त्रुटि सुधार क्वांटम कंप्यूटिंग की निर्णायक चुनौती क्यों है

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स्टीव ब्रियरली तर्क है कि क्वांटम कंप्यूटरों को समाज के लिए पूरी तरह से उपयोगी बनने से पहले व्यापक त्रुटि-सुधार तकनीकों को लागू करना होगा

अपना फायदा उठा रहे हैं क्वांटम कंप्यूटर तभी उपयोगी होंगे जब हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर उपकरण स्वाभाविक रूप से अस्थिर क्यूबिट को नियंत्रित कर लेंगे। (सौजन्य: रिवरलेन)

“ऐसा कोई प्रेरक तर्क नहीं है जो दर्शाता हो कि व्यावसायिक रूप से व्यवहार्य अनुप्रयोग मिलेंगे नहीं कर क्वांटम त्रुटि-सुधार कोड और दोष-सहिष्णु क्वांटम कंप्यूटिंग का उपयोग करें। ऐसा कैल्टेक भौतिक विज्ञानी जॉन प्रेस्किल ने एक बातचीत के दौरान कहा 2023 के अंत में कैलिफ़ोर्निया में Q2B23 बैठक में। सीधे शब्दों में कहें तो, जो कोई भी व्यावहारिक क्वांटम कंप्यूटर बनाना चाहता है, उसे त्रुटियों से निपटने का एक तरीका खोजना होगा।

क्वांटम कंप्यूटर लगातार अधिक शक्तिशाली होते जा रहे हैं, लेकिन उनके मूलभूत निर्माण खंड - क्वांटम बिट्स, या क्वैबिट - अत्यधिक त्रुटि प्रवण हैं, जो उनके व्यापक उपयोग को सीमित करते हैं। केवल अधिक और बेहतर क्वैबिट वाले क्वांटम कंप्यूटर बनाना ही पर्याप्त नहीं है। क्वांटम-कंप्यूटिंग अनुप्रयोगों की पूरी क्षमता को अनलॉक करने के लिए नए हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर टूल की आवश्यकता होगी जो स्वाभाविक रूप से अस्थिर क्वैबिट को नियंत्रित कर सकते हैं और प्रति सेकंड 10 अरब बार या उससे अधिक सिस्टम त्रुटियों को व्यापक रूप से सही कर सकते हैं।

प्रीस्किल के शब्दों ने अनिवार्य रूप से तथाकथित की सुबह की घोषणा की क्वांटम त्रुटि सुधार (क्यूईसी) युग। क्यूईसी यह कोई नया विचार नहीं है और कंपनियाँ कई वर्षों से क्वैबिट में संग्रहीत जानकारी को शोर के कारण होने वाली त्रुटियों और विसंगतियों से बचाने के लिए तकनीक विकसित कर रही हैं। हालाँकि, जो नया है, वह इस विचार को छोड़ रहा है कि आज के शोर वाले मध्यवर्ती पैमाने के उपकरण (एनआईएसक्यू) शास्त्रीय सुपर कंप्यूटर से बेहतर प्रदर्शन कर सकते हैं और ऐसे एप्लिकेशन चला सकते हैं जो वर्तमान में असंभव हैं।

निश्चित रूप से, एनआईएसक्यू - एक शब्द जो प्रीस्किल द्वारा गढ़ा गया था - दोष सहिष्णुता की यात्रा पर एक महत्वपूर्ण कदम था। लेकिन क्वांटम उद्योग, निवेशकों और सरकारों को अब यह एहसास होना चाहिए कि त्रुटि सुधार क्वांटम कंप्यूटिंग की परिभाषित चुनौती है।

समय की बात

QEC ने पिछले वर्ष में ही अभूतपूर्व प्रगति देखी है। 2023 में गूगल प्रदर्शित किया गया कि 17-क्विबिट प्रणाली एक त्रुटि से और 49-क्विबिट प्रणाली दो त्रुटियों से उबर सकती है (प्रकृति 614 676). वीरांगना एक चिप जारी की जिसने 100 बार त्रुटियों को दबा दिया आईबीएम वैज्ञानिक एक नई त्रुटि-सुधार योजना की खोज की गई जो 10 गुना कम क्वैबिट के साथ काम करती है (arXiv: 2308.07915). फिर वर्ष के अंत में, हार्वर्ड विश्वविद्यालय के क्वांटम स्पिन-आउट क्वेरा ने अब तक की सबसे बड़ी संख्या का उत्पादन किया त्रुटि-सुधारित क्वैबिट्स .

डिकोडिंग, जो कई अविश्वसनीय भौतिक क्वैबिट को एक या अधिक विश्वसनीय "तार्किक" क्वैबिट में बदल देती है, एक कोर क्यूईसी तकनीक है। ऐसा इसलिए है क्योंकि बड़े पैमाने के क्वांटम कंप्यूटर हर सेकंड टेराबाइट्स डेटा उत्पन्न करेंगे जिन्हें उतनी ही तेजी से डीकोड करना होगा जितनी तेजी से त्रुटियों को फैलने से रोकने और गणना को बेकार करने से रोकने के लिए उन्हें प्राप्त किया जाता है। यदि हम पर्याप्त तेजी से डिकोड नहीं करते हैं, तो हमें इसका सामना करना पड़ेगा डेटा का बैकलॉग तेजी से बढ़ रहा है.

यूके की राष्ट्रीय क्वांटम रणनीति एक ऐसी योजना है जिस पर हम सभी विश्वास कर सकते हैं

मेरी अपनी कंपनी - रिवरलेन - पिछले साल पेश की गई थी दुनिया का सबसे शक्तिशाली क्वांटम डिकोडर. हमारा डिकोडर इस बैकलॉग समस्या को हल कर रहा है लेकिन अभी भी है अभी और भी बहुत काम करना है. कंपनी वर्तमान में "स्ट्रीमिंग डिकोडर" विकसित कर रही है जो माप परिणामों की निरंतर धाराओं को उनके आने पर संसाधित कर सकती है, प्रयोग समाप्त होने के बाद नहीं। एक बार जब हम उस लक्ष्य को प्राप्त कर लेते हैं, तो अभी और काम करना बाकी है। और डिकोडर क्यूईसी का सिर्फ एक पहलू है - हमें क्वैबिट को पढ़ने और लिखने के लिए उच्च सटीकता, उच्च गति "नियंत्रण प्रणाली" की भी आवश्यकता है।

जैसे-जैसे क्वांटम कंप्यूटर बड़े पैमाने पर बढ़ते जा रहे हैं, इन डिकोडर और नियंत्रण प्रणालियों को त्रुटि-मुक्त तार्किक क्वैबिट का उत्पादन करने के लिए एक साथ काम करना होगा और, 2026 तक, रिवरलेन का लक्ष्य एक अनुकूली, या वास्तविक समय, डिकोडर बनाना है। आज की मशीनें केवल कुछ सौ त्रुटि-मुक्त संचालन में सक्षम हैं, लेकिन भविष्य के विकास क्वांटम कंप्यूटरों के साथ काम करेंगे जो दस लाख त्रुटि-मुक्त क्वांटम संचालन (जिसे मेगाक्यूऑप के रूप में जाना जाता है) को संसाधित करने में सक्षम होंगे।

ऐसे प्रयासों में रिवरलेन अकेली नहीं है और अन्य क्वांटम कंपनियां अब क्यूईसी को प्राथमिकता दे रही हैं। आईबीएम ने पहले क्यूईसी तकनीक पर काम नहीं किया है, इसके बजाय अधिक और बेहतर क्वैबिट पर ध्यान केंद्रित किया है। लेकिन फर्म का 2033 क्वांटम रोडमैप बताता है कि आईबीएम का लक्ष्य दशक के अंत तक 1000-क्यूबिट मशीन बनाना है जो उपयोगी गणना करने में सक्षम है - जैसे कि उत्प्रेरक अणुओं के कामकाज का अनुकरण करना।

इस बीच, क्वेरा, हाल ही में अपने रोडमैप का अनावरण किया वह QEC को भी प्राथमिकता देता है, जबकि यूके की राष्ट्रीय क्वांटम रणनीति 2035 तक एक ट्रिलियन त्रुटि-मुक्त संचालन (TeraQuOps) चलाने में सक्षम क्वांटम कंप्यूटर बनाने का लक्ष्य है। अन्य देशों ने भी इसी तरह की योजनाएँ प्रकाशित की हैं और 2035 का लक्ष्य प्राप्त करने योग्य लगता है, आंशिक रूप से क्योंकि क्वांटम-कंप्यूटिंग समुदाय छोटे, वृद्धिशील लक्ष्य बनाना शुरू कर रहा है - लेकिन उतने ही महत्वाकांक्षी - लक्ष्य।

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यूके की राष्ट्रीय क्वांटम रणनीति के बारे में जो बात मुझे वास्तव में उत्साहित करती है, वह है 2028 तक एक मेगाक्यूऑप मशीन बनाने का लक्ष्य। फिर, यह एक यथार्थवादी लक्ष्य है - वास्तव में, मैं यहां तक तर्क करूंगा कि हम जल्द ही मेगाक्यूऑप शासन तक पहुंच जाएंगे, यही कारण है रिवरलेन का QEC समाधान, डेल्टाफ्लो, 2026 तक इन मेगाक्वॉप मशीनों के साथ काम करने के लिए तैयार हो जाएगा। मेगाक्वॉप क्वांटम कंप्यूटर बनाने के लिए हमें किसी मौलिक नई भौतिकी की आवश्यकता नहीं है - और ऐसी मशीन हमें क्वांटम त्रुटियों को बेहतर ढंग से समझने और प्रोफाइल करने में मदद करेगी।

एक बार जब हम इन त्रुटियों को समझ जाते हैं, तो हम उन्हें ठीक करना शुरू कर सकते हैं और TeraQuOp मशीनों की ओर आगे बढ़ सकते हैं। TeraQuOp भी एक अस्थायी लक्ष्य है - और जहां QEC और अन्य जगहों पर सुधार के परिणामस्वरूप 2035 लक्ष्य कुछ साल पहले दिया जा सकता है।

क्वांटम कंप्यूटर समाज के लिए उपयोगी होंगे, यह केवल समय की बात है। और अब जब हमने क्वांटम त्रुटि सुधार पर समन्वित ध्यान केंद्रित किया है, तो हम देर-सबेर उस निर्णायक बिंदु तक पहुंच जाएंगे।