क्वांटम चिप एक कार्य करने के लिए माइक्रोसेकंड लेता है एक सुपर कंप्यूटर 9,000 साल खर्च करेगा

क्या क्वांटम कंप्यूटर ओवरहाइप हो गए हैं?

एक नए अध्ययन से in प्रकृति नहीं कहते हैं। टोरंटो, कनाडा में स्थित कंपनी ज़ानाडु द्वारा विकसित एक चतुराई से डिज़ाइन किया गया क्वांटम डिवाइस, पारंपरिक कंप्यूटरों को एक बेंचमार्क कार्य पर मिटा देता है जो अन्यथा 9,000 वर्षों से अधिक समय लेता है।

क्वांटम चिप बोरेलिस के लिए, उत्तर 36 . के भीतर आए सूक्ष्मसेकंड.

Xanadu की उपलब्धि क्वांटम की शक्ति को प्रदर्शित करने के लिए नवीनतम है कंप्यूटिंग पारंपरिक कंप्यूटरों पर - एक साधारण सा विचार जिसे क्वांटम लाभ कहा जाता है।

सैद्धांतिक रूप से, अवधारणा समझ में आता है। पारंपरिक कंप्यूटरों के विपरीत, जो बाइनरी बिट्स- 0 या 1-क्वांटम डिवाइस का उपयोग करके अनुक्रम में गणना करते हैं, क्वांटम दुनिया की अजीबता में टैप करते हैं, जहां 0 और 1 दोनों एक ही समय में अलग-अलग संभावनाओं के साथ मौजूद हो सकते हैं। डेटा को qubits में संसाधित किया जाता है, एक गैर-विनियमित इकाई जो एक साथ कई गणनाएं करती है, इसके अद्वितीय भौतिकी के लिए धन्यवाद।

अनुवाद? एक क्वांटम कंप्यूटर एक अति-कुशल मल्टीटास्कर की तरह होता है, जबकि पारंपरिक कंप्यूटर कहीं अधिक रैखिक होते हैं। जब एक ही समस्या दी जाती है, तो क्वांटम कंप्यूटर किसी भी समस्या को दूर करने में सक्षम होना चाहिए सुपर कंप्यूटर गति और दक्षता के मामले में किसी भी समस्या में। यह विचार, जिसे "क्वांटम वर्चस्व" कहा जाता है, नई पीढ़ी के कंप्यूटरों को पहले से बनाई गई किसी भी चीज़ के लिए पूरी तरह से अलग करने के लिए प्रेरित करने वाला बल रहा है।

समस्या? क्वांटम वर्चस्व साबित करना बेहद मुश्किल है। जैसे-जैसे क्वांटम डिवाइस अधिक वास्तविक दुनिया की समस्याओं को हल करने के लिए प्रयोगशाला छोड़ते हैं, वैज्ञानिक एक मध्यवर्ती बेंचमार्क को अपना रहे हैं: क्वांटम लाभ, जो यह विचार है कि एक क्वांटम कंप्यूटर एक पारंपरिक को सिर्फ एक कार्य-किसी भी कार्य में हरा सकता है।

2019 में वापस, Google इंटरनेट तोड़ दिया क्वांटम कंप्यूटर के पहले उदाहरण को प्रदर्शित करते हुए, Sycamore, एक कम्प्यूटेशनल समस्या को केवल 200 सेकंड में 54 qubits के साथ हल करता है - एक पारंपरिक सुपर कंप्यूटर के 10,000 वर्षों के अनुमान की तुलना में। एक चीनी टीम जल्द ही क्वांटम कम्प्यूटेशनल लाभ के दूसरे आकर्षक प्रदर्शन के साथ, मशीन ने जवाब दिया कि दो अरब वर्षों में एक सुपरकंप्यूटर लगेगा।

फिर भी एक महत्वपूर्ण प्रश्न बना हुआ है: क्या इनमें से कोई भी क्वांटम डिवाइस व्यावहारिक उपयोग के लिए तैयार होने के करीब भी है?

एक कठोर नया स्वरूप

यह भूलना आसान है कि कंप्यूटर भौतिकी पर निर्भर हैं। हमारी वर्तमान प्रणाली, उदाहरण के लिए, में टैप करती है इलेक्ट्रॉनों और चतुराई से डिजाइन किया गया चिप्स अपने कार्यों को करने के लिए। क्वांटम कंप्यूटर समान हैं, लेकिन वे वैकल्पिक कण भौतिकी पर भरोसा करते हैं। क्वांटम मशीनों की प्रारंभिक पीढ़ियां नाजुक, झिलमिलाते झूमरों की तरह दिखती थीं। एक कॉम्पैक्ट स्मार्टफोन चिप की तुलना में बिल्कुल भव्य होने पर, वे पूरी तरह से अव्यवहारिक भी हैं। हार्डवेयर को अक्सर कसकर नियंत्रित जलवायु की आवश्यकता होती है - उदाहरण के लिए, पूर्ण शून्य तापमान के पास - हस्तक्षेप को कम करने और कंप्यूटर की प्रभावकारिता को बढ़ावा देने के लिए।

क्वांटम कंप्यूटिंग की मूल अवधारणा समान है: सुपरपोजिशन में डेटा को संसाधित करना, एक क्वांटम भौतिकी क्विर्क जो उन्हें एक ही समय में 0s, 1s, या दोनों को एन्कोड करने की अनुमति देता है। विचार का समर्थन करने वाला हार्डवेयर बहुत भिन्न होता है।

उदाहरण के लिए, Google का Sycamore, सुपरकंडक्टिंग मेटल लूप का उपयोग करता है - एक ऐसा सेटअप जो IBM सहित अन्य तकनीकी दिग्गजों के साथ लोकप्रिय है, जिसने एक शक्तिशाली ईगल को पेश किया। 127-क्विबिट क्वांटम चिप 2021 में यह एक चौथाई के आकार के बारे में है। कंपनियों से अन्य पुनरावृत्तियों जैसे हनीवेल और IonQ ने एक अलग दृष्टिकोण अपनाया, आयनों में दोहन - एक या एक से अधिक इलेक्ट्रॉनों के साथ परमाणु - क्वांटम कंप्यूटिंग के लिए उनके मुख्य स्रोत के रूप में।

एक अन्य विचार फोटॉन, या प्रकाश के कणों पर निर्भर करता है। यह पहले से ही उपयोगी साबित हो चुका है: क्वांटम लाभ के चीनी प्रदर्शन, उदाहरण के लिए, एक फोटोनिक डिवाइस का इस्तेमाल किया। लेकिन इस विचार को व्यावहारिक समाधान के बजाय क्वांटम कंप्यूटिंग की ओर एक मात्र कदम के रूप में भी खारिज कर दिया गया है, मुख्यतः इंजीनियरिंग और सेटअप में कठिनाइयों के कारण।

एक फोटोनिक क्रांति

ज़ानाडु की टीम ने विरोधियों को गलत साबित कर दिया। नई चिप, बोरेलिस, चीनी अध्ययन में एक के समान ही है जिसमें यह गणना के लिए सुपरकंडक्टिंग सामग्री या आयनों के बजाय फोटॉन का उपयोग करता है।

लेकिन इसका एक बड़ा फायदा है: यह प्रोग्राम करने योग्य है। "पिछले प्रयोग आमतौर पर स्थिर नेटवर्क पर निर्भर करते थे, जिसमें प्रत्येक घटक एक बार गढ़े जाने के बाद तय हो जाता है," समझाया ब्राजील में रियो डी जनेरियो में फेडरल फ्लुमिनेंस यूनिवर्सिटी में डॉ। डैनियल जोस्ट ब्रोड, जो अध्ययन में शामिल नहीं थे। चीनी अध्ययन में पहले के क्वांटम लाभ प्रदर्शन में एक स्थिर चिप का उपयोग किया गया था। बोरेलिस के साथ, हालांकि, ऑप्टिकल तत्वों को "सभी को आसानी से प्रोग्राम किया जा सकता है," जिससे यह एकल-उपयोग वाले डिवाइस से कम हो जाता है और एक वास्तविक कंप्यूटर अधिक होता है जो संभावित रूप से कई समस्याओं को हल करने में सक्षम होता है। (क्वांटम खेल का मैदान है बादल पर उपलब्ध है एक बार साइन अप करने के बाद किसी को भी प्रयोग करने और एक्सप्लोर करने के लिए।)

चिप का लचीलापन एक सरल डिजाइन अपडेट से आता है, एक "अभिनव योजना [जो] प्रभावशाली नियंत्रण और स्केलिंग की क्षमता प्रदान करती है," ब्रोड ने कहा।

टीम ने नामक समस्या पर ध्यान दिया गाऊसी बोसॉन नमूनाकरण, क्वांटम कंप्यूटिंग कौशल के मूल्यांकन के लिए एक बेंचमार्क। परीक्षण, जबकि असाधारण रूप से कम्प्यूटेशनल रूप से कठिन है, वास्तविक दुनिया की समस्याओं पर अधिक प्रभाव नहीं डालता है। हालांकि, एआई प्रदर्शन को मापने के लिए शतरंज या गो की तरह, यह क्वांटम कंप्यूटिंग प्रदर्शन की जांच करने के लिए एक निष्पक्ष न्यायाधीश के रूप में कार्य करता है। यह एक प्रकार का "स्वर्ण मानक" है: "गॉसियन बोसॉन नमूनाकरण शास्त्रीय कंप्यूटरों पर क्वांटम उपकरणों के लाभों को प्रदर्शित करने के लिए डिज़ाइन की गई एक योजना है," ब्रोड ने समझाया।

सेटअप एक हॉरर फिल्म में कार्निवल फनहाउस मिरर टेंट की तरह है। प्रकाश की विशेष अवस्थाएँ (और फोटॉन) - जिन्हें मनोरंजक रूप से "कहा जाता है"निचोड़ा हुआ राज्य"- बीम स्प्लिटर्स के नेटवर्क के साथ एम्बेडेड चिप पर टनल किया गया। प्रत्येक बीम फाड़नेवाला एक अर्ध-परावर्तक दर्पण की तरह कार्य करता है: प्रकाश कैसे हिट करता है, इसके आधार पर, यह कई बेटियों में विभाजित हो जाता है, जिसमें कुछ पीछे की ओर और अन्य गुजरते हैं। कोंटरापशन के अंत में फोटॉन डिटेक्टरों की एक सरणी है। जितने अधिक बीम स्प्लिटर होंगे, यह गणना करना उतना ही कठिन होगा कि कोई भी व्यक्तिगत फोटॉन किसी भी डिटेक्टर पर कैसे समाप्त होगा।

एक अन्य दृश्य के रूप में: एक बीन मशीन, कांच में घिरे एक खूंटी-जड़ित बोर्ड को चित्रित करें। खेलने के लिए, आप शीर्ष पर खूंटे में एक पक छोड़ते हैं। जैसे ही पक गिरता है, यह बेतरतीब ढंग से अलग-अलग खूंटे से टकराता है, अंततः एक गिने हुए स्लॉट में उतरता है।

गॉसियन बोसॉन सैंपलिंग, पक्स को फोटॉन से बदल देता है, यह पता लगाने के लक्ष्य के साथ कि कौन सा फोटॉन किस डिटेक्टर स्लॉट में लैंड करता है। क्वांटम गुणों के कारण, संभावित परिणामी वितरण तेजी से बढ़ते हैं, किसी भी सुपरकंप्यूटर शक्तियों को तेजी से आगे बढ़ाते हैं। यह एक उत्कृष्ट बेंचमार्क है, ब्रोड ने समझाया, बड़े पैमाने पर क्योंकि हम अंतर्निहित भौतिकी को समझते हैं, और सेटअप से पता चलता है कि कुछ सौ फोटॉन भी सुपरकंप्यूटर को चुनौती दे सकते हैं।

चुनौती लेते हुए, नए अध्ययन ने एक फोटोनिक क्वांटम डिवाइस को एक सराहनीय 216 qubits के साथ फिर से तैयार किया। क्लासिक डिजाइनों के विपरीत, डिवाइस ने दिशा के पिछले मानक के बजाय आगमन समय के डिब्बे में फोटॉन की गणना की। चाल फोटॉनों को विलंबित करने के लिए ऑप्टिकल फाइबर के छोरों को पेश करना था ताकि वे क्वांटम गणना के लिए महत्वपूर्ण विशिष्ट स्थानों पर हस्तक्षेप कर सकें।

इन ट्विक्स के कारण एक बहुत ही स्लिम-डाउन डिवाइस बन गया। बीम स्प्लिटर्स का सामान्य बड़ा नेटवर्क - आमतौर पर फोटॉन संचार के लिए आवश्यक - फोटॉन के लिए सभी आवश्यक देरी को समायोजित करने और कार्य की गणना करने के लिए केवल तीन तक कम किया जा सकता है। लूप डिज़ाइन, अन्य घटकों के साथ, "आसानी से प्रोग्राम करने योग्य" भी हैं, जिसमें एक बीम स्प्लिटर को वास्तविक समय में ठीक-ठीक ट्यून किया जा सकता है - जैसे कंप्यूटर कोड को संपादित करना, लेकिन हार्डवेयर स्तर पर।

टीम ने यह प्रमाणित करते हुए एक मानक विवेक जांच भी की कि आउटपुट डेटा सही था।

अभी के लिए, क्वांटम वर्चस्व को मज़बूती से दिखाने वाले अध्ययन दुर्लभ हैं। पारंपरिक कंप्यूटरों में आधी सदी की शुरुआत होती है। जैसे-जैसे एल्गोरिदम पारंपरिक कंप्यूटरों पर विकसित होते रहते हैं—विशेषकर वे जो शक्तिशाली एआई-केंद्रित चिप्स में टैप करते हैं या न्यूरोमॉर्फिक कंप्यूटिंग डिजाइन—वे आसानी से क्वांटम उपकरणों से बेहतर प्रदर्शन कर सकते हैं, जिससे उन्हें पकड़ने के लिए संघर्ष करना पड़ता है।

लेकिन यह पीछा करने का मजा है। "क्वांटम लाभ एक अच्छी तरह से परिभाषित सीमा नहीं है, जो योग्यता के एकल आंकड़े पर आधारित है। और जैसे-जैसे प्रयोग विकसित होते हैं, वैसे ही उन्हें अनुकरण करने की तकनीकें भी होंगी- हम निकट भविष्य में रिकॉर्ड-सेटिंग क्वांटम डिवाइस और शास्त्रीय एल्गोरिदम की उम्मीद कर सकते हैं कि वे शीर्ष स्थान के लिए एक-दूसरे को चुनौती दे सकें, "ब्रॉड ने कहा।

"यह कहानी का अंत नहीं हो सकता है," उन्होंने जारी रखा। लेकिन नया अध्ययन "इस दौड़ में क्वांटम भौतिकी के लिए एक छलांग है।"

छवि क्रेडिट: गेराल्ट / 24493 छवियां

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• स्रोत: https://singularityhub.com/2022/06/07/a-photonic-quantum-device-took-microseconds-to-do-a-task-a-conventional-computer-would-spend-9000-years- पर/