কোয়ান্টামনেস পরিমাপ করার কোয়েস্ট | কোয়ান্টা ম্যাগাজিন

পদার্থবিজ্ঞানী রিচার্ড ফাইনম্যান 40 বছরেরও বেশি সময় ধরে উল্লেখ করেছেন যে কোয়ান্টাম নীতির উপর ভিত্তি করে কম্পিউটিং ডিভাইস তৈরি করা "ধ্রুপদী" কম্পিউটারের চেয়ে অনেক বেশি শক্তি আনলক করতে পারে। 1981 সালের একটি মূল বক্তৃতায় প্রায়ই কোয়ান্টাম কম্পিউটিং ক্ষেত্র চালু করার কৃতিত্ব, ফাইনম্যান একটি এখন-বিখ্যাত কৌতুক দিয়ে শেষ করেন:

"প্রকৃতি ধ্রুপদী নয়, অভিশাপ, এবং আপনি যদি প্রকৃতির একটি অনুকরণ করতে চান তবে আপনি এটিকে কোয়ান্টাম যান্ত্রিক করে তুলবেন।"

গণিতবিদ পিটার শোর কোয়ান্টাম কম্পিউটারের জন্য প্রথম সম্ভাব্য রূপান্তরমূলক ব্যবহার নিয়ে আসার প্রায় 30 বছর হয়ে গেছে। ডিজিটাল জগতের বেশিরভাগ নিরাপত্তাই এই ধারণার উপর নির্মিত বড় সংখ্যা ফ্যাক্টরিং একটি চ্যালেঞ্জিং এবং সময়সাপেক্ষ কাজ। শোর দেখিয়েছেন কিভাবে qubits - কোয়ান্টাম অবজেক্ট যা 0 এবং 1 এর মিশ্রণে থাকতে পারে - এটি একটি হৃদস্পন্দনে করতে হয়, অন্তত পরিচিত শাস্ত্রীয় পদ্ধতির তুলনায়।

গবেষকরা বেশ আত্মবিশ্বাসী বোধ করেন (যদিও সম্পূর্ণরূপে নিশ্চিত নয়) যে শোর কোয়ান্টাম অ্যালগরিদম সমস্ত ধ্রুপদী অ্যালগরিদমকে পরাজিত করে কারণ — অভূতপূর্ব প্রণোদনা সত্ত্বেও — কেউ একটি ক্লাসিক্যাল মেশিনের সাথে আধুনিক এনক্রিপশন সফলভাবে ভাঙতে পারেনি। কিন্তু ফ্যাক্টরিংয়ের চেয়ে কম গ্ল্যামারাস কাজের জন্য, এটি নিশ্চিতভাবে বলা কঠিন কোয়ান্টাম পদ্ধতি উচ্চতর কিনা। আরও ব্লকবাস্টার অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য অনুসন্ধান করা একটি এলোমেলো অনুমান করার খেলা হয়ে উঠেছে।

"এটি সম্পর্কে যেতে একটি নির্বোধ উপায়," বলেন ক্রিস্টাল নোয়েল, ডিউক বিশ্ববিদ্যালয়ের একজন পদার্থবিদ।

গত 20 বছরে, গাণিতিকভাবে ঝোঁকযুক্ত পদার্থবিদ এবং শারীরিকভাবে প্রবণ গণিতবিদদের একটি আলগা কনফেডারেশন কোয়ান্টাম রাজ্যের শক্তিকে আরও স্পষ্টভাবে সনাক্ত করার চেষ্টা করেছে। তাদের লক্ষ্য? কোয়ান্টামনেস পরিমাপ করার উপায় খুঁজে বের করতে। তারা এমন একটি সংখ্যার স্বপ্ন দেখে যা কিছু কোয়ান্টাম গণনা দ্বারা উত্পাদিত কিউবিটগুলির বিন্যাসকে তারা বরাদ্দ করতে পারে। যদি সংখ্যা কম হয়, তাহলে ল্যাপটপে সেই হিসাবটি অনুকরণ করা সহজ হবে। যদি এটি উচ্চ হয়, qubits কোনো ক্লাসিক্যাল ডিভাইসের নাগালের বাইরে সত্যিই কঠিন সমস্যার উত্তর উপস্থাপন করে।

সংক্ষেপে, গবেষকরা কোয়ান্টাম ডিভাইসের সম্ভাব্য শক্তির মূলে শারীরিক উপাদান খুঁজছেন।

"এখানেই কোয়ান্টামনেস একটি সুপার কঠোর অর্থে শুরু হয়," বলেন বিল ফেফারম্যান, শিকাগো বিশ্ববিদ্যালয়ের একজন কোয়ান্টাম গবেষক।

তাদের অনুসন্ধান ফলপ্রসূ হয়েছে - সম্ভবত খুব ফলপ্রসূ। একটি মেট্রিক খুঁজে পাওয়ার পরিবর্তে, গবেষকরা তিনটিতে হোঁচট খেয়েছেন, প্রতিটি কোয়ান্টাম এবং ক্লাসিক্যাল ক্ষেত্রগুলিকে আলাদা করার একটি স্বতন্ত্র উপায়। ইতিমধ্যে, পদার্থবিদরা ভাবতে শুরু করেছেন যে তিনটির মধ্যে ন্যূনতম কংক্রিট পরিমাণ কোয়ান্টাম কম্পিউটারের বাইরে দেখায় কিনা। প্রাথমিক গবেষণায় এটি পাওয়া গেছে, এবং এটি কোয়ান্টাম পদার্থের পর্যায় এবং ব্ল্যাক হোলের ধ্বংসাত্মক প্রকৃতির উপর একটি হ্যান্ডেল পেতে একটি নতুন উপায় প্রস্তাব করতে পারে।

এই কারণে, পদার্থবিজ্ঞানী এবং কম্পিউটার বিজ্ঞানী উভয়ই এই তিন-অংশের কোয়ান্টাম সাম্রাজ্যের সঠিক টপোগ্রাফি ম্যাপ করার চেষ্টা করেছেন। এই গ্রীষ্মে, গবেষণা গোষ্ঠীর একটি ত্রয়ী ঘোষণা করেছে যে তারা তিনটি প্রদেশের সবচেয়ে কম পরিচিতের মধ্যে এখনও সেরা মানচিত্র তৈরি করেছে, যেখানে ক্লাসিক্যাল শেষ হয় এবং সত্যিকারের কোয়ান্টাম শুরু হয় তা বোঝার জন্য গুরুত্বপূর্ণ বিশদ যোগ করে।

এটা "এই দিগন্ত কোথায় তা বোঝার জন্য বেশ মৌলিক," বলেন কামিল কোরজেকওয়া পোল্যান্ডের জাগিলোনিয়ান ইউনিভার্সিটির, নতুন কাজের পিছনে গবেষকদের একজন। "কোয়ান্টাম সম্পর্কে সত্যিই কোয়ান্টাম কি?"

জড়াইয়া পড়া

1990-এর দশকে, কোয়ান্টাম কম্পিউটারকে শক্তিশালী করে তোলে এমন শারীরিক উপাদান সুস্পষ্ট বলে মনে হয়েছিল। এটিকে জড়াতে হবে, দূরবর্তী কণাগুলির মধ্যে "ভয়ঙ্কর" কোয়ান্টাম লিঙ্ক যা এরউইন শ্রোডিঙ্গার নিজেই "কোয়ান্টাম মেকানিক্সের বৈশিষ্ট্যগত বৈশিষ্ট্য" হিসাবে চিহ্নিত করেছিলেন।

"জলদি খুব দ্রুত উল্লেখ করা হয়েছে," বলেন রিচার্ড জোজসা, কেমব্রিজ বিশ্ববিদ্যালয়ের একজন গণিতবিদ। "এবং সবাই ধরে নিয়েছিল যে এটি ছিল।"

কিছু সময়ের জন্য, মনে হয়েছিল যে গুরুত্বপূর্ণ কোয়ান্টাম মশলার অনুসন্ধান শুরু হওয়ার আগেই শেষ হয়ে গেছে।

এনট্যাঙ্গলমেন্ট, এমন একটি ঘটনা যেখানে দুটি কোয়ান্টাম কণা একটি ভাগ করা অবস্থা তৈরি করে, যা কোয়ান্টাম মেকানিক্স করার ক্ষেত্রে কী কঠিন ছিল তা ধারণ করে — এবং সেইজন্য কোয়ান্টাম কম্পিউটারগুলি কী অর্জন করতে পারে। যখন কণাগুলি আটকানো হয় না, আপনি পৃথকভাবে তাদের ট্র্যাক রাখতে পারেন। কিন্তু যখন কণাগুলো আটকে যায়, তখন একটি সিস্টেমে একটি কণাকে পরিবর্তন করা বা হেরফের করা অন্য আটকানো কণার সাথে এর লিঙ্কগুলির জন্য অ্যাকাউন্টিং জড়িত। আপনি আরও কণা যোগ করার সাথে সাথে সেই কাজটি দ্রুত বৃদ্ধি পায়। সম্পূর্ণরূপে রাষ্ট্র নির্দিষ্ট করতে n entangled qubits, আপনি 2 মত কিছু প্রয়োজনⁿ শাস্ত্রীয় বিট; একটি কিউবিট টুইক করার প্রভাব গণনা করতে, আপনাকে প্রায় 2টি সম্পাদন করতে হবেⁿ শাস্ত্রীয় অপারেশন। তিনটি qubits জন্য যে শুধুমাত্র আট ধাপ. কিন্তু 10 কিউবিটের জন্য এটি 1,024 - জিনিসগুলির গাণিতিক সংজ্ঞা দ্রুত বৃদ্ধি পাচ্ছে।

2002 ইন, জোজসা একটি কোয়ান্টাম "সার্কিট" অনুকরণ করার জন্য একটি ধ্রুপদী কম্পিউটার ব্যবহার করার জন্য একটি সহজ প্রক্রিয়া তৈরি করতে সাহায্য করেছিল, যা কিউবিটগুলিতে সম্পাদিত অপারেশনগুলির একটি নির্দিষ্ট সিরিজ। আপনি যদি ধ্রুপদী প্রোগ্রামটিকে কিউবিটগুলির কিছু প্রাথমিক বিন্যাস দেন তবে এটি তাদের চূড়ান্ত বিন্যাসের পূর্বাভাস দেবে, তারা কোয়ান্টাম সার্কিটের মধ্য দিয়ে যাওয়ার পরে। জোজসা প্রমাণ করেছেন যে, যতক্ষণ না তার অ্যালগরিদম একটি সার্কিট সিমুলেট করে যা কিউবিটকে আটকায় না, এটি চালানোর জন্য দ্রুতগতিতে বেশি সময় না নিয়ে আরও বড় এবং বৃহত্তর সংখ্যক কিউবিট পরিচালনা করতে পারে।

অন্য কথায়, তিনি দেখিয়েছিলেন যে একটি এনট্যাঙ্গলমেন্ট-মুক্ত কোয়ান্টাম সার্কিট একটি ক্লাসিক্যাল কম্পিউটারে সিমুলেট করা সহজ। একটি গণনাগত অর্থে, সার্কিটটি অন্তর্নিহিতভাবে কোয়ান্টাম ছিল না। এই ধরনের সমস্ত নন-এন্ট্যাংলিং সার্কিট (বা, সমতুল্যভাবে, এই নন-এন্ট্যাংলিং সার্কিটগুলি থেকে বেরিয়ে আসতে পারে এমন কিউবিটগুলির সমস্ত বিন্যাস) একটি বিশাল কোয়ান্টাম সমুদ্রে একটি ধ্রুপদীভাবে অনুকরণযোগ্য দ্বীপের মতো কিছু তৈরি করেছে।

এই সমুদ্রে সত্যিকারের কোয়ান্টাম সার্কিটগুলির ফলে রাজ্যগুলি ছিল, যেগুলির জন্য একটি ধ্রুপদী সিমুলেশন বিলিয়ন বছর সময় নিতে পারে। এই কারণে, গবেষকরা জটকে কেবলমাত্র একটি কোয়ান্টাম সম্পত্তি হিসাবে নয়, একটি কোয়ান্টাম সম্পদ হিসাবে বিবেচনা করতে এসেছেন: এটি ছিল অনির্ধারিত গভীরতায় পৌঁছানোর জন্য, যেখানে শোরের মতো শক্তিশালী কোয়ান্টাম অ্যালগরিদমগুলি ছিল।

আজ, এনট্যাঙ্গলমেন্ট এখনও সবচেয়ে অধ্যয়ন করা কোয়ান্টাম সম্পদ। "যদি আপনি 99 পদার্থবিদদের মধ্যে 100 জনকে জিজ্ঞাসা করেন [কীটি কোয়ান্টাম সার্কিটকে শক্তিশালী করে তোলে], প্রথম যে জিনিসটি মনে আসে তা হ'ল এনগেলমেন্ট," ফেফারম্যান বলেছিলেন।

এবং জটিলতার সাথে ফাঁদে ফেলার সম্পর্ক নিয়ে সক্রিয় গবেষণা অব্যাহত রয়েছে। ফেফারম্যান এবং তার সহযোগীরা, উদাহরণস্বরূপ, গত বছর দেখিয়েছে যে কোয়ান্টাম সার্কিটের একটি নির্দিষ্ট শ্রেণীর জন্য, এনট্যাঙ্গলমেন্ট সম্পূর্ণরূপে নির্ধারণ করে যে সার্কিটটি ক্লাসিকভাবে অনুকরণ করা কতটা কঠিন। ফেফারম্যান বলেছিলেন, "আপনি একটি নির্দিষ্ট পরিমাণে জড়িয়ে পড়ার সাথে সাথেই, আপনি আসলে কঠোরতা প্রমাণ করতে পারেন। কোন [শাস্ত্রীয়] অ্যালগরিদম কাজ করবে না।"

কিন্তু ফেফারম্যানের প্রমাণ সার্কিটের একটি মাত্র স্বাদের জন্য ধারণ করে। এবং এমনকি 20 বছর আগেও, গবেষকরা ইতিমধ্যেই স্বীকার করছেন যে কোয়ান্টাম মহাসাগরের সমৃদ্ধি ক্যাপচার করতে একা এনগেলমেন্ট ব্যর্থ হয়েছে।

জোজসা এবং তার সহযোগী তাদের 2002 সালের গবেষণাপত্রে লিখেছিলেন, "জলদির অপরিহার্য ভূমিকা সত্ত্বেও," আমরা যুক্তি দিই যে কোয়ান্টাম কম্পিউটেশনাল শক্তির জন্য একটি মূল সংস্থান হিসাবে জটকে দেখা বিভ্রান্তিকর।"

কোয়ান্টামনেসের অনুসন্ধান, দেখা গেল, সবে শুরু হয়েছিল।

 জাদু একটি সামান্য বিট

জোৎসা জানতেন যে কোয়ান্টামনেসের চূড়ান্ত শব্দ নয়, কারণ তার কাজের চার বছর আগে, পদার্থবিদ ড. ড্যানিয়েল গোটেসম্যান অন্যথায় দেখিয়েছিলেন। তাসমানিয়ায় 1998 সালের একটি সম্মেলনে, গোটেসম্যান ব্যাখ্যা যে, একটি নির্দিষ্ট ধরনের কোয়ান্টাম সার্কিটে, আপাতদৃষ্টিতে কোয়ান্টাম পরিমাণটি একটি ধ্রুপদী কম্পিউটারের অনুকরণের জন্য একটি তুচ্ছ জিনিস হয়ে ওঠে।

গোটেসম্যানের পদ্ধতিতে (যেটি তিনি গণিতবিদ ইমানুয়েল নিলের সাথে আলোচনা করেছিলেন), জড়ানো অপারেশনের জন্য মূলত কিছুই খরচ হয় না। আপনি যতগুলি কিউবিট পছন্দ করতে পারেন, এবং একটি ধ্রুপদী কম্পিউটার এখনও চালিয়ে যেতে পারে।

"90 এর দশকে এটি ছিল প্রথম বিস্ময়গুলির মধ্যে একটি, গোটেসম্যান-নিল উপপাদ্য," করজেকওয়া বলেছিলেন।

শাস্ত্রীয়ভাবে এনগেলমেন্ট অনুকরণ করার ক্ষমতা একটি অলৌকিক বিট মত মনে হয়েছিল, কিন্তু একটি ক্যাচ ছিল. গোটেসম্যান-নিল অ্যালগরিদম সমস্ত কোয়ান্টাম সার্কিট পরিচালনা করতে পারেনি, যা তথাকথিত ক্লিফোর্ড গেটে আটকে আছে। কিন্তু আপনি যদি একটি "টি গেট" যোগ করেন, একটি আপাতদৃষ্টিতে নিরীহ গ্যাজেট যা একটি কিউবিটকে একটি নির্দিষ্ট উপায়ে ঘোরায়, তাহলে তাদের প্রোগ্রাম এটিকে দম বন্ধ করে দেবে।

এই টি গেটটি কিছু ধরণের কোয়ান্টাম সংস্থান তৈরি করছে বলে মনে হচ্ছে - এমন কিছু অন্তর্নিহিত কোয়ান্টাম যা ক্লাসিক্যাল কম্পিউটারে সিমুলেট করা যায় না। অনেক আগেই, একজোড়া পদার্থবিদ নিষিদ্ধ টি-গেট ঘূর্ণন দ্বারা উত্পাদিত কোয়ান্টাম সারাংশকে একটি আকর্ষণীয় নাম দেবেন: যাদু।

2004 সালে, রাশিয়ার ল্যান্ডউ ইনস্টিটিউট ফর থিওরিটিক্যাল ফিজিক্সের সের্গেই ব্রাভি এবং ক্যালিফোর্নিয়া ইনস্টিটিউট অফ টেকনোলজির আলেক্সি কিতায়েভ যেকোন কোয়ান্টাম গণনা বন্ধ করার জন্য দুটি স্কিম তৈরি করেছিলেন: আপনি সার্কিটেই টি গেট অন্তর্ভুক্ত করতে পারেন। অথবা আপনি একটি নিতে পারেনজাদু রাষ্ট্রqubits যা অন্য সার্কিট দ্বারা T গেট দিয়ে প্রস্তুত করা হয়েছিল এবং এটি একটি ক্লিফোর্ড সার্কিটে খাওয়ানো হয়েছিল। যেভাবেই হোক, পূর্ণ মাত্রা অর্জনের জন্য যাদু ছিল অপরিহার্য।

এক দশক পরে, Bravyi এবং ডেভিড গোসেট, কানাডার ওয়াটারলু বিশ্ববিদ্যালয়ের একজন গবেষক, কিউবিটের একটি সেটে জাদুর পরিমাণ কীভাবে পরিমাপ করা যায় তা নিয়ে কাজ করেছেন। এবং 2016 সালে, তারা বিকশিত কম-জাদু সার্কিট অনুকরণের জন্য একটি শাস্ত্রীয় অ্যালগরিদম। তাদের প্রোগ্রামটি প্রতিটি অতিরিক্ত টি গেটের জন্য তাত্পর্যপূর্ণভাবে বেশি সময় নেয়, যদিও সূচকীয় বৃদ্ধি অন্যান্য ক্ষেত্রে যতটা বিস্ফোরক নয়। তারা অবশেষে শত শত ক্লিফোর্ড গেট এবং প্রায় 50 টি গেট সহ একটি কিছুটা জাদুকরী সার্কিটকে ক্লাসিকভাবে অনুকরণ করে তাদের পদ্ধতির কার্যকারিতাকে ফ্লেক্স করে।

আজ, অনেক গবেষক ক্লিফোর্ড মোডে (বা এটির কাছাকাছি) কোয়ান্টাম কম্পিউটার পরিচালনা করেন, সঠিকভাবে কারণ তারা বগি ডিভাইসগুলি সঠিকভাবে কাজ করছে কিনা তা পরীক্ষা করতে একটি ক্লাসিক্যাল কম্পিউটার ব্যবহার করতে পারে। ক্লিফোর্ড সার্কিট "কোয়ান্টাম কম্পিউটিং এর জন্য এতটাই কেন্দ্রীভূত যে এটিকে অতিবৃদ্ধি করা কঠিন," গসেট বলেন।

একটি নতুন কোয়ান্টাম সংস্থান - যাদু - গেমটিতে প্রবেশ করেছে। কিন্তু এনট্যাঙ্গলমেন্টের বিপরীতে, যা একটি পরিচিত শারীরিক ঘটনা হিসাবে শুরু হয়েছিল, পদার্থবিদরা নিশ্চিত ছিলেন না যে ম্যাজিক কোয়ান্টাম কম্পিউটারের বাইরে অনেক বেশি গুরুত্বপূর্ণ কিনা। সাম্প্রতিক ফলাফল এটি হতে পারে সুপারিশ.

2021 সালে, গবেষকরা চিহ্নিত করেছেন কোয়ান্টাম পদার্থের নির্দিষ্ট পর্যায় যা জাদু আছে নিশ্চিত, যতটা পদার্থের অনেক পর্যায় আছে জড়ানোর বিশেষ নিদর্শন. "বস্তুর পর্যায়গুলির সম্পূর্ণ ল্যান্ডস্কেপ পেতে আপনার যাদুর মতো গণনাগত জটিলতার আরও সূক্ষ্ম ব্যবস্থার প্রয়োজন," বলেছেন টিমোথি হিসিয়ে, তাত্ত্বিক পদার্থবিদ্যার জন্য পেরিমিটার ইনস্টিটিউটের একজন পদার্থবিদ যিনি ফলাফলের উপর কাজ করেছিলেন। এবং অ্যালিওসিয়া হাম্মা নেপলস বিশ্ববিদ্যালয়ের, তার সহকর্মীদের সাথে, সম্প্রতি পড়াশোনা এটি সম্ভব হবে কিনা — তাত্ত্বিকভাবে — শুধুমাত্র এটি নির্গত বিকিরণ পর্যবেক্ষণ করে একটি ব্ল্যাক হোল দ্বারা গ্রাস করা ডায়েরির পাতাগুলি পুনর্গঠন করা। উত্তর ছিল হ্যাঁ, হাম্মা বললেন, "যদি ব্ল্যাক হোলে খুব বেশি জাদু না থাকে।"

অনেক পদার্থবিদদের জন্য, হাম্মা অন্তর্ভুক্ত, একটি সিস্টেমকে অত্যন্ত কোয়ান্টাম তৈরি করতে প্রয়োজনীয় শারীরিক উপাদানগুলি স্পষ্ট বলে মনে হয়। ফাঁদে ফেলা এবং জাদুর কিছু সংমিশ্রণ সম্ভবত প্রয়োজনীয়। কেউ একাই যথেষ্ট নয়। যদি কোনও রাজ্যের যেকোনও মেট্রিকে শূন্যের স্কোর থাকে, আপনি জোজসা (যদি এনট্যাঙ্গলমেন্ট শূন্য হয়) অথবা ব্রাভি এবং গসেট (যদি ম্যাজিক শূন্য হয়) থেকে কিছুটা সাহায্য নিয়ে আপনি এটি আপনার ল্যাপটপে অনুকরণ করতে পারেন।

এবং তবুও কোয়ান্টাম অনুসন্ধান অব্যাহত রয়েছে, কারণ কম্পিউটার বিজ্ঞানীরা দীর্ঘদিন ধরেই জানেন যে এমনকি যাদু এবং জট একসাথেও কোয়ান্টামের নিশ্চয়তা দিতে পারে না।

ফার্মিয়নিক ম্যাজিক

অন্যান্য কোয়ান্টাম মেট্রিক প্রায় এক চতুর্থাংশ শতাব্দী আগে আকার নিতে শুরু করে। কিন্তু সম্প্রতি পর্যন্ত, এটি তিনটির মধ্যে সবচেয়ে কম উন্নত ছিল।

2001 সালে, কম্পিউটার বিজ্ঞানী ড Leslie Valiant অনুকরণ করার একটি উপায় আবিষ্কার করেছে কোয়ান্টাম কাজের একটি তৃতীয় পরিবার. যেমন জোজসার কৌশলটি গেটগুলিকে আটকে না রেখে সার্কিটগুলিতে মনোনিবেশ করেছিল এবং ব্রাভি-গসেট অ্যালগরিদম অনেকগুলি টি গেট ছাড়াই সার্কিটগুলি কেটে ফেলতে পারে, ভ্যালিয়ান্টের অ্যালগরিদমটি এমন সার্কিটের মধ্যে সীমাবদ্ধ ছিল যেখানে "সোয়াপ গেট" নেই - একটি অপারেশন যা দুটি কিউবিট নেয় এবং তাদের বিনিময় করে। অবস্থান

যতক্ষণ না আপনি qubits বিনিময় না করেন, আপনি তাদের আটকে দিতে পারেন এবং যতটা খুশি জাদু দিয়ে তাদের মিশ্রিত করতে পারেন এবং আপনি এখনও নিজেকে আরও একটি স্বতন্ত্র শাস্ত্রীয় দ্বীপে খুঁজে পাবেন। কিন্তু যত তাড়াতাড়ি আপনি চারপাশে qubits এলোমেলো করা শুরু করেন, আপনি যে কোনো ক্লাসিক্যাল কম্পিউটারের ক্ষমতার বাইরে বিস্ময়কর কাজ করতে পারেন।

এটা ছিল "বেশ উদ্ভট," জোজসা বলেন। "কীভাবে শুধু দুটি কিউবিট অদলবদল করা আপনাকে সেই সমস্ত শক্তি দিতে পারে?"

কয়েক মাসের মধ্যে, তাত্ত্বিক পদার্থবিদ বারবারা টেরহাল এবং ডেভিড ডিভিনসেঞ্জো উদ্ঘাটন করেছিলেন সেই শক্তির উৎস. তারা দেখিয়েছিল যে ভ্যালিয়েন্টের সোয়াপ-গেট-মুক্ত সার্কিটগুলি, যা "ম্যাচগেট" সার্কিট হিসাবে পরিচিত, গোপনে একটি সুপরিচিত শ্রেণির পদার্থবিজ্ঞানের সমস্যাগুলিকে অনুকরণ করছে৷ কম্পিউটারগুলি কীভাবে ক্রমবর্ধমান ছায়াপথ বা পারমাণবিক বিক্রিয়াকে অনুকরণ করে (আসলে একটি ছায়াপথ বা পারমাণবিক বিক্রিয়া ছাড়াই), ম্যাচগেট সার্কিটগুলি ফার্মিয়নের একটি গ্রুপকে অনুকরণ করে, প্রাথমিক কণার একটি পরিবার যাতে ইলেকট্রন থাকে।

যখন অদলবদল গেটগুলি ব্যবহার করা হয় না, তখন সিমুলেটেড ফার্মিয়নগুলি অইন্টার্যাক্টিং বা "মুক্ত" হয়। তারা কখনও একে অপরের সাথে ধাক্কা খায় না। মুক্ত ইলেকট্রন জড়িত সমস্যাগুলি পদার্থবিদদের পক্ষে সমাধান করা তুলনামূলকভাবে সহজ, কখনও কখনও এমনকি পেন্সিল এবং কাগজ দিয়েও। কিন্তু যখন অদলবদল গেট ব্যবহার করা হয়, তখন সিমুলেটেড ফার্মিয়নগুলি মিথস্ক্রিয়া করে, একসাথে বিধ্বস্ত হয় এবং অন্যান্য জটিল জিনিসগুলি করে। এই সমস্যাগুলি অত্যন্ত কঠিন, যদি অমীমাংসিত না হয়।

যেহেতু ম্যাচগেট সার্কিটগুলি মুক্ত, অ-আন্তর্ক্রিয়াহীন ফার্মিয়নগুলির আচরণকে অনুকরণ করে, তাই তারা ক্লাসিকভাবে অনুকরণ করা সহজ।

কিন্তু প্রাথমিক আবিষ্কারের পরে, ম্যাচগেট সার্কিটগুলি মূলত অনাবিষ্কৃত হয়েছিল। এগুলি মূলধারার কোয়ান্টাম কম্পিউটিং প্রচেষ্টার জন্য ততটা প্রাসঙ্গিক ছিল না এবং সেগুলি বিশ্লেষণ করা আরও কঠিন ছিল।

গত গ্রীষ্মে এটি পরিবর্তিত হয়েছে। গবেষকদের তিনটি দল স্বাধীনভাবে ব্র্যাভি, গোসেট এবং তাদের সহযোগীদের কাজ নিয়ে এসেছেন সমস্যাটি বহন করার জন্য - গবেষণার একটি নিরপেক্ষ ছেদ যা, অন্তত একটি ক্ষেত্রে, কফির উপর ফার্মিয়ন আসার সময় আবিষ্কৃত হয়েছিল (যেমন তারা প্রায়শই করে যখন পদার্থবিদরা পান। একসাথে)।

দলগুলো সমন্বয় করে মুক্তি of তাদের তথ্যও জুলাই তে.

তিনটি গোষ্ঠীই মূলত গাণিতিক সরঞ্জামগুলিকে পুনরুজ্জীবিত করেছিল যা ম্যাজিক অগ্রগামীরা ক্লিফোর্ড সার্কিটগুলি অন্বেষণ করার জন্য তৈরি করেছিল এবং সেগুলিকে ম্যাচগেট সার্কিটের রাজ্যে প্রয়োগ করেছিল। সের্গেই স্ট্রেলচুক এবং জোশুয়া কুডবি ক্যামব্রিজ গাণিতিকভাবে কোয়ান্টাম রিসোর্স পরিমাপ করার উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করেছিল যা ম্যাচগেট সার্কিটের অভাব ছিল। ধারণাগতভাবে, এই সংস্থানটি "ইন্টারঅ্যাকটিভিটি" এর সাথে মিলে যায় - বা সিমুলেটেড ফার্মিয়নগুলি একে অপরকে কতটা অনুভব করতে পারে। কোন ইন্টারঅ্যাক্টিভিটি ক্লাসিকভাবে সিমুলেট করা সহজ নয় এবং আরও ইন্টারঅ্যাক্টিভিটি সিমুলেশনকে কঠিন করে তোলে। কিন্তু ইন্টারঅ্যাক্টিভিটির একটি অতিরিক্ত ডলপ সিমুলেশনগুলিকে কতটা কঠিন করেছিল? এবং কোন শর্টকাট ছিল?

“আমাদের কোন অন্তর্দৃষ্টি ছিল না। আমাদের শূন্য থেকে শুরু করতে হয়েছিল, "স্ট্রেলচুক বলেছিলেন।

অন্য দুটি গ্রুপ একটি কঠিন থেকে সিমুলেট স্টেটকে একটি বিশাল পরিমাণে সহজ থেকে সিমুলেট রাজ্যে ভাঙ্গার একটি উপায় তৈরি করেছে, যেখানে এই সহজ রাজ্যগুলি বাতিল হয়েছে এবং কোথায় তারা যুক্ত হয়েছে তার ট্র্যাক রাখার সময়।

ফলাফলটি ছিল ক্লাসিক্যাল সিমুলেশন অ্যালগরিদম ক্লিফোর্ড বিশ্ব থেকে ম্যাচগেট বিশ্বে পোর্ট করার জন্য এক ধরণের অভিধান। "মূলত [ক্লিফোর্ড] সার্কিটের জন্য তাদের যা আছে তা এখন অনুবাদ করা যেতে পারে," বলেছেন বিট্রিজ ডায়াস, মিউনিখের টেকনিক্যাল ইউনিভার্সিটির একজন পদার্থবিদ, "তাই আমাদের এই সমস্ত অ্যালগরিদমগুলিকে নতুন করে উদ্ভাবন করতে হবে না।"

এখন, দ্রুত অ্যালগরিদমগুলি ক্লাসিকভাবে কয়েকটি সোয়াপ গেট সহ সার্কিটগুলিকে অনুকরণ করতে পারে। ফাঁদে ফেলা এবং জাদুর মতো, অ্যালগরিদমগুলি প্রতিটি নিষিদ্ধ গেট যুক্ত করার সাথে সাথে তাত্পর্যপূর্ণভাবে বেশি সময় নেয়। কিন্তু অ্যালগরিদমগুলি একটি উল্লেখযোগ্য পদক্ষেপ অগ্রগতির প্রতিনিধিত্ব করে।

অলিভার রিয়ার্ডন-স্মিথ, যিনি Korzekwa এবং সঙ্গে কাজ করেছেন Michał Oszmanec ওয়ারশতে পোলিশ একাডেমি অফ সায়েন্সেসের অনুমান যে তাদের প্রোগ্রামটি 10টি ব্যয়বহুল সোয়াপ গেট সহ একটি সার্কিটকে অনুকরণ করতে পারে আগের পদ্ধতির তুলনায় 3 মিলিয়ন গুণ দ্রুত। তাদের অ্যালগরিদম ক্লাসিক্যাল কম্পিউটারগুলিকে কোয়ান্টাম সাগরের একটু গভীরে ঠেলে দেওয়ার অনুমতি দেয়, উভয়ই কোয়ান্টাম কম্পিউটারের কার্যকারিতা নিশ্চিত করার আমাদের ক্ষমতাকে শক্তিশালী করে এবং সেই অঞ্চলকে প্রসারিত করে যেখানে কোনও হত্যাকারী কোয়ান্টাম অ্যাপ থাকতে পারে না।

"কোয়ান্টাম কম্পিউটারের অনুকরণ অনেক লোকের জন্য দরকারী," রিয়ারডন-স্মিথ বলেছেন। "আমরা যত তাড়াতাড়ি এবং সস্তায় এটি করতে চাই।"

"ইন্টারঅ্যাকটিভিটি" রিসোর্স যা সোয়াপ গেট তৈরি করে তাকে কী বলা যায়, এর এখনও কোনো অফিসিয়াল নাম নেই; কেউ কেউ এটিকে জাদু বলে, এবং অন্যরা "ননফার্মিওনিক স্টাফ" এর মতো অবিলম্বে শব্দগুলি ফেলে দেয়। স্ট্রেলচুক "ফার্মিওনিক ম্যাজিক" পছন্দ করেন।

দিগন্তের আরও দ্বীপপুঞ্জ

এখন গবেষকরা তিনটি মেট্রিক্স ব্যবহার করে কোয়ান্টামনেস পরিমাপ করতে স্বাচ্ছন্দ্য বর্ধন করছেন, প্রতিটি তিনটি ক্লাসিক্যাল সিমুলেশন পদ্ধতির একটির সাথে সম্পর্কিত। যদি কিউবিটগুলির একটি সংগ্রহ অনেকাংশে অজান্তে থাকে, সামান্য জাদু থাকে বা প্রায় মুক্ত ফার্মিয়নগুলির একটি গুচ্ছ অনুকরণ করে, তবে গবেষকরা জানেন যে তারা একটি ক্লাসিক্যাল ল্যাপটপে এর আউটপুট পুনরুত্পাদন করতে পারে। এই তিনটি কোয়ান্টাম মেট্রিক্সের একটিতে কম স্কোর সহ যেকোন কোয়ান্টাম সার্কিট একটি ধ্রুপদী দ্বীপের তীরে অগভীর জায়গায় থাকে এবং অবশ্যই পরবর্তী শোর অ্যালগরিদম হবে না।

"অবশেষে, [শাস্ত্রীয় সিমুলেশন অধ্যয়ন করা] আমাদের বুঝতে সাহায্য করে যে কোয়ান্টাম সুবিধা কোথায় পাওয়া যেতে পারে," গসেট বলেছিলেন।

কিন্তু একগুচ্ছ কিউবিট কতটা কোয়ান্টাম হতে পারে তা পরিমাপ করার এই তিনটি ভিন্ন উপায়ের সাথে যত বেশি পরিচিত গবেষকরা পাবেন, কোয়ান্টামনেসের সমস্ত দিককে ক্যাপচার করে এমন একটি একক সংখ্যা খুঁজে পাওয়ার প্রাথমিক স্বপ্ন তত বেশি বিভ্রান্ত হবে। একটি কঠোরভাবে গণনামূলক অর্থে, যেকোনো প্রদত্ত সার্কিটের একটি একক সংক্ষিপ্ততম সময় থাকতে হবে যা সম্ভাব্য সব অ্যালগরিদমের মধ্যে দ্রুততম ব্যবহার করে এটিকে অনুকরণ করতে হবে। তবুও জট, জাদু এবং ফার্মিওনিক জাদু একে অপরের থেকে বেশ আলাদা, তাই সেই পরম সংক্ষিপ্ততম রান টাইম গণনা করার জন্য একটি গ্র্যান্ড কোয়ান্টাম মেট্রিকের অধীনে তাদের একত্রিত করার সম্ভাবনা দূরবর্তী বলে মনে হয়।

"আমি মনে করি না যে এই প্রশ্নের কোন অর্থ আছে," জোজা বলেন। "এমন কোন একক জিনিস নেই যা আপনি যদি আরও বেশি করে ঢোকান তবে আপনি আরও শক্তি পাবেন।"

বরং, তিনটি কোয়ান্টাম রিসোর্সকে কোয়ান্টামনেসের জটিলতাকে সহজ ফ্রেমওয়ার্কে আবদ্ধ করতে ব্যবহৃত গাণিতিক ভাষার শিল্পকর্ম বলে মনে হয়। আপনি যখন শ্রোডিঙ্গার রূপরেখায় কোয়ান্টাম মেকানিক্স অনুশীলন করেন তখন একটি সম্পদ হিসাবে আবির্ভূত হয়, যা ভবিষ্যতে একটি কণার তরঙ্গ ফাংশন কীভাবে পরিবর্তিত হবে তা ভবিষ্যদ্বাণী করতে তার নামীয় সমীকরণ ব্যবহার করে। এটি কোয়ান্টাম মেকানিক্সের পাঠ্যপুস্তক সংস্করণ, তবে এটি একমাত্র সংস্করণ নয়।

যখন গোটেসম্যান ক্লিফোর্ড সার্কিটগুলিকে অনুকরণ করার তার পদ্ধতিটি তৈরি করেছিলেন, তখন তিনি এটিকে ওয়ার্নার হাইজেনবার্গ দ্বারা উন্নত কোয়ান্টাম মেকানিক্সের একটি পুরানো বৈচিত্র্যের উপর ভিত্তি করে তৈরি করেছিলেন। হাইজেনবার্গের গাণিতিক ভাষায়, কণার অবস্থা পরিবর্তিত হয় না। পরিবর্তে, এটি "অপারেটর" - গাণিতিক বস্তু যা আপনি কিছু পর্যবেক্ষণের মতভেদ ভবিষ্যদ্বাণী করতে ব্যবহার করতে পারেন - যেগুলি বিকশিত হয়। মুক্ত ফার্মিয়নগুলির মধ্যে নিজের দৃষ্টিভঙ্গি সীমাবদ্ধ করার মধ্যে আরেকটি গাণিতিক লেন্সের মাধ্যমে কোয়ান্টাম মেকানিক্স দেখা জড়িত।

প্রতিটি গাণিতিক ভাষা স্পষ্টভাবে কোয়ান্টাম অবস্থার কিছু দিক ক্যাপচার করে, তবে অন্য কিছু কোয়ান্টাম সম্পত্তির মূল্যে। এই আনাড়িভাবে প্রকাশ করা বৈশিষ্ট্যগুলি তখন সেই গাণিতিক কাঠামোর কোয়ান্টাম রিসোর্সে পরিণত হয় — যাদু, এনট্যাঙ্গলমেন্ট, ফার্মিওনিক জাদু। এই সীমাবদ্ধতা অতিক্রম করে এবং সেগুলিকে নিয়ন্ত্রণ করার জন্য একটি কোয়ান্টাম বৈশিষ্ট্য সনাক্ত করা, জোজসা অনুমান করে, কোয়ান্টাম মেকানিক্স প্রকাশ করার জন্য এবং তারা সকলেই ভাগ করতে পারে এমন সর্বজনীন বৈশিষ্ট্যগুলি সন্ধান করার জন্য সম্ভাব্য সমস্ত গাণিতিক ভাষা শেখা প্রয়োজন।

এটি একটি বিশেষভাবে গুরুতর গবেষণা প্রস্তাব নয়, তবে গবেষকরা প্রধান তিনটির বাইরে আরও কোয়ান্টাম ভাষা অধ্যয়ন করছেন, এবং তাদের সাথে আসা সংশ্লিষ্ট কোয়ান্টাম সংস্থানগুলি। উদাহরণস্বরূপ, Hsieh কোয়ান্টাম পদার্থের পর্যায়গুলিতে আগ্রহী যা একটি আদর্শ উপায়ে বিশ্লেষণ করার সময় অর্থহীন নেতিবাচক সম্ভাবনা তৈরি করে। এই নেতিবাচকতা, তিনি খুঁজে পেয়েছেন, বস্তুর নির্দিষ্ট পর্যায়গুলিকে সংজ্ঞায়িত করতে পারে ঠিক যেমনটি জাদু করতে পারে।

কয়েক দশক আগে, মনে হয়েছিল যে সিস্টেম কোয়ান্টাম কী তৈরি করে এই প্রশ্নের উত্তর সুস্পষ্ট। আজ, গবেষকরা ভাল জানেন। প্রথম কয়েকটি ধ্রুপদী দ্বীপ অন্বেষণ করার 20 বছর পরে, অনেকে সন্দেহ করে যে তাদের সমুদ্রযাত্রা কখনই বন্ধ হবে না। যদিও তারা কোয়ান্টাম পাওয়ার কোথায় নেই সে সম্পর্কে তাদের বোঝাপড়াকে পরিমার্জিত করে চলেছে, তারা জানে যে তারা কখনই সঠিকভাবে বলতে পারবে না এটি কোথায়।

কোয়ান্টা আমাদের শ্রোতাদের আরও ভালভাবে পরিবেশন করার জন্য সমীক্ষার একটি সিরিজ পরিচালনা করছে। আমাদের নিন পদার্থবিজ্ঞান পাঠক জরিপ এবং আপনি বিনামূল্যে জিততে প্রবেশ করা হবে কোয়ান্টা পণ্যদ্রব্য.