स्वीडिश शोधकर्ता रसायन विज्ञान में क्वांटम कम्प्यूटिंग को लागू करने के लिए त्रुटि शमन तकनीक का उपयोग करते हैं

20 अप्रैल, 2023 - चाल्मर्स यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं ने घोषणा की है कि स्वीडन में पहली बार, रेफरेंस-स्टेट एरर मिटिगेशन (आरईएम) नामक विधि का उपयोग करके रसायन विज्ञान में वास्तविक जीवन के मामले में गणना के लिए एक क्वांटम कंप्यूटर का उपयोग किया गया है, जो कि शोधकर्ताओं का कहना है कि यह क्वांटम कंप्यूटर और पारंपरिक कंप्यूटर दोनों की गणनाओं का उपयोग करके शोर के कारण होने वाली त्रुटियों को ठीक करके काम करता है।

“क्वांटम कंप्यूटर का उपयोग सैद्धांतिक रूप से उन मामलों को संभालने के लिए किया जा सकता है जहां इलेक्ट्रॉन और परमाणु नाभिक अधिक जटिल तरीकों से चलते हैं। यदि हम उनकी पूरी क्षमता का उपयोग करना सीख सकते हैं, तो हमें गणना करने और समझने की संभावनाओं की सीमाओं को आगे बढ़ाने में सक्षम होना चाहिए, ”रसायन विज्ञान और रसायन इंजीनियरिंग विभाग में सैद्धांतिक रसायन विज्ञान में एसोसिएट प्रोफेसर मार्टिन रहम ने कहा, जिन्होंने नेतृत्व किया है अध्ययन।

क्वांटम रसायन विज्ञान के क्षेत्र में, क्वांटम यांत्रिकी के नियमों का उपयोग यह समझने के लिए किया जाता है कि कौन सी रासायनिक प्रतिक्रियाएं संभव हैं, कौन सी संरचनाएं और सामग्री विकसित की जा सकती हैं, और उनमें क्या विशेषताएं हैं। इस तरह के अध्ययन आम तौर पर पारंपरिक तार्किक सर्किट के साथ निर्मित सुपर कंप्यूटर की मदद से किए जाते हैं। हालाँकि, पारंपरिक कंप्यूटर कितनी गणनाएँ संभाल सकते हैं, इसके लिए एक सीमा है। क्योंकि क्वांटम यांत्रिकी के नियम उप-परमाणु स्तर पर प्रकृति के व्यवहार का वर्णन करते हैं, कई शोधकर्ताओं का मानना ​​है कि क्वांटम कंप्यूटर को पारंपरिक कंप्यूटर की तुलना में आणविक गणना करने के लिए बेहतर ढंग से सुसज्जित होना चाहिए।

“इस दुनिया में अधिकांश चीजें स्वाभाविक रूप से रासायनिक हैं। उदाहरण के लिए, हमारे ऊर्जा वाहक, जीव विज्ञान के साथ-साथ पुरानी या नई कारों में, अणुओं और सामग्रियों में अलग-अलग तरीकों से व्यवस्थित इलेक्ट्रॉनों और परमाणु नाभिक से बने होते हैं। मार्टिन रहम कहते हैं, "क्वांटम रसायन विज्ञान के क्षेत्र में हम जिन समस्याओं का समाधान करते हैं उनमें से कुछ यह गणना करना है कि इनमें से कौन सी व्यवस्था उनकी विशेषताओं के साथ अधिक संभावित या लाभप्रद है।"

इससे पहले कि क्वांटम कंप्यूटर शोधकर्ताओं का लक्ष्य हासिल कर सकें, अभी भी एक रास्ता तय करना बाकी है। अनुसंधान का यह क्षेत्र अभी भी युवा है और जो छोटे मॉडल गणनाएँ चलायी जाती हैं वे क्वांटम कंप्यूटर के परिवेश से आने वाले शोर के कारण जटिल हो जाती हैं। हालाँकि, मार्टिन रहम और उनके सहयोगियों ने अब एक तरीका ढूंढ लिया है जिसे वे एक महत्वपूर्ण कदम के रूप में देखते हैं। इस विधि को रेफरेंस-स्टेट एरर मिटिगेशन (आरईएम) कहा जाता है और यह क्वांटम कंप्यूटर और पारंपरिक कंप्यूटर दोनों से गणना का उपयोग करके शोर के कारण होने वाली त्रुटियों को ठीक करके काम करता है।

“अध्ययन इस अवधारणा का प्रमाण है कि हमारी पद्धति क्वांटम-रासायनिक गणना की गुणवत्ता में सुधार कर सकती है। यह एक उपयोगी उपकरण है जिसका उपयोग हम आगे चलकर क्वांटम कंप्यूटरों पर अपनी गणनाओं को बेहतर बनाने के लिए करेंगे,'' रहम ने कहा।

विधि के पीछे का सिद्धांत पहले पारंपरिक और क्वांटम कंप्यूटर दोनों पर एक ही समस्या का वर्णन और समाधान करके एक संदर्भ स्थिति पर विचार करना है। यह संदर्भ स्थिति क्वांटम कंप्यूटर द्वारा हल की जाने वाली मूल समस्या की तुलना में एक अणु के सरल विवरण का प्रतिनिधित्व करती है। एक पारंपरिक कंप्यूटर समस्या के इस सरल संस्करण को शीघ्रता से हल कर सकता है। दोनों कंप्यूटरों के परिणामों की तुलना करके, शोर के कारण होने वाली त्रुटि की मात्रा का सटीक अनुमान लगाया जा सकता है। संदर्भ समस्या के लिए दो कंप्यूटरों के समाधानों के बीच अंतर का उपयोग क्वांटम प्रोसेसर पर चलने पर मूल, अधिक जटिल समस्या के समाधान को ठीक करने के लिए किया जा सकता है। इस नई विधि को चाल्मर्स के क्वांटम कंप्यूटर सैरिमनेर* के डेटा के साथ जोड़कर शोधकर्ता हाइड्रोजन और लिथियम हाइड्राइड जैसे छोटे उदाहरण अणुओं की आंतरिक ऊर्जा की गणना करने में सफल हुए हैं। पारंपरिक कंप्यूटर पर समतुल्य गणनाएँ अधिक तेज़ी से की जा सकती हैं, लेकिन नई विधि एक महत्वपूर्ण विकास का प्रतिनिधित्व करती है और स्वीडन में क्वांटम कंप्यूटर पर क्वांटम रासायनिक गणना का पहला प्रदर्शन है।

मार्टिन रहम कहते हैं, "जब अगली पीढ़ी के क्वांटम कंप्यूटर तैयार हो जाएंगे, तो हम बड़े और अधिक जटिल अणुओं की गणना की अनुमति देने के लिए विधि के और विकास की अच्छी संभावनाएं देखते हैं।"

यह शोध माइक्रोटेक्नोलॉजी और नैनोसाइंस विभाग के सहयोगियों के साथ निकट सहयोग से आयोजित किया गया है। उन्होंने क्वांटम कंप्यूटर बनाए हैं जिनका उपयोग अध्ययन में किया जाता है, और रासायनिक गणना के लिए आवश्यक संवेदनशील माप करने में मदद की है।

“केवल वास्तविक क्वांटम एल्गोरिदम का उपयोग करके ही हम समझ सकते हैं कि हमारा हार्डवेयर वास्तव में कैसे काम करता है और हम इसे कैसे सुधार सकते हैं। रासायनिक गणना उन पहले क्षेत्रों में से एक है जहां हम मानते हैं कि क्वांटम कंप्यूटर उपयोगी होंगे, इसलिए मार्टिन रहम के समूह के साथ हमारा सहयोग विशेष रूप से मूल्यवान है, ”माइक्रोटेक्नोलॉजी और नैनोसाइंस विभाग में क्वांटम टेक्नोलॉजी में एसोसिएट प्रोफेसर जोनास बायलैंडर कहते हैं।

लेख पढ़ें संदर्भ-राज्य त्रुटि शमन: रसायन विज्ञान की उच्च सटीकता क्वांटम गणना के लिए एक रणनीति जर्नल ऑफ़ केमिकल थ्योरी एंड कंप्यूटेशन में।
लेख फाल्गुन लोलूर, मार्टेन स्कोग, वर्नर डोब्रौट्ज़, क्रिस्टोफर वॉरेन, जांका बिज़्नारोवा, अम्र उस्मान, जियोवाना टैनक्रेडी, गोरान वेन्डिन, जोनास बायलैंडर और मार्टिन रहम द्वारा लिखा गया है। शोधकर्ता चाल्मर्स यूनिवर्सिटी ऑफ़ टेक्नोलॉजी में सक्रिय हैं।

के सहयोग से यह शोध किया गया है वॉलेनबर्ग सेंटर फॉर क्वांटम टेक्नोलॉजी (WACQT) और EU-प्रोजेक्ट OpensuperQ। ओपनसुपरक्यू क्वांटम कंप्यूटर बनाने के उद्देश्य से 10 यूरोपीय देशों में विश्वविद्यालयों और कंपनियों को जोड़ता है, और इसका विस्तार चाल्मर्स के शोधकर्ताओं को क्वांटम रासायनिक गणना के साथ उनके काम के लिए अतिरिक्त धनराशि में योगदान देगा।

*सारिमनेर पांच क्विबिट्स या क्वांटम बिट्स वाले क्वांटम प्रोसेसर का नाम है, जिसे वॉलनबर्ग सेंटर फॉर क्वांटम टेक्नोलॉजी (डब्ल्यूएसीक्यूटी) के ढांचे के भीतर चाल्मर्स द्वारा बनाया गया है। इसका नाम नॉर्डिक पौराणिक कथाओं से लिया गया है, जिसमें सुअर सैरिमनेर को हर दिन मारकर खाया जाता था, लेकिन फिर से जीवित हो जाता था।
सारिमनर को अब 25 क्यूबिट वाले एक बड़े कंप्यूटर द्वारा प्रतिस्थापित कर दिया गया है और WACQT का लक्ष्य 100 क्यूबिट वाला एक क्वांटम कंप्यूटर बनाना है जो आज के सर्वश्रेष्ठ पारंपरिक सुपर-कंप्यूटर की क्षमता से कहीं अधिक समस्याओं को हल कर सकता है।

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• स्रोत: https://insidehpc.com/2023/04/swedish-researchers-use-error-mitigation-technique-to-apply-quantum-computing-to-chemistry/