लॉस एलामोस रिपोर्ट हार्डवेयर दृष्टिकोण नए क्वांटम कंप्यूटिंग प्रतिमान की पेशकश करता है - उच्च प्रदर्शन कंप्यूटिंग समाचार विश्लेषण | अंदरHPC

निकोलाई सिनित्सिन, दाईं ओर

15 अगस्त, 2023 - लॉस अलामोस्ट नेशनल लेबोरेटरी ने आज रिपोर्ट दी कि क्वांटम कंप्यूटिंग हार्डवेयर के लिए संभावित गेम-चेंजिंग सैद्धांतिक दृष्टिकोण क्वांटम कंप्यूटरों में पाई जाने वाली कुछ जटिलताओं से बचा जाता है। लैब ने कहा कि यह रणनीति वास्तविक दुनिया की विभिन्न समस्याओं को शास्त्रीय कंप्यूटर या पारंपरिक गेट-आधारित क्वांटम कंप्यूटर की तुलना में तेजी से संसाधित करने के लिए प्राकृतिक क्वांटम इंटरैक्शन में एक एल्गोरिदम लागू करती है।

लॉस एलामोस नेशनल लेबोरेटरी के सैद्धांतिक भौतिक विज्ञानी निकोलाई सिनित्सिन ने कहा, "हमारी खोज क्वांटम हार्डवेयर के लिए कई चुनौतीपूर्ण आवश्यकताओं को समाप्त कर देती है।" वह ए के सह-लेखक हैं काग़ज़ जर्नल फिजिकल रिव्यू ए में दृष्टिकोण पर। "प्राकृतिक प्रणालियों, जैसे कि हीरे में दोषों के इलेक्ट्रॉनिक स्पिन, में हमारी गणना प्रक्रिया के लिए आवश्यक प्रकार की बातचीत होती है।"

सिनित्सिन ने कहा कि टीम अल्ट्रा-ठंडे परमाणुओं का उपयोग करके अपने दृष्टिकोण को प्रदर्शित करने के लिए लॉस अलामोस में प्रयोगात्मक भौतिकविदों के साथ सहयोग करने की उम्मीद करती है। उन्होंने कहा, अल्ट्राकोल्ड परमाणुओं में आधुनिक प्रौद्योगिकियां लगभग 40 से 60 क्यूबिट के साथ ऐसी गणनाओं को प्रदर्शित करने के लिए पर्याप्त रूप से उन्नत हैं, जो कई समस्याओं को हल करने के लिए पर्याप्त है जो वर्तमान में शास्त्रीय, या बाइनरी, गणना द्वारा पहुंच योग्य नहीं हैं। क्वाबिट क्वांटम जानकारी की मूल इकाई है, जो परिचित शास्त्रीय कंप्यूटिंग में बिट के समान है।

कई क्वैबिट्स के बीच लॉजिक गेट्स की एक जटिल प्रणाली स्थापित करने के बजाय, जिसमें सभी को क्वांटम उलझाव साझा करना होगा, नई रणनीति एक प्राकृतिक प्रणाली में इलेक्ट्रॉनों के स्पिन जैसे क्वैबिट्स को घुमाने के लिए एक सरल चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग करती है। एल्गोरिदम को लागू करने के लिए स्पिन राज्यों का सटीक विकास ही आवश्यक है। सिनित्सिन ने कहा कि इस दृष्टिकोण का उपयोग क्वांटम कंप्यूटरों के लिए प्रस्तावित कई व्यावहारिक समस्याओं को हल करने के लिए किया जा सकता है।

क्वांटम कंप्यूटिंग एक उभरता हुआ क्षेत्र बना हुआ है, जो लॉजिक गेट्स की लंबी स्ट्रिंग में क्वैबिट को जोड़ने और गणना के लिए आवश्यक क्वांटम उलझाव को बनाए रखने की कठिनाई से बाधित है। उलझाव एक प्रक्रिया में टूट जाता है जिसे डीकोहेरेंस के रूप में जाना जाता है, क्योंकि उलझे हुए क्वैबिट कंप्यूटर के क्वांटम सिस्टम के बाहर की दुनिया के साथ बातचीत करना शुरू करते हैं, जिससे त्रुटियां उत्पन्न होती हैं। यह तेजी से होता है, जिससे गणना का समय सीमित हो जाता है। क्वांटम हार्डवेयर पर सही त्रुटि सुधार अभी तक लागू नहीं किया गया है।

नया दृष्टिकोण प्रेरित उलझाव के बजाय प्राकृतिक पर निर्भर करता है, इसलिए इसे क्वैबिट के बीच कम कनेक्शन की आवश्यकता होती है। इससे विकृति का प्रभाव कम हो जाता है। सिनित्सिन ने कहा, इस प्रकार, क्वैबिट अपेक्षाकृत लंबे समय तक जीवित रहते हैं।

लॉस एलामोस टीम के सैद्धांतिक पेपर ने दिखाया कि कैसे दृष्टिकोण मौजूदा क्वांटम कंप्यूटरों की तुलना में ग्रोवर के एल्गोरिदम का उपयोग करके संख्या-विभाजन समस्या को तेजी से हल कर सकता है। सबसे प्रसिद्ध क्वांटम एल्गोरिदम में से एक के रूप में, यह बड़े डेटा सेटों की असंरचित खोजों की अनुमति देता है जो पारंपरिक कंप्यूटिंग संसाधनों को निगल जाते हैं। उदाहरण के लिए, सिनित्सिन ने कहा, ग्रोवर के एल्गोरिदम का उपयोग कार्यों के रनटाइम को दो कंप्यूटरों के बीच समान रूप से विभाजित करने के लिए किया जा सकता है, ताकि वे अन्य व्यावहारिक कार्यों के साथ-साथ एक ही समय में समाप्त हो जाएं। एल्गोरिदम आदर्शीकृत, त्रुटि-सुधारित क्वांटम कंप्यूटरों के लिए उपयुक्त है, हालांकि आज की त्रुटि-प्रवण मशीनों पर इसे लागू करना मुश्किल है।

सिनित्सिन ने कहा कि क्वांटम कंप्यूटर किसी भी शास्त्रीय उपकरण की तुलना में बहुत तेजी से गणना करने के लिए बनाए गए हैं, लेकिन अब तक उन्हें साकार करना बेहद कठिन रहा है। एक पारंपरिक क्वांटम कंप्यूटर क्वांटम सर्किट को कार्यान्वित करता है - क्वैबिट के विभिन्न जोड़े के साथ प्राथमिक संचालन का क्रम।

लॉस अलामोस सिद्धांतकारों ने एक दिलचस्प विकल्प प्रस्तावित किया।

सिनित्सिन ने कहा, "हमने देखा कि कई प्रसिद्ध कम्प्यूटेशनल समस्याओं के लिए प्राथमिक इंटरैक्शन के साथ एक क्वांटम सिस्टम होना पर्याप्त है, जिसमें केवल एक क्वांटम स्पिन - दो क्वैबिट के साथ साकार होता है - बाकी कम्प्यूटेशनल क्वैबिट के साथ इंटरैक्ट करता है।" "फिर एक एकल चुंबकीय पल्स जो केवल केंद्रीय स्पिन पर कार्य करती है, क्वांटम ग्रोवर के एल्गोरिदम के सबसे जटिल हिस्से को लागू करती है।" ग्रोवर का दैवज्ञ कहा जाता है, यह क्वांटम ऑपरेशन वांछित समाधान की ओर इशारा करता है।

उन्होंने कहा, "प्रक्रिया में कम्प्यूटेशनल क्वैबिट के बीच कोई सीधा इंटरैक्शन और केंद्रीय स्पिन के साथ कोई समय-निर्भर इंटरैक्शन की आवश्यकता नहीं है।" उन्होंने कहा, एक बार केंद्रीय स्पिन और क्वैबिट के बीच स्थिर युग्मन सेट हो जाने के बाद, पूरी गणना में केवल सरल समय-निर्भर बाहरी क्षेत्र दालों को लागू करना शामिल होता है जो स्पिन को घुमाते हैं।

महत्वपूर्ण बात यह है कि टीम ने साबित किया कि ऐसे ऑपरेशन तेजी से किए जा सकते हैं। टीम ने यह भी पाया कि उनका दृष्टिकोण स्थलीय रूप से संरक्षित है। अर्थात्, यह क्वांटम त्रुटि सुधार के बिना भी नियंत्रण क्षेत्रों और अन्य भौतिक मापदंडों की सटीकता में कई त्रुटियों के खिलाफ मजबूत है।

पेपर: "विभाजन समस्या के लिए टोपोलॉजिकली संरक्षित ग्रोवर का दैवज्ञ।" शारीरिक समीक्षा ए. https://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.108.022412

फंडिंग: ऊर्जा विभाग, विज्ञान कार्यालय, उन्नत वैज्ञानिक कंप्यूटिंग अनुसंधान कार्यालय और लॉस एलामोस राष्ट्रीय प्रयोगशाला में प्रयोगशाला निर्देशित अनुसंधान और विकास कार्यक्रम।

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• स्रोत: https://insidehpc.com/2023/08/los-alamos-reports-hardware-approach-offers-new-quantum-computing-paradigm/