলেছিলেন।

গণনার শেষে, লেজারগুলি পরমাণুর অবস্থা পড়ে: যদি একটি পরমাণু এমন অবস্থায় থাকে যা আলোকসজ্জার সাথে অনুরণিত হয়, তবে আলো বিক্ষিপ্ত হয়, কিন্তু যদি এটি অন্য অবস্থায় থাকে তবে কোন বিক্ষিপ্ততা নেই।

2004 সালে, কানেকটিকাট বিশ্ববিদ্যালয়ের একটি দল প্রদর্শিত রুবিডিয়াম পরমাণুর মধ্যে একটি রাইডবার্গ অবরোধ, পরম শূন্যের উপরে মাত্র 100 মাইক্রোকেলভিনে আটকা পড়ে এবং ঠান্ডা হয়। তারা পরমাণুর তাপীয় শক্তিকে "চুষতে" লেজার ব্যবহার করে পরমাণুগুলিকে শীতল করেছিল। পদ্ধতির অর্থ হল, সুপারকন্ডাক্টিং কিউবিটগুলির বিপরীতে, নিরপেক্ষ পরমাণুগুলির কোনও ক্রায়োজেনিক শীতলকরণ এবং কোনও জটিল রেফ্রিজারেন্টের প্রয়োজন হয় না। এই সিস্টেমগুলি তাই খুব কমপ্যাক্ট করা যেতে পারে। "সামগ্রিকভাবে যন্ত্রটি ঘরের তাপমাত্রায় থাকে," স্যাফম্যান বলেছিলেন। "এই অতি ঠান্ডা পরমাণুগুলি থেকে এক সেন্টিমিটার দূরে, আপনার ঘরের তাপমাত্রার জানালা আছে।"

2010 সালে সাফম্যান এবং তার সহকর্মীরা রিপোর্ট প্রথম লজিক গেট - কম্পিউটারের একটি মৌলিক উপাদান, যেখানে এক বা একাধিক বাইনারি ইনপুট সংকেত একটি নির্দিষ্ট বাইনারি আউটপুট তৈরি করে - Rydberg ব্লকড ব্যবহার করে দুটি পরমাণু থেকে তৈরি। তারপরে, গুরুত্বপূর্ণভাবে, 2016 সালে, লুকিনের দল এবং ফ্রান্স এবং দক্ষিণ কোরিয়ায় গবেষণা গোষ্ঠীগুলি স্বাধীনভাবে খুঁজে বের করা কিভাবে অনেক নিরপেক্ষ পরমাণু লোড করুন অপটিক্যাল ফাঁদের অ্যারে এবং ইচ্ছামত তাদের চারপাশে সরানো. "এই উদ্ভাবন ক্ষেত্রে নতুন জীবন এনেছে," বলেন স্টেফান ডুর জার্মানির গার্চিং-এর ম্যাক্স প্ল্যাঙ্ক ইনস্টিটিউট অফ কোয়ান্টাম অপটিক্সের, যিনি আলো-ভিত্তিক কোয়ান্টাম তথ্য প্রক্রিয়াকরণে পরীক্ষার জন্য রাইডবার্গ পরমাণু ব্যবহার করেন।

এখন পর্যন্ত বেশিরভাগ কাজ রুবিডিয়াম এবং সিজিয়াম পরমাণু ব্যবহার করে, কিন্তু পদার্থবিদ ড জেফ থম্পসন প্রিন্সটন ইউনিভার্সিটিতে স্ট্রনটিয়াম এবং ইটারবিয়ামের মতো ধাতব পরমাণুর পারমাণবিক স্পিন অবস্থায় তথ্য এনকোডিং পছন্দ করে, যার সুসংগত সময় আরও বেশি। গত অক্টোবরে থম্পসন ও সহকর্মীরা রিপোর্ট এই সিস্টেমগুলি থেকে তৈরি টু-কিউবিট লজিক গেট।

এবং Rydberg অবরোধ একাকী পরমাণুর মধ্যে হতে হবে না. গত গ্রীষ্মে, অ্যাডামস এবং তার সহকর্মীরা দেখিয়েছেন যে তারা একটি পরমাণু এবং আটকা পড়া অণুর মধ্যে একটি রাইডবার্গ অবরোধ তৈরি করতে পারে, যা তারা রুবিডিয়াম পরমাণুর পাশে একটি সিজিয়াম পরমাণু টানতে অপটিক্যাল টুইজার ব্যবহার করে কৃত্রিমভাবে তৈরি করেছিল। হাইব্রিড পরমাণু-অণু সিস্টেমের সুবিধা হল যে পরমাণু এবং অণুগুলির খুব আলাদা শক্তি রয়েছে, যা অন্যকে প্রভাবিত না করে একটিকে ম্যানিপুলেট করা সহজ করে তুলতে পারে। আরো কি, আণবিক qubits খুব দীর্ঘ সুসংগত সময় থাকতে পারে. অ্যাডামস জোর দিয়েছিলেন যে এই জাতীয় হাইব্রিড সিস্টেমগুলি সর্ব-পরমাণু সিস্টেমের থেকে কমপক্ষে 10 বছর পিছনে রয়েছে এবং এই জাতীয় দুটি কিউবিটকে আটকানো এখনও অর্জন করা হয়নি। "হাইব্রিড সিস্টেম সত্যিই কঠিন," থম্পসন বলেছিলেন, "তবে আমরা সম্ভবত এক পর্যায়ে সেগুলি করতে বাধ্য হব।"

হাই-ফিডেলিটি কিউবিটস

কোন কিউবিট নিখুঁত নয়: সকলেই ত্রুটি হতে পারে। এবং যদি এইগুলি সনাক্ত না করা যায় এবং অসংশোধিত হয় তবে তারা গণনার ফলাফলকে ঝাঁকুনি দেয়।

কিন্তু সমস্ত কোয়ান্টাম কম্পিউটিং-এর একটি বড় বাধা হল ক্লাসিক্যাল কম্পিউটারের ক্ষেত্রে ত্রুটিগুলিকে চিহ্নিত করা এবং সংশোধন করা যায় না, যেখানে একটি অ্যালগরিদম কপি তৈরি করে বিটগুলি কী অবস্থায় রয়েছে তা কেবল ট্র্যাক রাখে। কোয়ান্টাম কম্পিউটিং এর চাবিকাঠি হল যে চূড়ান্ত ফলাফল পড়া না হওয়া পর্যন্ত কিউবিটের অবস্থাগুলি অনির্ধারিত রাখা হয়। আপনি যদি সেই বিন্দুর আগে সেই রাজ্যগুলি পরিমাপ করার চেষ্টা করেন, আপনি গণনা বন্ধ করে দেন। তাহলে, কিভাবে qubits ত্রুটি থেকে রক্ষা করা যেতে পারে যে আমরা এমনকি নিরীক্ষণ করতে পারি না?

একটি উত্তর হল অনেকগুলি ভৌত ​​কিউবিটগুলিতে তথ্য ছড়িয়ে দেওয়া - একটি একক "লজিক্যাল কিউবিট" গঠন করা - যাতে তাদের মধ্যে একটি ত্রুটি তারা সম্মিলিতভাবে এনকোড করা তথ্যকে দূষিত না করে। এটি কেবল তখনই ব্যবহারিক হয়ে ওঠে যখন প্রতিটি লজিক্যাল কিউবিটের জন্য প্রয়োজনীয় শারীরিক কিউবিটের সংখ্যা খুব বেশি না হয়। যে ওভারহেড কিছু ত্রুটি-সংশোধন অ্যালগরিদম ব্যবহার করা হয় উপর নির্ভর করে.

ত্রুটি-সংশোধিত লজিক্যাল কিউবিটগুলি সুপারকন্ডাক্টিং এবং ট্র্যাপড-আয়ন কিউবিটগুলির সাথে প্রদর্শিত হয়েছে, তবে সম্প্রতি পর্যন্ত এটি পরিষ্কার হয়নি যে সেগুলি নিরপেক্ষ পরমাণু থেকে তৈরি করা যায় কিনা। এটি ডিসেম্বরে পরিবর্তিত হয়, যখন হার্ভার্ড দল কয়েকশ আটকা পড়া রুবিডিয়াম পরমাণুর অ্যারে উন্মোচন করে এবং 48টি লজিক্যাল কিউবিটগুলিতে অ্যালগরিদম চালায়, প্রতিটি সাত বা আটটি ভৌত ​​পরমাণু থেকে তৈরি। গবেষকরা একটি নিয়ন্ত্রিত নট গেট নামে একটি সাধারণ লজিক্যাল অপারেশন পরিচালনা করার জন্য সিস্টেমটি ব্যবহার করেছিলেন, যেখানে একটি দ্বিতীয় "নিয়ন্ত্রণ" কিউবিটের অবস্থার উপর নির্ভর করে একটি কিউবিটের 1 এবং 0 অবস্থা ফ্লিপ করা হয় বা অপরিবর্তিত রেখে দেওয়া হয়। গণনা পরিচালনা করার জন্য, গবেষকরা ট্র্যাপিং চেম্বারে তিনটি স্বতন্ত্র অঞ্চলের মধ্যে পরমাণুগুলিকে স্থানান্তরিত করেছিলেন: পরমাণুর একটি বিন্যাস, একটি মিথস্ক্রিয়া অঞ্চল (বা "গেট জোন") যেখানে নির্দিষ্ট পরমাণুগুলিকে রাইডবার্গ অবরোধ ব্যবহার করে টেনে এনে আটকানো হয়েছিল এবং একটি রিডআউট জোন . অ্যাডামস বলেছেন, এটি সবই সম্ভব হয়েছে, কারণ "রাইডবার্গ সিস্টেম আপনাকে কিউবিটগুলিকে এলোমেলো করার এবং কে কার সাথে ইন্টারঅ্যাক্ট করছে তা সিদ্ধান্ত নেওয়ার এই সমস্ত ক্ষমতা দেয়, যা আপনাকে একটি নমনীয়তা দেয় যা সুপারকন্ডাক্টিং কিউবিটগুলিতে নেই।"

হার্ভার্ড দল কিছু সহজ লজিক্যাল-কিউবিট অ্যালগরিদমের জন্য ত্রুটি-সংশোধন কৌশল প্রদর্শন করেছে, যদিও সবচেয়ে বড়গুলির জন্য, 48টি লজিক্যাল কিউবিট সহ, তারা কেবল ত্রুটি সনাক্তকরণ অর্জন করেছে। থম্পসনের মতে, পরবর্তী পরীক্ষাগুলি দেখিয়েছে যে "তারা ভুলের সাথে পরিমাপের ফলাফল অগ্রাধিকারমূলকভাবে প্রত্যাখ্যান করতে পারে এবং তাই নিম্ন ত্রুটি সহ ফলাফলের একটি উপসেট সনাক্ত করতে পারে।" এই পদ্ধতিটিকে পোস্ট-নির্বাচন বলা হয়, এবং এটি কোয়ান্টাম ত্রুটি সংশোধনে একটি ভূমিকা পালন করতে পারে, এটি নিজেই সমস্যার সমাধান করে না।

Rydberg পরমাণু অভিনব ত্রুটি-সংশোধন কোড নিজেদেরকে ধার দিতে পারে. হার্ভার্ডের কাজে ব্যবহৃত একটি, যাকে সারফেস কোড বলা হয়, "খুব জনপ্রিয় কিন্তু খুব অদক্ষ," সাফম্যান বলেছেন; এটি একটি যৌক্তিক qubit করতে অনেক শারীরিক qubits প্রয়োজন হয়. অন্যান্য, আরও দক্ষ প্রস্তাবিত ত্রুটি-সংশোধনকারী কোডগুলির জন্য qubits-এর মধ্যে দীর্ঘ-পরিসরের মিথস্ক্রিয়া প্রয়োজন, শুধুমাত্র নিকটতম-প্রতিবেশী জোড়া নয়। নিরপেক্ষ-পরমাণু কোয়ান্টাম কম্পিউটিং অনুশীলনকারীরা মনে করেন দীর্ঘ-পরিসরের Rydberg মিথস্ক্রিয়া কাজটি করা উচিত। "আমি অত্যন্ত আশাবাদী যে পরের দুই থেকে তিন বছরের পরীক্ষাগুলি আমাদের দেখাবে যে ওভারহেড লোকেদের মতো খারাপ হওয়ার দরকার নেই," লুকিন বলেছিলেন।

যদিও এখনও আরও অনেক কিছু করা বাকি আছে, স্টিন হার্ভার্ডের কাজকে "গ্যাবরেটরিতে ত্রুটি-সংশোধন প্রোটোকলগুলি যে মাত্রায় উপলব্ধি করা হয়েছে তার একটি ধাপ পরিবর্তন" বলে মনে করেন।

দ্রুত ঘুরতে থাকা

এই ধরনের অগ্রগতি Rydberg-পরমাণু qubits এমনকি তাদের প্রতিযোগীদের সঙ্গে অঙ্কন আছে. "উচ্চ-বিশ্বস্ত গেটগুলির সংমিশ্রণ, বিপুল সংখ্যক কিউবিট, উচ্চ-নির্ভুলতা পরিমাপ এবং নমনীয় সংযোগ আমাদেরকে রাইডবার্গ-অ্যাটম অ্যারেকে সুপারকন্ডাক্টিং এবং ট্র্যাপড-আয়ন কিউবিটগুলির একটি বাস্তব প্রতিযোগী হিসাবে বিবেচনা করতে দেয়," স্টিন বলেছিলেন।

সুপারকন্ডাক্টিং কিউবিটের তুলনায়, প্রযুক্তিটি বিনিয়োগ খরচের একটি ভগ্নাংশে আসে। হার্ভার্ড গ্রুপের একটি স্পিনঅফ কোম্পানি আছে QuEra, যা ইতিমধ্যে একটি 256-কিউবিট Rydberg কোয়ান্টাম প্রসেসর তৈরি করেছে আকিলা — একটি এনালগ "কোয়ান্টাম সিমুলেটর", যা সিমুলেশন চালাতে পারে অনেক কোয়ান্টাম কণার সিস্টেম — অ্যামাজনের ব্র্যাকেট কোয়ান্টাম কম্পিউটিং প্ল্যাটফর্মের সাথে অংশীদারিত্বে ক্লাউডে উপলব্ধ৷ QuEra কোয়ান্টাম ত্রুটি সংশোধন অগ্রসর করার জন্যও কাজ করছে।

সাফম্যান নামে একটি কোম্পানিতে যোগ দেন ইনফ্লেকশান, যা কোয়ান্টাম সেন্সর এবং যোগাযোগের পাশাপাশি কোয়ান্টাম কম্পিউটিং-এর জন্য নিরপেক্ষ-পরমাণু অপটিক্যাল প্ল্যাটফর্ম তৈরি করছে। "আমি অবাক হব না যদি বড় আইটি কোম্পানিগুলির মধ্যে একটি শীঘ্রই এই স্পিনঅফগুলির মধ্যে একটির সাথে অংশীদারিত্বে যায়," অ্যাডামস বলেছিলেন।

"নিরপেক্ষ-পরমাণু কিউবিটগুলির সাথে স্কেলেবল ত্রুটি সংশোধন করা অবশ্যই সম্ভব," থম্পসন বলেছিলেন। "আমি মনে করি 10,000 নিরপেক্ষ-পরমাণু কিউবিট কয়েক বছরের মধ্যে স্পষ্টভাবে সম্ভব।" এর বাইরে, তিনি মনে করেন যে লেজার শক্তি এবং রেজোলিউশনের ব্যবহারিক সীমাবদ্ধতা প্রয়োজন হবে মডুলার ডিজাইন যেখানে বেশ কয়েকটি স্বতন্ত্র পরমাণু অ্যারে একসাথে সংযুক্ত থাকে।

এমনটা হলে কী হবে কে জানে? "আমরা এখনও জানি না আমরা কোয়ান্টাম কম্পিউটিং দিয়ে কি করতে পারি," লুকিন বলেন। "আমি সত্যিই আশা করি এই নতুন অগ্রগতিগুলি আমাদের এই প্রশ্নের উত্তর দিতে সাহায্য করবে।"