फोटोनिक क्वांटम कंप्यूटिंग, निचोड़ी हुई रोशनी को आगे बढ़ाती है

1 जून, दस भाग, ट्विटर पर प्रेस घोषणा एसटी ज़ानाडु का बोरेलिस फोटोनिक क्वांटम कंप्यूटर हो सकता है la प्रेस विज्ञप्ति टेम्पलेट जिसकी आकांक्षा अन्य सभी क्वांटम कंपनियाँ करती हैं। सूत्र में, कंपनी के सीईओ ने प्रदान किया:

1)ए उच्च गुणवत्ता वाले वैज्ञानिक पेपर से लिंक करें (मैडसेन एट अल, 2022) जो विशेष सफलता को प्रदर्शित करता है;
2) उनकी प्रगति कैसी है तुलना समान प्रौद्योगिकी के लिए;
3) कैसे आम जनता उपयोग कर सकती है यह;
4) अग्रिम क्या है एक या दो वाक्यों तक सीमित कर दिया गया;
5) पिछले कुछ मुद्दों को सीधे संबोधित करता है जो क्वांटम हार्डवेयर की तुलना करने से सामने आए हैं। इस मामले में: 'स्पूफिंग' और 'वास्तविक कम्प्यूटेशनल समस्याएं';
6)ए गुणवत्तापूर्ण वीडियो, जो अग्रिम की व्याख्या करता है।

यह प्रौद्योगिकी पर ध्यान केंद्रित करने के साथ अपनी संक्षिप्त गुणवत्ता के लिए एक उल्लेखनीय प्रेस विज्ञप्ति थी। चलिए शुरुआत से शुरू करते हैं।

फोटोनिक क्वांटम कंप्यूटिंग: यह क्या है?

फोटोनिक क्वांटम उपकरण स्पिन-आधारित क्वांटम उपकरणों की तुलना में मौलिक रूप से भिन्न उलझाव सिद्धांतों पर काम करते हैं। ज़ानाडु के फोटोनिक क्वांटम कंप्यूटर निरंतर चर (सीवी) मॉडल पर आधारित हैं। PfQ 1 वर्कशॉप में ज़ाचरी वर्नोन का चित्र 2019 में ग्राफिक पहला मूलभूत अंतर बताता है। असतत |1>, |0> राज्यों के बजाय, हमारे पास प्रकाश क्षेत्र के निरंतर चर हैं, जहां आयाम और चरण चतुर्भुज के बारे में जानकारी एन्कोड की गई है।

चित्रा 1. ज़ाचरी वर्नोन से चित्र 1 क्वांटम कार्यशाला के लिए 2019 फोटोनिक्स में उनकी प्रस्तुति, मूलभूत अंतर बताता है।

फोटोनिक क्वैबिट के लिए चुनौती यह है कि वे अल्पकालिक होते हैं। हालाँकि, यदि कोई उपयोग करता है माप-आधारित (एमबी) इसके बजाय क्वांटम कंप्यूटिंग (QC)। गेट आधारित क्वांटम कंप्यूटिंग, तो कोई भी स्वाभाविक रूप से अल्पकालिक फोटोनिक क्वैब को दरकिनार कर सकता है, क्योंकि गणना तुरंत की जाती है। क्वबिट एक विशेष वितरण के चरण स्थान में एक विशेष माप बन जाता है, जिसे कहा जाता है निचोड़ा हुआ प्रकाश or निचोड़ा हुआ राज्य.  निचोड़ा हुआ राज्य किसी दिए गए चर के माप में अनिश्चितता को "निचोड़ने" या कम करने के लिए ट्रेडऑफ़ का लाभ उठाएं, जबकि दूसरे चर के माप में अनिश्चितता को बढ़ाकर शोधकर्ता अनदेखा कर सकते हैं। क्वैबिट नोड्स को निचोड़े हुए राज्यों द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है। गाऊसी बोसॉन नमूनाकरण (जीबीएस) यह तब होता है जब कोई निचोड़े गए राज्यों के वितरण से नमूने खींचता है।

निरंतर-परिवर्तनीय, माप-आधारित, क्वांटम कंप्यूटिंग की अवधारणा को समझने के लिए, सबसे अच्छा विवरण मुझे YouTube पर मिला है, जहां नवंबर 2021 में डेनमार्क के तकनीकी विश्वविद्यालय (डीटीयू) के उलरिक लुंड एंडरसन ने एक दृष्टि-उन्मुखी जानकारी दी थी। , ऑनलाइन बातचीत: निरंतर चर के साथ ऑप्टिकल क्वांटम कंप्यूटिंग. उनकी बातचीत माप के माध्यम से, निचोड़े गए राज्यों की सरणी की पंक्ति-दर-पंक्ति दिखाती है कि कैसे निचोड़े हुए राज्य इनपुट राज्यों से उलझ जाते हैं, बनने के लिए संकुलित राज्य. क्लस्टर्ड राज्यों पर माप के माध्यम से, कोई कार्यान्वित होता है फाटकों, उदाहरण के लिए: यूनिवर्सल गेट सेट, जैसा कि लॉयड और ब्रौनस्टीन द्वारा 1999 में उनकी क्लासिक नींव में वर्णित है: सतत चरों पर क्वांटम गणना. इसके बाद एंडरसन दूसरे का परिचय देते हैं के प्रमुख घटक फोटोनिक क्वांटम कंप्यूटर.

• किरण विभाजक; अर्ध-प्रतिबिंबित दर्पण हैं और दो अलग-अलग निचोड़े हुए राज्य नोड्स को उलझाने का तरीका है। लूप के साथ आउटपुट सहसंबद्ध "दो-मोड निचोड़ा हुआ राज्य" को दर्शाता है जिसे इस रूप में भी जाना जाता है निरंतर परिवर्तनशील ईपीआर स्थिति (एंडरसन के वीडियो पर जाएं);
• होमोडाइन का पता लगाना: एक स्थानीय थरथरानवाला है जो मापने के लिए चरण स्थान में चतुर्भुज को चुनने का एक तरीका प्रदान करता है और जो नए आउटपुट राज्य उत्पन्न करता है;
• फिर, होमोडाइन का पता लगाने के बाद के क्रम में, संवेदनशील होते हैं फोटॉन डिटेक्टर फोटॉन की संख्या गिनने के लिए.

चित्रा 2. नवंबर 2021 में डेनमार्क के तकनीकी विश्वविद्यालय (डीटीयू) के उलरिक लुंड एंडरसन ने एक दृष्टि-उन्मुख, ऑनलाइन वार्ता दी: निरंतर चर के साथ ऑप्टिकल क्वांटम कंप्यूटिंग.

सिस्टम के साथ ऑप्टिकल फाइबर कनेक्शन बड़ा फायदा है. दूरी> 1 सेमी के लिए, फाइबर पर एक फोटॉन का उपयोग करके बिट संचारित करने के लिए आवश्यक ऊर्जा समान दूरी को कवर करने वाली एक सामान्य 50 ओम इलेक्ट्रॉनिक ट्रांसमिशन लाइन को चार्ज करने के लिए आवश्यक ऊर्जा से कम है। (नील्सन एवं चुआंग, 2010, पृ. 296). वे संचार के लिए मौजूदा ऑप्टिकल फाइबर नेटवर्क का भी लाभ उठा सकते हैं।

फोटोनिक क्वांटम कंप्यूटर को स्केल कैसे करें

Xanadu के नई तकनीकी सफलताएँ हमें दिखाओं (मैडसेन एट अल, 2022) फोटोनिक क्वांटम कंप्यूटिंग को नाटकीय रूप से कैसे सुधारा और बढ़ाया जा सकता है:

• गैर-शास्त्रीय प्रकाश उत्पादन: एक चिप पर निचोड़ा हुआ प्रकाश जनरेटर;
• टाइम-डोमेन मल्टीप्लेक्सिंग: लूप, जो सिस्टम की भौतिक सीमा या जटिलता को बढ़ाए बिना, अधिक निचोड़-प्रकाश मोड तक पहुंच की अनुमति देते हैं;
• यूनिवर्सल गेट सेट कार्यान्वयन: प्रोग्रामयोग्य (ब्रोमली एट अल, 2019);
• तेज़ इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल स्विचिंग: इंटरफेरोमीटर से, गॉसियन स्थिति को 1-टू-16 बाइनरी स्विच ट्री (डेमक्स) में भेजा जाता है, जो कि पीएनआर द्वारा रीडआउट से पहले आउटपुट को आंशिक रूप से डी-मल्टीप्लेक्स करता है;
• साथ ही, एक पी.एन.आर. सुधार, जिसमें एक कमरे का तापमान लक्ष्य दृष्टि मे:
  • हाई-स्पीड, फोटॉन-नंबर-रिज़ॉल्विंग (पीएनआर) डिटेक्शन तकनीक: 95% पहचान दक्षता के साथ सुपरकंडक्टिंग ट्रांज़िशन-एज सेंसर (टीईएस) पर आधारित फोटॉन-नंबर रिज़ॉल्विंग (पीएनआर) डिटेक्टरों की एक श्रृंखला (अर्राज़ोला एट अल., 2021).

प्रोफेसर एंडरसन एक प्रमुख नवाचार का वर्णन करते हैं: समय बहुसंकेतन पंजीकरण शुल्क चरण-दर-चरण एनीमेशन, एक 2डी, निचोड़ा हुआ प्रकाश, क्लस्टर पीढ़ी, ऑप्टिकल फाइबर में एक लूप का उपयोग करके जो ठीक एक घड़ी चक्र से विलंबित होता है। फिर प्रकाश पथ को बीम स्प्लिटर्स के बीच सिंक्रनाइज़ किया जाता है। यदि आप अधिक लूप जोड़ते हैं, तो अधिक उलझाव होता है, और कम आवश्यक बीम स्प्लिटर होते हैं। यह मेरे फोटोनिक क्वांटम कंप्यूटर स्केलिंग अनुमानी की ओर ले जाता है: "जितना अधिक समय मल्टीप्लेक्सिंग लूप, स्केल करने के लिए उतना ही कम समय की आवश्यकता होगी।" चित्र 3 ज़ानाडु प्रेस विज्ञप्ति वीडियो से उसी अवधारणा को दर्शाता है।

चित्रा 3. उलझाव को बढ़ाने, बीम स्प्लिटर्स की संख्या को कम करने और बेहतर स्केलेबिलिटी का समर्थन करने के लिए टाइम मल्टीप्लेक्सिंग अवधारणा। से फ़्रेम-पकड़ो Xanadu प्रेस विज्ञप्ति वीडियो.

अब जब हम प्रयोगशाला सेटअप देखते हैं तो हम स्केलेबिलिटी को सहजता से समझ सकते हैं। एंडरसन घटकों की पहचान करता है जो उनके स्वयं के डीटीयू समूह के फोटोनिक क्वांटम कंप्यूटर के आर्किटेक्चर का उपयोग करके स्केलेबल हैं, और स्केलेबल नहीं हैं, द्वारा प्रकाशित लार्सन एट अल, 2021.

यूएसटीसी प्रतियोगिता

प्रोफेसर एंडरसन भी पहचानते हैं क्यू एंड ए उनकी प्रस्तुति का, चीन के विज्ञान और प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय (यूएसटीसी) समूह क्यों: जिउझांग 2.0, स्केल नहीं कर सकता. यूएसटीसी समूह अपने लिए फ्री-स्पेस, स्क्वीज़्ड-लाइट, स्रोतों का उपयोग कर रहा है 113 फोटोनिक क्वैबिट, जो हैं: 5x5x5 सेमी, उलझाव के लिए संबंधित बीम स्प्लिटर्स के साथ। दोष-सहिष्णु कंप्यूटिंग के लिए, किसी को ~एक मिलियन, निचोड़ा हुआ-हल्का राज्यों की आवश्यकता होती है। इसलिए, जबकि यह क्वांटम वर्चस्व का एक प्रभावशाली प्रयास है, यह वास्तुकला प्रणाली को निषेधात्मक रूप से बड़ा बना देगी।

कुछ फोटोनिक क्वांटम कंप्यूटर रोडमैप

करने के लिए इसके अलावा में लार्सन एट अल, 2021ऊपर, फोटोनिक क्वांटम कंप्यूटिंग के लिए ये रोडमैप समुदाय में अच्छी तरह से संदर्भित हैं:

बढ़ते फोटोनिक क्वांटम कंप्यूटर विक्रेता और समूह

अनुसंधान। उद्योग के साथ अंतर्राष्ट्रीय फोटोनिक क्वांटम कंप्यूटिंग समुदाय बढ़ रहा है। 2012 के बाद से, पिछले दशक में ~850% की वृद्धि के साथ arXiV पर लगभग 600 कुल फोटोनिक क्वांटम प्रौद्योगिकी अनुसंधान पत्र हैं। इस 2022 वर्ष में अब तक की सबसे तेज़ वार्षिक वृद्धि हुई है (वर्ष के अंत तक ~50%)। यह वृद्धि दशक के दौरान बाकी क्वांटम प्रौद्योगिकी अनुसंधान क्षेत्र की वृद्धि (~600%) के साथ तालमेल बनाए रख रही है।

सम्मेलन में भागीदारी. यदि हम संस्थाओं के असमान, भौगोलिक पूर्वोत्तर भार की तुलना करें तो समुदाय भी बढ़ रहा है 2019 (35) और द 2022  (45) क्वांटम के लिए फोटोनिक्स (पीएफक्यू) कार्यशाला. 2019 PfQ साइट पर जाना विशेष रूप से सार्थक है: उन्होंने संबंधित प्रस्तुतियों के साथ उपयोगी प्रस्तुति वीडियो रिकॉर्ड किए हैं।

संस्थाएँ, कुछ पेटेंट के साथ. मोटे 'फोटोनिक' कीवर्ड रिज़ॉल्यूशन के कारण, फोटोनिक क्वांटम पेटेंट के पेटेंट विकास को ट्रैक करना चुनौतीपूर्ण है। हालाँकि कुछ पेटेंट समनुदेशितियों की पहचान की जा सकती है। उपलब्ध पेटेंट के साथ फोटोनिक क्वांटम कंप्यूटिंग क्षेत्र में कुछ विक्रेता और समूह यहां दिए गए हैं:

कनाडा

अमेरिका

• कैलिफोर्निया
• मिशिगन

चीन

जर्मनी

नीदरलैंड

डेनमार्क

फोटोनिक क्वांटम कंप्यूटिंग वॉलपेपर

गर्मी का मौसम है, और हल्के से समाप्त करने के लिए, मैं इस क्षेत्र से अपने पसंदीदा ग्राफिक्स साझा करना चाहूंगा। यह रंगीन, अनंत-आयामी, हिल्बर्ट स्पेस है, जिसे ब्रायना गोपाल ने तैयार किया है, जो 2018 में ज़ानाडू में प्रशिक्षु थी। मध्यम लेख मूल फोटोनिक क्वांटम के बारे में गेट संचालन; वह हमें इस समृद्ध दृश्य से परिचित कराती है। यह अब मेरी डेस्कटॉप स्क्रीन है।

अमारा ग्रेप्स, पीएच.डी. एक अंतःविषय भौतिक विज्ञानी, ग्रह वैज्ञानिक, विज्ञान संचारक और शिक्षक और सभी क्वांटम प्रौद्योगिकियों के विशेषज्ञ हैं।