👨‍🚒 👩🏻‍⚕️ 📓 अनोखी तकनीक के साथ क्वांटम कंप्यूटिंग में नया प्रवेश 🍈 📖 🤾🏼

हनीवेल माइक्रोसॉफ्ट के क्वांटम क्लाउड में कैद आयनों पर क्वांटम कंप्यूटर लगाएगा

कई वर्षों से, वैज्ञानिक विभिन्न प्रणालियों को विकसित कर रहे हैं, जिन पर क्वांटम एल्गोरिदम को निष्पादित किया जा सकता है। उनमें से ज्यादातर के पास एक या दो फायदे हैं - हैंडलिंग में आसानी या अपनी स्थिति को दूसरों की तुलना में अधिक समय तक रखने की क्षमता - हालांकि, कोई अन्य सकारात्मक गुण नहीं हैं, जो उन्हें गणना के लिए व्यावहारिक समाधान बनने से रोकता है। हालांकि, हाल के वर्षों में, कुछ कंपनियों ने सोचा है कि ठोस-राज्य की एक महत्वपूर्ण संख्या में हेरफेर कैसे किया जाता है - तथाकथित संचार करता है । चूंकि ट्रांसमीटरों के उत्पादन की तकनीक पारंपरिक चिप्स के उत्पादन के समान है, इसलिए उभरते बाजार में कई खिलाड़ी - जिनमें Google, IBM, और रिगेटी शामिल हैं - जो ट्रांसमीटरों पर बसे हैं।

हालांकि, ट्रांसमीटर सही नहीं हैं। उन्हें डिवाइस से डिवाइस तक बेहद कम तापमान, कम परिवर्तनशीलता की आवश्यकता होती है, और वे अपनी स्थिति को अच्छी तरह से पकड़ते हैं, लेकिन पूरी तरह से नहीं। इस क्षेत्र के कई विशेषज्ञों का मानना है कि एक अन्य तकनीक में अभी भी ट्रांसमीटरों को पार करने का मौका है।

और अब, क्वांटम कंप्यूटिंग बाजार के लिए एक नई कंपनी भी इस पर दांव लगा रही है। हनीवेल, जिसे रक्षा विभाग के लिए एक आपूर्तिकर्ता के रूप में जाना जाता है, ने "आयन ट्रैप्स" की वैकल्पिक तकनीक के आधार पर एक क्वांटम कंप्यूटर के निर्माण की घोषणा की, और यह वर्ष Microsoft Azure क्लाउड सेवा के माध्यम से अपने कंप्यूटरों तक पहुंच प्रदान करेगा। कंपनी का यह भी दावा है कि, कुछ अनुमानों के अनुसार, यह अब तक का सबसे शक्तिशाली क्वांटम कंप्यूटर है, हालांकि, इस कथन को बहुत सावधानी से लिया जाना चाहिए।

फंस गया

जब एक रेज़ोनरेटर से जुड़े सुपरकंडक्टिंग तार के लूप में परिचालित किया जाता है, तो ट्रांज़िशन क्वाइबेट्स काम करते हैं, जो वर्तमान स्थिति को नियंत्रित और पढ़ने के लिए संभव बनाता है। हालांकि, चूंकि सुपरकंडक्टिंग वायर और रेज़ोनेटर को उत्पादन में निर्मित किया जाना चाहिए, इससे व्यक्तिगत क्वाइबेट्स के बीच छोटे अंतर की उपस्थिति हो सकती है। इसके अलावा, इस सभी लोहे को अपने मुख्य क्वांटम राज्य के भीतर इन अपेक्षाकृत बड़ी वस्तुओं को रखने के लिए, केवल शून्य से थोड़ा ऊपर, बेहद कम तापमान पर रखा जाना चाहिए।

पकड़े गए आयन इन समस्याओं में से कुछ के आसपास जाने का अवसर प्रदान करते हैं। क्वेट स्वयं ही परमाणुओं की एक छोटी संख्या से बनता है - हनीवेल के मामले में, दो से। हनीवेल के क्वांटम समाधान के अध्यक्ष, टोनी एटली, इस तथ्य पर जोर देते हैं कि यह तथ्य उत्पादन की समस्याओं को समाप्त करता है, क्योंकि प्रत्येक डिवाइस में परमाणु के समान गुण हैं (इस मामले में, ytterbium)। "प्रत्येक क्वेट एक आदर्श के साथ शुरू होता है," एटली ने हमें बताया। "कोई भी गलती आसपास के बुनियादी ढांचे से आती है।"

इस बुनियादी ढांचे के निर्माण और एकीकरण में हनीवेल के अनुभव के लिए धन्यवाद, कंपनी के इंजीनियरों को आदर्श रूप से इस शोर को कम करने के लिए रखा गया है। इसके अलावा, परमाणुओं के ऐसे छोटे समूहों को लेजर का उपयोग करके ठंडा किया जा सकता है। हालांकि परिवेश के तापमान को बहुत कम रखा जाना चाहिए, लेकिन यह ट्रॉमोन के लिए आवश्यक चरम तापमान तक पहुंचने की जरूरत नहीं है।

हनीवेल के मामले में, ytterbium परमाणुओं को लेज़रों के साथ ठंडा करना इतना आसान नहीं था, इसलिए कंपनी ने सिस्टम में कुछ बेरियम परमाणुओं को जोड़ा और उन्हें लेजर से ठंडा किया। चार आयनों का एक समूह ठंडा और नियंत्रित करना आसान है, और यह पर्यावरण को 12 K के तापमान पर रखने के लिए पर्याप्त है। हालांकि इसके लिए तरल हीलियम की आवश्यकता होती है, लेकिन इसके लिए परिष्कृत तरलीकरण वाले शीतलन उपकरण की आवश्यकता नहीं होती है जो Google और IBM से लोहे के लिए आवश्यक है।

चूंकि आयनों को चार्ज किया जाता है, उन्हें डिवाइस में निर्मित 200 इलेक्ट्रोड का उपयोग करके बस स्थानीय विद्युत क्षेत्रों को बदलकर डिवाइस के भीतर ले जाया जा सकता है। आयनों में इलेक्ट्रॉनों की स्थिति को एक निश्चित तरंग दैर्ध्य के साथ लेज़रों का उपयोग करके नियंत्रित किया जा सकता है, जो संभावित ऊर्जा राज्यों के साथ एक सुपरपोज़िशन में इलेक्ट्रॉनों को रखने में सक्षम है। एक दूसरे के करीब दो आयनों को ले जाकर और एक साथ दोनों के साथ काम करने वाले लेजर का उपयोग करके प्रवेश और विभिन्न तार्किक संचालन किया जा सकता है। रीडिंग एक अन्य लेजर द्वारा आयनों की उत्तेजना के द्वारा किया जाता है, आयनों को एक फोटॉन उत्सर्जित करने के लिए मजबूर करता है, जिसमें से उनके राज्य का न्याय करना संभव है।

हनीवेल डिवाइस

हनीवेल के एक उपकरण को व्यक्तिगत उपकरणों की एक पंक्ति के रूप में सोचा जा सकता है। आयन एक छोर से आते हैं, जो तब क्रमिक वर्गों के साथ आगे बढ़ते हैं, जहां उन्हें भंडारण के लिए देरी हो सकती है या लेज़रों के साथ विकिरणित किया जा सकता है जो कि क्वैब का हेरफेर करते हैं। लॉजिकल ऑपरेशंस (AND और NOT के बराबर) को केवल दो आयनों को एक साथ रखकर और उन पर एक साथ ऑपरेशन करके किया जा सकता है। इसके अलावा, चार आयनों (दो ytterbium, दो बेरियम) के समूहों को दो भागों में विभाजित किया जा सकता है, या दो आयनों के दो समूहों को जोड़ा जा सकता है।

हनीवेल आज जिस डिवाइस के बारे में बात कर रहा है, वह इन स्टोरेज और हैंडलिंग स्टेप्स की एक ही लाइन पर चार क्वैट्स को अलाइन करता है। हालांकि, डिवाइस का आरेख स्टोरेज और हैंडलिंग के चरणों की दो अतिरिक्त रेखाओं को भी दिखाता है, जो प्रारंभिक प्रयोगों में उपयोग की जाने वाली रेखा के दोनों ओर से जाती हैं। यह उस बात के अनुरूप है जो एटली ने कहा था: हनीवेल का मानना है कि डिवाइस को जल्दी से स्केल किया जा सकता है और मौलिक स्तर पर आर्किटेक्चर को बदले बिना प्रतिवर्ष अतिरिक्त मात्रा में जोड़ा जा सकता है। इसलिए, हालांकि ट्रांसमिट के साथ उपकरणों पर जो प्राप्त हुआ था, उसकी तुलना में चार क्विट पर्याप्त नहीं है, कंपनी का मानना है कि यह इस अंतर को जल्दी से पा सकता है।

क्वैब की स्थिति को नियंत्रित करने के लिए बहुत सारे लेजर की आवश्यकता होती है

ऐसी योजना के दिलचस्प पहलुओं में से एक, जो, एटली के अनुसार, अन्य मौजूदा वाणिज्यिक प्रणालियों में कमी है, सिस्टम के किसी भी अन्य हिस्से को परेशान किए बिना, व्यक्तिगत रूप से qubits को मापने की क्षमता है। (तकनीकी रूप से, यह शानदार नाम CNOT - क्वांटम टेलीपोर्टेशन फैन के साथ ऑपरेशन का उपयोग करके किया जाता है )। यह कंप्यूटर को IF ब्रांचिंग के समतुल्य प्रदर्शन करने की अनुमति देता है, एकल क्वैटल को मापने के परिणामों के आधार पर एल्गोरिथ्म को बदल रहा है। मापने के बाद, qubit को अपनी मूल स्थिति में भी बहाल किया जा सकता है और आगे की गणना के लिए पुन: उपयोग किया जा सकता है।

सिस्टम के व्यक्तिगत घटक पूरी तरह से व्यवहार करते हैं। एक संभावित समस्या "राज्य की तैयारी और माप की त्रुटियां" हैं, जिन्हें SPAM [राज्य की तैयारी और माप त्रुटियों] के लिए संक्षिप्त किया गया है। इस मामले में, हनीवेल के शोधकर्ताओं ने पाया कि माप त्रुटियों में SPAM का प्रभुत्व है, लेकिन वे 1% से भी कम मामलों में होते हैं। सिंगल-क्वैबिट गेट्स के लिए, त्रुटियां एक समान स्तर पर, दो-क्विट गेट्स के लिए अक्सर कम परिमाण का क्रम होता है। और यह सब ट्रांसमन के विशिष्ट संकेतकों की तुलना में बहुत कम है।

उस प्रदर्शन संकेतक के बारे में

हनीवेल इसे "दुनिया में सबसे शक्तिशाली क्वांटम कंप्यूटर" के रूप में प्रस्तुत करता है, हालांकि, कथन की शुद्धता उपयोग की गति माप योजनाओं पर अत्यधिक निर्भर है। हनीवेल आईबीएम द्वारा परिभाषित एक माप का उपयोग करता है और इसे "क्वांटम वॉल्यूम" कहा जाता है। हम क्रिस ली द्वारा किए गए क्वांटम वॉल्यूम के विश्लेषण का हिस्सा उद्धृत करेंगे, क्योंकि वह हनीवेल कंप्यूटर के साथ अपने संबंध का अच्छी तरह से वर्णन करता है:

चूंकि क्वांटम गेट्स हमेशा एक त्रुटि दे सकते हैं, अधिकतम संख्या में ऐसे ऑपरेशन होते हैं जिन्हें निष्पादित करने से पहले यह समझा जा सकता है कि यह क्वेट स्टेट को सच माना जाए। यह राशि, क्विबिट्स की संख्या से गुणा करके, हमें सर्किट की गहराई प्रदान करती है। अगर ईमानदारी से इस्तेमाल किया जाए, तो यह बहुत सटीक रूप से बताता है कि क्वांटम कंप्यूटर क्या सक्षम है।

गहराई के साथ समस्या यह है कि कुल संख्याओं को स्थिर (और छोटा) रखना संभव है, त्रुटियों के प्रतिशत को बहुत कम मानों तक कम करना। नतीजतन, आपको एक बड़ी गहराई मिलती है, लेकिन एक ही समय में यह केवल गणनाओं को पूरा करने के लिए निकलता है जो आपके द्वारा की गई संख्याओं में फिट होते हैं। बड़ी गहराई वाला दो-चौथाई क्वांटम कंप्यूटर अभी भी बेकार होगा।

यह पता चला है कि मूल्यांकन का उद्देश्य सूचक की कम्प्यूटेशनल क्षमताओं को व्यक्त करना है, जिसमें क्विट की संख्या और सर्किट की गहराई शामिल है। एल्गोरिथ्म और समस्या की एक विशिष्ट मात्रा के लिए, यह गणनाओं के लिए आवश्यक न्यूनतम संख्या की संख्या होगी। और एल्गोरिथ्म के कार्यान्वयन के लिए एक दूसरे के साथ क्वैब के कनेक्शन के आधार पर, एक निश्चित संख्या में संचालन की आवश्यकता होगी। शोधकर्ता इस संख्या को सर्किट की गहराई के साथ गणनाओं में शामिल की गई अधिकतम मात्रा की तुलना करके और इन दोनों संकेतकों के न्यूनतम की तुलना करके व्यक्त करते हैं। तो अधिकतम संभव क्वांटम मात्रा बस वर्ग चुकता की संख्या होगी।

जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, हनीवेल एक अत्यंत कम त्रुटि दर की रिपोर्ट करता है, जिसका अर्थ है कि उसके कंप्यूटर के चार qubits पर चलने वाली प्रत्येक गणना में सबसे अधिक त्रुटियां नहीं होंगी। और चूंकि आयनों को उपकरण के अंदर इच्छानुसार स्थानांतरित किया जा सकता है, वे मनमाने ढंग से एक दूसरे से जुड़े हो सकते हैं। यह पता चलता है कि क्वांटम मात्रा चौपायों की संख्या के बराबर है। यह Google और IBM द्वारा उपयोग किए जाने वाले उपकरणों के प्रदर्शन से भिन्न है, जहां 10 गुना अधिक qubits, लेकिन बहुत अधिक त्रुटियां, और qubits केवल पड़ोसी लोगों की एक छोटी संख्या के साथ जुड़ी हो सकती हैं।

नतीजतन, क्वांटम मात्रा के संदर्भ में अपने प्रतिद्वंद्वियों की मशीनों के साथ पकड़ने के लिए हनीवेल से एक मशीन के लिए, इसमें बहुत अधिक अतिरिक्त क्वाइट्स नहीं जोड़ना पड़ता है। आज जिस मशीन का वर्णन करता है, उसकी संरचना निश्चित रूप से आपको इसमें क्वैट्स जोड़ने की अनुमति देती है। नतीजतन, कंपनी 64 क्वांटम वॉल्यूम का दावा करती है, जिसका अर्थ है आठ क्विट, और इस पर विश्वास करने का हर कारण है।

हालांकि, अगर आईबीएम ने पहले ही लगभग 64 वास्तविक क्विबेट वाला कंप्यूटर पेश कर दिया है, और गूगल को जल्द ही इस पर अमल करना चाहिए, तो क्या मौसम केवल आठ क्वैबिट का ही होगा? उत्तर, हमेशा की तरह, अस्पष्ट है। कुछ एल्गोरिदम क्वैब की कनेक्टिविटी पर अत्यधिक निर्भर होंगे। और यद्यपि उन्हें कम संयोजकता वाली बड़ी मशीनों पर लॉन्च किया जा सकता है, इसके लिए यह आवश्यक होगा कि बड़ी संख्या में क्वाइट्स लिंकिंग लिंक के रूप में काम करें, समतुल्य कनेक्टिविटी को व्यवस्थित करें, और उनमें से प्रत्येक संभावित रूप से गणनाओं में त्रुटि का परिचय देने में सक्षम है। हनीवेल मशीन की उच्च कनेक्टिविटी अतिरिक्त संचालन की आवश्यकता को ऑफसेट कर सकती है, और संचालन अभी भी त्रुटियों का मुख्य स्रोत नहीं है। आयन ट्रैप क्लोज़-अप; भंडारण और हेरफेर करने के लिए विभिन्न ज़ोन दिखाई देते हैं

और स्केलिंग की समस्या भी होती है। एटली ने कहा कि कंपनी को अगले पांच वर्षों में वार्षिक रूप से परिमाण के क्रम में अपनी मात्रा में वृद्धि करने में सक्षम होना चाहिए, जिसके लिए प्रति वर्ष 3-4 क्विट जोड़ने की आवश्यकता होगी। इसका मतलब यह है कि पांच साल बाद भी, कंप्यूटर में लगभग 30 क्विट होंगे - प्रतियोगियों के वर्तमान प्रदर्शन का आधा। इस बीच, Google और IBM त्रुटियों को कम करने के लिए काम कर रहे हैं और हर कुछ वर्षों में अपनी मशीनों में एक दर्जन से अधिक qubit जोड़ते हैं।

यदि सभी कंपनियों की योजनाएं सच हो जाती हैं, तो कुछ वर्षों में स्थिति बहुत दिलचस्प हो जाएगी। हनीवेल को क्वांटम मात्रा में एक महत्वपूर्ण लाभ होगा, और इसके ट्रांसमीटरों पर लोहे के साथ प्रतियोगियों को अधिक मात्रा में परिमाण का एक आदेश होगा। इस बीच, ट्रांसमीटरों का उपयोग करने वाली टीमों ने त्रुटि सुधार के साथ क्वांटम कंप्यूटर बनाने का इरादा किया है, जिसके लिए हजारों क्विबिट्स की आवश्यकता होगी - जिसका अर्थ है कि शोधकर्ताओं को उम्मीद है कि कुछ बिंदु से वे प्रत्येक नई पीढ़ी के चिप्स के साथ सैकड़ों क्वैबिट जोड़ना सीखेंगे।

चूंकि यह स्पष्ट नहीं है कि, कंपनियों के अनुसार, इस तरह की क्वाइबल्स की वृद्धि शुरू होनी चाहिए, यह स्पष्ट नहीं है कि हनीवेल निकास प्रतिस्पर्धी परिदृश्य को कैसे बदल सकता है।

हमारे पास अब तक क्या होगा

हनीवेल, एक ऐसी कंपनी, जिसके डिवीजन खेल के सामान से लेकर मिलिट्री के साथ अनुबंध तक सब कुछ करते हैं, निश्चित रूप से स्टार्टअप्स और पारंपरिक कंप्यूटिंग कंपनियों के मिश्रण के वर्चस्व वाले बाजार में एक असामान्य प्रतियोगी है। हालांकि, कंपनी ने बाजार में अपनी प्रविष्टि की एक सुसंगत कहानी बताई: अपने निर्माण कार्य के हिस्से के रूप में, हनीवेल ने आयन ट्रैप्स पर कंप्यूटर के कई घटकों को विकसित किया - जैसे कि फोटोनिक्स, क्रायोजेनिक्स, वैक्यूम सिस्टम - अन्य प्रयोजनों के लिए। और कंपनी के वैज्ञानिकों के एक समूह ने कहा कि इस क्षेत्र की क्षमता काफी बड़ी है जो विकास के प्रयास के लायक है। और चूंकि हनीवेल एक बड़ी कंपनी है, इसलिए वह इस परियोजना के विकास के लिए काफी उत्साही लोगों की भर्ती करने में सक्षम थी।

इस क्षेत्र की अन्य कंपनियों की तरह, हनीवेल ने निर्धारित किया कि अधिकांश कंपनियां अपना स्वयं का बुनियादी ढांचा नहीं बनाना चाहती हैं जिसमें उनका तरल हीलियम शीतलन प्रणाली संचालित हो सके। इसलिए, हनीवेल क्लाउड के माध्यम से अपने क्वांटम कंप्यूटर तक पहुंच प्रदान करने जा रहा है। वह Microsoft से भी सहमत थी ताकि सिस्टम को उसकी एज़्योर सेवा के माध्यम से एक्सेस किया जा सके।

वर्तमान कार्य में उपयोग किए जाने वाले कार्यक्रमों को लिखने के लिए, हनीवेल शोधकर्ताओं ने किस्किट को अनुकूलित कियाआईबीएम से, एक खुला स्रोत उपकरण जो आपको क्वांटम एल्गोरिदम का एक ऐसे रूप में वर्णन करने की अनुमति देता है जो एक विशिष्ट हार्डवेयर से बंधा नहीं है, और फिर एक विशिष्ट हार्डवेयर (क्रॉस-प्लेटफॉर्म कंपाइलर जैसा कुछ) पर प्रोग्राम को चलाने के लिए वास्तविक आदेश जारी करता है। इस प्रकार कंपनी मौजूदा विशेषज्ञ समाधानों का लाभ उठाने की उम्मीद करती है। इसका मतलब यह भी हो सकता है कि कंपनियां क्वांटम एल्गोरिदम का एक सेट विकसित करने में सक्षम होंगी, और फिर उन्हें किसी भी सिस्टम पर उन संपत्तियों के साथ चलाएगी जिनकी उन्हें ज़रूरत है - उच्च कनेक्टिविटी या बड़ी संख्या में क्विट्स - आवश्यक प्रदर्शन प्राप्त करने के लिए।

दोस्तों और प्रतियोगियों

शायद एक पूरी तरह से नई वास्तुकला की शुरूआत के कारण, कंपनी ने क्वांटम एल्गोरिदम विकसित करने वाली कंपनियों के लिए दो योगदान के साथ अपनी प्रौद्योगिकी की घोषणा को संयुक्त किया। उसने यह भी घोषणा की कि वित्तीय दिग्गज जेपी मॉर्गन चेस हनीवेल के साथ वित्तीय एल्गोरिदम विकसित करने के लिए अपने सिस्टम का उपयोग करने की संभावनाओं का पता लगाने के लिए काम करेंगे। इसका मतलब यह नहीं है कि सिस्टम उपयोग के लिए पूरी तरह से तैयार है; हमने पहले ही जेपी मॉर्गन चेस के लोगों के साथ बातचीत की, और उन्होंने कहा कि वे गारंटी देने की कोशिश कर रहे थे कि कंपनी व्यावहारिक क्वांटिटी कंप्यूटर के लिए पूरी तरह से तैयार है।

यह सब इस तथ्य के पक्ष में गवाही देता है कि हनीवेल अपने घटनाक्रम को गंभीरता से लेता है और क्वांटिक कंप्यूटिंग के स्थान में मुख्य प्रतिद्वंद्वियों में से एक बनने की उम्मीद करता है। और अगर भविष्य के लिए उसकी भविष्यवाणियां सच होती हैं, तो ऐसा होने की संभावना है।

पर्यवेक्षक को पारंपरिक कंप्यूटर आर्किटेक्चर की प्रतिद्वंद्विता के साथ स्थिति की तुलना करने के लिए लुभाया जा सकता है, जहां x86 और एआरएम आज सक्रिय रूप से लड़ रहे हैं। हालांकि, ये अलग-अलग आर्किटेक्चर समान विधियों का उपयोग करके बनाए गए हैं और समान घटकों के साथ काम करते हैं। वर्णित मामले में, दो प्रतिस्पर्धी आर्किटेक्चर शारीरिक रूप से पूरी तरह से अलग-अलग प्रणालियों पर आधारित हैं, जिसमें केवल कुछ कार्य नियम मेल खाते हैं। यह स्थितियों का एक पूरी तरह से अलग सेट है, और बहुत अधिक दिलचस्प है।