क्या कोई यूनिवर्सल क्वांटम कंप्यूटर हो सकता है? इंसब्रुक विश्वविद्यालय के शोध कहते हैं हां

उनकी नाजुकता और शोर के प्रति संवेदनशीलता के कारण, क्वांटम कंप्यूटर इससे पहले कि वे अधिक व्यापक रूप से उपयोग किए जा सकें, अभी भी एक लंबा रास्ता तय करना है। इस तकनीक को विकसित करने में मुख्य चुनौतियों में से एक इसकी वास्तुकला के साथ करना है। जैसा कि कई इंजीनियरों ने पहले ही पाया है, qubits क्वांटम कंप्यूटर के भीतर एक ही समय में मेमोरी यूनिट और कंप्यूटिंग यूनिट दोनों के रूप में कार्य करता है। यह प्रौद्योगिकी क्या कर सकती है, इस पर सीमाएं बनाता है, क्योंकि क्वांटम यादों की नकल नहीं की जा सकती है और इस प्रकार शास्त्रीय कंप्यूटर में संग्रहीत नहीं किया जा सकता है। इस सीमा के कारण, कई क्वांटम डेवलपर्स मानते हैं कि क्वांटम कंप्यूटर में क्यूबिट्स को स्मृति जानकारी साझा करने के लिए एक दूसरे के साथ बेहतर ढंग से बातचीत करनी पड़ती है। नई शोध के विश्वविद्यालय से इंसब्रुक क्वांटम कंप्यूटर के लिए एक नई वास्तुकला का सुझाव देता है। शोधकर्ताओं वोल्फगैंग लेचनर, फिलिप हाउके और पीटर ज़ोलर के बाद LHZ आर्किटेक्चर नामक इस आर्किटेक्चर को विशेष रूप से अनुकूलन के लिए डिज़ाइन किया गया है, लेकिन यह समता संचालन और त्रुटि सुधार भी कर सकता है। वास्तुकला इन प्रक्रियाओं को घटित होने की अनुमति देती है क्योंकि भौतिक qubits को वास्तविक qubits के बजाय बिट्स के बीच समन्वय के लिए एन्कोड किया जाता है।

"एलएचजेड आर्किटेक्चर एक क्वांटम आर्किटेक्चर है जो हमें क्वांटम कंप्यूटर के लिए ऑप्टिमाइज़ेशन समस्याओं को एन्कोड करने की इजाजत देता है जिससे उन्हें हल करते समय मुश्किल लंबी दूरी की बातचीत की आवश्यकता नहीं होती है," पीएच.डी. शोधकर्ता माइकल फेलनर लेचनर के अनुसंधान समूह के। "यह परंपरागत दृष्टिकोण से अलग है, जिसके लिए अक्सर इन इंटरैक्शन के लिए गेट संसाधनों में बड़े ओवरहेड की आवश्यकता होती है। इस ओवरहेड को कम करने के लिए, कार्यान्वित आर्किटेक्चर को महत्वपूर्ण रूप से जोड़ा जाता है। यह एलएचजेड आर्किटेक्चर को समता प्रक्रियाओं को करने की अनुमति देता है। फेलनर ने कहा, "प्रत्येक बिट वेरिएबल को सीधे क्वांटम बिट (क्विबिट) में एन्कोडिंग करने के बजाय, एलएचजेड आर्किटेक्चर में क्वाइब दो या दो से अधिक व्यवहार्यता के बीच अंतर ("समता") का प्रतिनिधित्व करते हैं, जो कुछ क्वांटम एल्गोरिदम के कार्यान्वयन को सरल करता है। इस समानता के साथ qubits को एन्कोडिंग करके, क्वांटम कंप्यूटिंग के लिए आवश्यक qubits की संख्या कम हो जाती है, स्केलेबिलिटी और कार्यान्वयन के लिए एक आसान तरीका की अनुमति देता है और इन मशीनों को और अधिक मोबाइल बनाने के संभावित तरीके का सुझाव भी देता है।

समता की खोज

के विचार समानता क्वांटम कंप्यूटर पर वास्तव में नया नहीं है। जैसा कि फेलनर ने समझाया: "मौजूदा क्वांटम कंप्यूटर पहले से ही छोटे पैमाने पर इस तरह के संचालन को बहुत अच्छी तरह कार्यान्वित करते हैं। हालाँकि, जैसे-जैसे qubits की संख्या बढ़ती है, इन गेट ऑपरेशंस को लागू करना अधिक से अधिक जटिल होता जाता है। ” एलएचजेड आर्किटेक्चर को डिजाइन करने में, इंसब्रुक के शोधकर्ताओं ने इस संभावित समस्या के लिए एक विशिष्ट क्वांटम कंप्यूटर की तुलना में अलग-अलग तरीके से अपनी क्वैब प्रोग्रामिंग करके योजना बनाई। फेलनर ने कहा, "इस तथ्य का दोहन करके कि पैरिटी आर्किटेक्चर में क्यूबिट्स कई 'मानक' क्विबिट्स के सापेक्ष पार्टी को एनकोड करता है। यह कुछ क्वांटम ऑपरेशंस को सरल तरीके से लागू कर सकता है।" "हमारे हाल के काम में, हमने दिखाया है कि गेट्स का एक सेट बनाना संभव है जो सार्वभौमिक है, यानी किसी को किसी भी एल्गोरिदम को लागू करने की अनुमति देता है।" इस प्रकार के सार्वभौमिक क्वांटम कंप्यूटर क्वांटम कंप्यूटिंग उद्योग के लिए बड़े निहितार्थ सुझाते हैं और इसके विकास को गति देने में मदद कर सकते हैं। "उसके शीर्ष पर," फेलनर ने कहा, "गणना के दौरान होने वाली क्वांटम त्रुटियों का पता लगाने और उन्हें ठीक करने के लिए कोई व्यक्ति ओवरहेड की संख्या में ओवरहेड का फायदा उठा सकता है।"

त्रुटि सुधार को कम करने के लिए LHZ आर्किटेक्चर का उपयोग करना

शोर के प्रति उनकी संवेदनशीलता के कारण, क्वांटम कंप्यूटर त्रुटि-प्रवण हो सकते हैं। त्रुटि सुधार को कम करने के तरीकों के रूप में कई अलग-अलग तरीकों का परीक्षण किया जा रहा है और इंसब्रुक के शोधकर्ताओं का मानना ​​है कि LHZ आर्किटेक्चर इस प्रक्रिया में मदद कर सकता है। "क्वांटम त्रुटियों को दो प्रकारों में वर्गीकृत किया जा सकता है, तथाकथित बिट-फ्लिप त्रुटियां और चरण-फ्लिप त्रुटियां," फेलनर ने कहा। एलएचजेड आर्किटेक्चर दोनों को ठीक करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। एक प्रकार की त्रुटि, (या तो बिट फ्लिप या चरण त्रुटि) हार्डवेयर द्वारा उपयोग की जाती है, "इंसब्रुक के शोधकर्ता एनेट मेसिंगर और किलियन एंडर ने कहा। "अन्य प्रकार की त्रुटि का पता लगाया जा सकता है और सॉफ्टवेयर के माध्यम से ठीक किया जा सकता है।" त्रुटि सुधार और मापनीयता के लिए एक मजबूत विधि के साथ, यह देखकर कोई आश्चर्य नहीं होगा कि एलएचजेड आर्किटेक्चर को लागू करना शुरू हो गया है।

पहले से ही लेचनर और मैग्डेलेना हॉसर द्वारा सह-स्थापित स्पिन-ऑफ़ कंपनी, जिसे कहा जाता है पैरिटीक्यूसी, इंसब्रुक और अन्य जगहों पर शोधकर्ताओं के साथ काम कर रहा है और इस नई वास्तुकला का उपयोग करने की कोशिश कर रहा है।

केना ह्यूजेस-कैसलबेरी इनसाइड क्वांटम टेक्नोलॉजी और JILA में साइंस कम्युनिकेटर (कोलोराडो बोल्डर विश्वविद्यालय और NIST के बीच एक साझेदारी) में एक कर्मचारी लेखक हैं। उनकी राइटिंग बीट्स में डीप टेक, मेटावर्स और क्वांटम टेक्नोलॉजी शामिल हैं।