समझाया: क्वांटम वर्चस्व क्या है?

क्वांटम वर्चस्व एक मील का पत्थर है जिसे कंप्यूटिंग में लंबे समय से मांगा गया है, और अब Google ने घोषणा की है कि यह उस तक पहुंच गया है। अवधारणा के पीछे के विज्ञान पर एक नज़र, और वास्तव में क्या हासिल किया गया और कितना शेष है।

सांता बारबरा लैब, कैलिफ़ोर्निया, यूएस में Google के क्वांटम कंप्यूटर का एक घटक। (फोटो रॉयटर्स के माध्यम से)

इस हफ्ते, Google ने घोषणा की कि उसने एक सफलता हासिल की है जिसे कहा जाता है क्वांटम वर्चस्व कंप्यूटिंग में। इसका क्या अर्थ है, और यह क्यों महत्वपूर्ण है?

तो, क्वांटम वर्चस्व क्या है?

यह कैलिफोर्निया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी में सैद्धांतिक भौतिकी के प्रोफेसर जॉन प्रेस्किल द्वारा 2012 में प्रस्तावित एक शब्द है। यह उस बिंदु का वर्णन करता है जहां क्वांटम कंप्यूटर वे चीजें कर सकते हैं जो शास्त्रीय कंप्यूटर नहीं कर सकते। Google के मामले में, कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, सांता बारबरा के शोधकर्ताओं ने एक ऐसा प्रोसेसर विकसित करने का दावा किया है जो एक गणना करने में 200 सेकंड का समय लेता है जो कि एक शास्त्रीय कंप्यूटर को 10,000 साल लग सकता है।

लेकिन क्वांटम कंप्यूटर क्या है?

हमारे पारंपरिक कंप्यूटर शास्त्रीय भौतिकी के नियमों के आधार पर काम करते हैं, विशेष रूप से बिजली के प्रवाह का उपयोग करके। दूसरी ओर, एक क्वांटम कंप्यूटर, परमाणुओं और उप-परमाणु कणों के व्यवहार को नियंत्रित करने वाले कानूनों का फायदा उठाने का प्रयास करता है। उस छोटे पैमाने पर, शास्त्रीय भौतिकी के कई नियम लागू नहीं होते हैं, और क्वांटम भौतिकी के अनूठे नियम लागू होते हैं।

ऐसा कंप्यूटर विकसित करना लगभग चार दशकों से वैज्ञानिकों का लक्ष्य रहा है। 1981 में, भौतिक विज्ञानी रिचर्ड फेनमैन ने लिखा: भौतिकी का एक कंप्यूटर सिमुलेशन खोजने की कोशिश करना मुझे एक उत्कृष्ट कार्यक्रम लगता है ... प्रकृति शास्त्रीय नहीं है ... और यदि आप प्रकृति का अनुकरण करना चाहते हैं, तो आप बेहतर होंगे इसे क्वांटम मैकेनिकल बनाओ, और मूर्खता से यह एक अद्भुत समस्या है, क्योंकि यह इतना आसान नहीं दिखता है।

इस तरह के अनुकरण से क्या फर्क पड़ेगा?

यह प्रसंस्करण गति के बारे में है। आइए देखें कि एक शास्त्रीय कंप्यूटर कैसे सूचनाओं को संसाधित करता है। जानकारी के बिट्स को 0 या 1 के रूप में संग्रहीत किया जाता है। ऐसे अंकों (बिटस्ट्रिंग) की प्रत्येक स्ट्रिंग एक अद्वितीय वर्ण या निर्देश का प्रतिनिधित्व करती है; उदाहरण के लिए, 01100001 लोअरकेस a का प्रतिनिधित्व करता है।

क्वांटम कंप्यूटर में, जानकारी क्वांटम बिट्स या qubits में संग्रहीत होती है। और एक qubit एक ही समय में 0 और 1 दोनों हो सकता है। क्वांटम भौतिकी में ऐसी अवधारणाएँ शामिल हैं जिन्हें भौतिक विज्ञानी भी अजीब बताते हैं। शास्त्रीय भौतिकी के विपरीत, जिसमें एक वस्तु एक समय में एक ही स्थान पर मौजूद हो सकती है, क्वांटम भौतिकी किसी वस्तु के विभिन्न बिंदुओं पर होने की संभावनाओं को देखती है। कई अवस्थाओं में अस्तित्व को सुपरपोजिशन कहा जाता है, और इन राज्यों के बीच के संबंधों को उलझाव कहा जाता है।

qubits की संख्या जितनी अधिक होगी, उनमें संग्रहीत जानकारी की मात्रा उतनी ही अधिक होगी। समान संख्या में बिट्स में संग्रहीत जानकारी की तुलना में, qubits में जानकारी तेजी से बढ़ती है। यही क्वांटम कंप्यूटर को इतना शक्तिशाली बनाता है। और फिर भी, जैसा कि 2012 में कैलटेक के प्रेस्किल ने लिखा था, क्वांटम सिस्टम को सटीक रूप से नियंत्रित करने की कठिनाई के कारण विश्वसनीय क्वांटम हार्डवेयर का निर्माण चुनौतीपूर्ण है।

सुंदर पिचाई, सांता बारबरा लैब, कैलिफ़ोर्निया, यूएस में Google के क्वांटम कंप्यूटरों में से एक के साथ। (फोटो रॉयटर्स के माध्यम से)

क्या Google ने यही हासिल किया है?

शोधकर्ताओं ने प्रदर्शित किया कि क्वांटम कंप्यूटर क्या करने में सक्षम है। उन्होंने Google के क्वांटम कंप्यूटर Sycamore के साथ 54 qubits का आर्किटेक्चर बनाया। जबकि इनमें से एक ने प्रदर्शन नहीं किया, अन्य 53 qubits एक सुपरपोजिशन अवस्था में उलझ गए।

टीम ने लगभग 1,000 ऑपरेशनों का एक यादृच्छिक क्रम बनाया। हर बार जब वे इस यादृच्छिक एल्गोरिथ्म को चलाते हैं, तो क्वांटम कंप्यूटर एक बिटस्ट्रिंग का उत्पादन करेगा।

अब, कुछ बिटस्ट्रिंग दूसरों की तुलना में अधिक होने की संभावना है, और यह पहचानना संभव है कि कौन से अधिक होने की संभावना है। हालांकि, यादृच्छिक क्वांटम सर्किट जितना जटिल होगा, शास्त्रीय कंप्यूटर के लिए संभावित बिटस्ट्रिंग की पहचान करना उतना ही कठिन होगा - और कठिनाई तेजी से बढ़ी। Google ने एक ईमेल में कहा कि सर्वोच्चता तब हासिल हुई जब उन्होंने प्रदर्शित किया कि क्वांटम प्रोसेसर को सुपर कॉम्प्लेक्स रैंडम एल्गोरिथम की गणना करने में सिर्फ 200 सेकंड लगते हैं, जबकि सबसे तेज सुपर कंप्यूटर में 10,000 साल लगते।

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तो, यह क्या अच्छा करता है?

कोई नहीं, जहां तक ​​व्यावहारिक अनुप्रयोगों का संबंध है। किया गया कार्य इस मील के पत्थर के लिए अति महत्वपूर्ण नहीं है; यह इस तथ्य के बारे में बहुत कुछ है कि मील का पत्थर पहली जगह में हुआ, Google के ईमेल ने कहा। इसने राइट बंधुओं को एक सादृश्य के रूप में उद्धृत किया: उनके लिए यह प्रदर्शित करने के लिए कि विमानन संभव है, यह इतना मायने नहीं रखता था कि विमान कहाँ जा रहा था, कहाँ उड़ान भरी और उतरा, लेकिन यह बिल्कुल भी उड़ान भरने में सक्षम था।

क्या सभी आश्वस्त हैं?

आईबीएम ने गूगल के इस दावे का खंडन किया है कि उसकी क्वांटम गणना एक पारंपरिक कंप्यूटर द्वारा नहीं की जा सकती है। एक ब्लॉग पोस्ट में, आईबीएम ने दावा किया है कि Google शोधकर्ताओं द्वारा वर्णित गणना मौजूदा कंप्यूटर द्वारा ढाई दिनों से भी कम समय में हासिल की जा सकती है, न कि 10,000 वर्षों में।

संयोग से, आईबीएम ने ही गुरुवार को क्वांटम गणना सफलता का दावा किया। आईबीएम ने अपनी वेबसाइट पर कहा कि इसके शोधकर्ताओं ने व्यक्तिगत परमाणुओं के क्वांटम व्यवहार को नियंत्रित करने में सफलता हासिल की है, क्वांटम गणना के लिए एक बहुमुखी नए बिल्डिंग ब्लॉक का प्रदर्शन किया है। पेपर साइंस जर्नल में प्रकाशित हुआ है। Google का शोध नेचर में दिखाई देता है।

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आगे क्या?

वैज्ञानिक अपने काम में सुधार करना चाहते हैं, जिसमें त्रुटियों का पता लगाना और उन्हें ठीक करना शामिल है। कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, सांता बारबरा ने उल्लेख किया कि अनुसंधान ने यादृच्छिक संख्या उत्पन्न करने के लिए पहले से ही एक बहुत ही वास्तविक उपकरण प्राप्त कर लिया है। रैंडम नंबर विभिन्न क्षेत्रों में उपयोगी हो सकते हैं - डिक्रिप्शन के लिए एन्क्रिप्टेड कुंजियों की सुरक्षा सहित, जो सरकारों के लिए संभावित रूप से कांटेदार मुद्दा हो सकता है।

क्वांटम कंप्यूटर एक दिन विज्ञान अनुसंधान और प्रौद्योगिकी में भारी प्रगति कर सकते हैं। जिन क्षेत्रों में लाभ होने की संभावना है उनमें कृत्रिम बुद्धिमत्ता और नई दवा उपचार शामिल हैं। हालाँकि, यह सब बहुत दूर है।

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