माइक्रोसॉफ्ट ने प्रमुख क्वांटम सफलता का दावा किया है, लेकिन यह क्या करता है?

SCIENCE/विज्ञानं : Microsoft के शोधकर्ताओं ने एक ऐसे उपकरण में पहला “टोपोलॉजिकल क्यूबिट” बनाने की घोषणा की है जो पदार्थ की एक अनोखी अवस्था में सूचना संग्रहीत करता है, जो क्वांटम कंप्यूटिंग के लिए एक महत्वपूर्ण सफलता हो सकती है। साथ ही, शोधकर्ताओं ने नेचर में एक पेपर और आगे के काम के लिए एक “रोडमैप” भी प्रकाशित किया। मेजराना 1 प्रोसेसर का डिज़ाइन एक मिलियन क्यूबिट तक फिट होने वाला है, जो क्वांटम कंप्यूटिंग के कई महत्वपूर्ण लक्ष्यों को प्राप्त करने के लिए पर्याप्त हो सकता है – जैसे क्रिप्टोग्राफ़िक कोड को क्रैक करना और नई दवाओं और सामग्रियों को तेज़ी से डिज़ाइन करना।

हालाँकि, सहकर्मी-समीक्षित नेचर पेपर केवल शोधकर्ताओं द्वारा किए गए दावों का एक हिस्सा दिखाता है, और रोडमैप में अभी भी कई बाधाओं को दूर करना शामिल है। जबकि Microsoft प्रेस विज्ञप्ति कुछ ऐसा दिखाती है जिसे क्वांटम कंप्यूटिंग हार्डवेयर माना जाता है, हमारे पास इस बात की कोई स्वतंत्र पुष्टि नहीं है कि यह क्या कर सकता है। फिर भी, Microsoft से समाचार बहुत आशाजनक है। अब तक आपके मन में शायद कुछ सवाल आ गए होंगे। टोपोलॉजिकल क्यूबिट क्या है? इस मामले में क्यूबिट आखिर है क्या? और लोग सबसे पहले क्वांटम कंप्यूटर क्यों चाहते हैं?

क्वांटम बिट्स बनाना मुश्किल है
क्वांटम कंप्यूटर का सपना सबसे पहले 1980 के दशक में देखा गया था। जहाँ एक साधारण कंप्यूटर बिट्स में जानकारी संग्रहीत करता है, वहीं एक क्वांटम कंप्यूटर क्वांटम बिट्स – या क्यूबिट्स में जानकारी संग्रहीत करता है। एक साधारण बिट का मान 0 या 1 हो सकता है, लेकिन एक क्वांटम बिट (क्वांटम यांत्रिकी के नियमों के कारण, जो बहुत छोटे कणों को नियंत्रित करते हैं) में दोनों का संयोजन हो सकता है। यदि आप एक साधारण बिट को एक तीर के रूप में कल्पना करते हैं जो ऊपर या नीचे की ओर इशारा कर सकता है, तो एक क्यूबिट एक तीर है जो किसी भी दिशा में इशारा कर सकता है (या जिसे ऊपर और नीचे का “सुपरपोजिशन” कहा जाता है)।

इसका मतलब है कि एक क्वांटम कंप्यूटर कुछ प्रकार की गणनाओं के लिए एक साधारण कंप्यूटर की तुलना में बहुत तेज़ होगा – विशेष रूप से कुछ कोड को अनपिक करने और प्राकृतिक प्रणालियों को सिम्युलेट करने से संबंधित। अब तक तो सब ठीक है। लेकिन यह पता चला है कि वास्तविक क्यूबिट बनाना और उनमें से जानकारी प्राप्त करना बेहद मुश्किल है, क्योंकि बाहरी दुनिया के साथ बातचीत अंदर की नाजुक क्वांटम अवस्थाओं को नष्ट कर सकती है। शोधकर्ताओं ने क्यूबिट बनाने के लिए बहुत सी अलग-अलग तकनीकों की कोशिश की है, जिसमें विद्युत क्षेत्रों में फंसे परमाणुओं या सुपरकंडक्टरों में घूमते करंट के भंवर जैसी चीज़ों का इस्तेमाल किया गया है।

छोटे तार और अनोखे कण
Microsoft ने अपने “टोपोलॉजिकल क्यूबिट” बनाने के लिए एक बहुत ही अलग तरीका अपनाया है। उन्होंने मेजराना कणों का इस्तेमाल किया है, जिन्हें पहली बार 1937 में इतालवी भौतिक विज्ञानी एटोर मेजराना ने सिद्धांतित किया था। मेजराना इलेक्ट्रॉन या प्रोटॉन जैसे प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले कण नहीं हैं। इसके बजाय, वे केवल एक दुर्लभ प्रकार की सामग्री के अंदर मौजूद होते हैं जिसे टोपोलॉजिकल सुपरकंडक्टर कहा जाता है (जिसके लिए उन्नत सामग्री डिज़ाइन की आवश्यकता होती है और इसे बेहद कम तापमान तक ठंडा किया जाना चाहिए)। वास्तव में, मेजराना कण इतने अनोखे हैं कि उनका आमतौर पर केवल विश्वविद्यालयों में अध्ययन किया जाता है – व्यावहारिक अनुप्रयोगों में उपयोग नहीं किया जाता है।

Microsoft टीम का कहना है कि उन्होंने छोटे तारों की एक जोड़ी का उपयोग किया है, जिनमें से प्रत्येक के दोनों छोर पर एक मेजराना कण फंसा हुआ है, जो एक क्यूबिट के रूप में कार्य करता है। वे माइक्रोवेव का उपयोग करके क्यूबिट के मान को मापते हैं – जिसे इस तरह से व्यक्त किया जाता है कि इलेक्ट्रॉन एक तार में है या दूसरे में।

ब्रेडेड बिट्स
Microsoft ने इतना प्रयास क्यों किया है? क्योंकि मेजराना कणों की स्थिति को बदलकर (या उन्हें एक निश्चित तरीके से मापकर), उन्हें “ब्रेडेड” किया जा सकता है ताकि उन्हें बिना किसी त्रुटि के मापा जा सके और वे बाहरी हस्तक्षेप के लिए प्रतिरोधी हों। (यह “टोपोलॉजिकल क्यूबिट्स” का “टोपोलॉजिकल” हिस्सा है।) सिद्धांत रूप में, मेजराना कणों का उपयोग करके बनाया गया एक क्वांटम कंप्यूटर पूरी तरह से क्यूबिट त्रुटियों से मुक्त हो सकता है जो अन्य डिज़ाइनों को परेशान करते हैं।

यही कारण है कि Microsoft ने ऐसा प्रतीत होता है कि श्रमसाध्य दृष्टिकोण चुना है। अन्य प्रौद्योगिकियाँ त्रुटियों के लिए अधिक प्रवण हैं, और एक विश्वसनीय “तार्किक क्यूबिट” बनाने के लिए सैकड़ों भौतिक क्यूबिट को एक साथ जोड़ने की आवश्यकता हो सकती है। Microsoft ने इसके बजाय मेजराना-आधारित क्यूबिट विकसित करने में अपना समय और संसाधन लगाए हैं। हालांकि वे बड़ी क्वांटम पार्टी में देर से पहुंचे हैं, लेकिन उन्हें उम्मीद है कि वे जल्दी ही पकड़ लेंगे। हमेशा एक पकड़ होती है
हमेशा की तरह, अगर कोई चीज सच होने के लिए बहुत अच्छी लगती है, तो उसमें एक पकड़ होती है। यहां तक ​​कि मेजराना-आधारित क्वांटम कंप्यूटर के लिए भी, जैसे कि माइक्रोसॉफ्ट द्वारा घोषित एक, एक ऑपरेशन – जिसे टी-गेट के रूप में जाना जाता है – त्रुटियों के बिना प्राप्त नहीं किया जा सकता है। इसलिए मेजराना-आधारित क्वांटम चिप केवल “लगभग त्रुटि-मुक्त” है। हालाँकि, टी-गेट त्रुटियों को ठीक करना अन्य क्वांटम प्लेटफ़ॉर्म के सामान्य त्रुटि सुधार की तुलना में बहुत सरल है।

अब क्या? Microsoft अपने रोडमैप के साथ आगे बढ़ने की कोशिश करेगा, लगातार क्यूबिट के बड़े और बड़े संग्रह का निर्माण करेगा। वैज्ञानिक समुदाय बारीकी से देखेगा कि Microsoft के क्वांटम कंप्यूटिंग प्रोसेसर कैसे काम करते हैं, और वे पहले से स्थापित अन्य क्वांटम कंप्यूटिंग प्रोसेसर की तुलना में कैसा प्रदर्शन करते हैं। साथ ही, मेजराना कणों के विचित्र और अस्पष्ट व्यवहार पर शोध दुनिया भर के विश्वविद्यालयों में जारी रहेगा। यह लेख क्रिएटिव कॉमन्स लाइसेंस के तहत द कन्वर्सेशन से पुनः प्रकाशित किया गया है।

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