यूएस डिपार्टमेंट ऑफ एनर्जी (डीओई) क्वांटम कंप्यूटर, डिवाइसेस विकसित करने के लिए खोज में शामिल हो रहा है, जो कि क्वांटम मैकेनिक्स का इस्तेमाल उन पारंपरिक समस्याओं को दूर करने के लिए किया जाएगा जो परंपरागत कंप्यूटरों को प्रभावित करते हैं। यह पहल Google और अन्य कंपनियों के रूप में एक क्वांटम कंप्यूटर बनाने की दौड़ आता है जो एक परीक्षण समस्या पर शास्त्रीय कंप्यूटर को मारकर "क्वांटम वर्चस्व" प्रदर्शित कर सकता है। लेकिन उस मील का पत्थर तक पहुंचने का मतलब यह नहीं होगा कि व्यावहारिक उपयोग हाथों में हैं, और नए $ 40 मिलियन डीओई प्रयास का उद्देश्य रसायन विज्ञान, सामग्री विज्ञान, परमाणु भौतिकी और कण भौतिकी में अपने काम के लिए उपयोगी क्वांटम कंप्यूटिंग एल्गोरिदम के विकास को प्रेरित करना है।
वाशिंगटन, डी.सी. में डीओई के 5.4 अरब डॉलर के ऑफिस ऑफ साइंस के अभिनय निदेशक स्टीफन बिंकले का कहना है, "हम एल्गोरिदम की तलाश कर रहे हैं, जो विज्ञान को आगे बढ़ा सकते हैं।" उन्होंने 29 नवंबर 2017 को खुले पत्र में शोधकर्ताओं से इस तरह के कार्यों के लिए प्रस्ताव प्रस्तुत करने का आग्रह किया।
कॉलेज पार्क में मैरीलैंड विश्वविद्यालय में भौतिक विज्ञानी क्रिस्टोफर मोनरो, क्वांटम कंप्यूटिंग स्टार्टअप IonQ के सह-संस्थापक, क्रिस्टोफर मोनरो कहते हैं, अमेरिकी सरकार पहले से ही कंटैम कम्प्यूटिंग पर लगभग 250 मिलियन डॉलर खर्च करती है। लेकिन डो का पैसा ज्यादातर अपने राष्ट्रीय प्रयोगशालाओं में जाएगा। मोनरो का कहना है कि शोधकर्ता वहां मशीनों के विकास में एक प्रमुख भूमिका निभा सकते हैं। "उद्योग ऐसा नहीं कर सकते क्योंकि उनके पास लोग नहीं हैं, और शिक्षाविद ऐसा नहीं कर सकते क्योंकि वे चीजों का निर्माण नहीं करते हैं।"
जबकि एक परंपरागत कंप्यूटर बिट या फिर 0 या 1 पर सेट किया जा सकता है, एक क्वांटम कंप्यूटर क्वांटम बिट्स या क्विट्स को नियोजित करता है, जो विचित्र रूप से, एक ही समय में 0 और 1 पर सेट किया जा सकता है। एक qubit superconducting धातु का एक पैच हो सकता है जो विद्युत 1 के सांकेतिक शब्दों में बदलना, 0 सांकेतिक शब्दों में बदलना करने के लिए, या एक ही समय में चार्ज और अप्रभावी दोनों के लिए चार्ज किया जा सकता है। फँस आयनों, जो विपरीत दिशाओं में स्पिन कर सकते हैं या एक ही बार में दोनों तरीकों से, qubits के रूप में भी काम कर सकते हैं। अपने दो तरीकों से-साथ एक बार क्षमता में, सिर्फ 300 qubits एक साथ एक से अधिक संख्या को सांकेतिक शब्दों में बदलना कर सकते हैं, क्योंकि परमाणुओं का निरीक्षण ब्रह्मांड में होता है।
हालांकि, क्वांटम कंप्यूटर उन समस्याओं का समाधान करते हैं जो उनकी शक्ति-और उनकी सीमाओं के लिए खाते हैं। समस्याओं को एन्कोड किया जा सकता है ताकि संभावित क्वांटम क्वांटम तरंगों से जुड़ा हो जो कि क्विट्स के माध्यम से आती है। चीजों को सेट करें ताकि लहरें सही तरीके से हस्तक्षेप कर सकें, और गलत समाधान एक-दूसरे को रद्द कर देंगे जबकि सही समाधान बाहर आ जाएगा। ऐसा ही एक क्वांटम कंप्यूटर जल्दी से बड़ी संख्या में कारगर हो सकता है, संभवत: मौजूदा इंटरनेट एन्क्रिप्शन प्रोटोकॉल को दरार करने में सक्षम बनाता है। लेकिन दृष्टिकोण हर गणना की सहायता नहीं कर सकता है।
मिसाल के तौर पर, क्वांटम कंप्यूटर स्विटजरलैंड में लार्ज हेड्रोन कोलाइडर जैसे एटम स्माइर्स द्वारा निर्मित व्यक्तिगत कण टक्करों के अरबों रिकॉर्डों का विश्लेषण करने में मदद नहीं करेगा, इलैनी इटालिया के बटविया में फर्मी नेशनल एक्सेलेरेटर प्रयोगशाला में कम्प्यूटेशनल भौतिक विज्ञानी जेम्स अमुंडसन कहते हैं। प्रत्येक रिकॉर्ड का विश्लेषण करना आसान है, इसलिए समानांतर में काम करने वाले साधारण कंप्यूटरों की सेना के माध्यम से उन्हें केवल तंग आना चाहिए, अमुंडसन कहते हैं। क्वांटम कंप्यूटर प्रक्रिया को गति नहीं दे सकता है।
फिर भी, मशीनें कुछ समस्याओं के लिए महान वादा रखती हैं, शोधकर्ताओं का कहना है, जैसे स्वाभाविक क्वांटम मैकेनिकल प्रक्रियाओं को मॉडलिंग करना या उनका अनुकरण करना। रसायन विज्ञान में, उदाहरण के लिए, नाइट्रोजनज़िस नामक एंजाइम प्रतिक्रियाओं से उत्पन्न होते हैं जो कि नाइट्रोजन-फिक्सिंग बैक्टीरिया को हवा से नाइट्रोजन को एक ऐसे रूप में परिवर्तित करने में सक्षम बनाता है जो पौधों का उपयोग कर सकते हैं। कैलिफ़ोर्निया के बर्कले में लॉरेंस बर्कले नेशनल लेबोरेटरी में एक कम्प्यूटेशनल केमिस्ट वाइब डी जोंग कहती हैं, कोई परंपरागत कंप्यूटर बिल्कुल प्रक्रिया कैसे काम करता है, लेकिन क्वांटम कंप्यूटर कर सकता है। उन्होंने कहा, "बहुत सारे उत्प्रेरक प्रक्रियाएं हैं जो अभी भी कम्प्यूटेशनल जटिलता की वजह से मॉडल के लिए बहुत कठिन हैं।"
क्वांटम कंप्यूटर अपने परमाणु घटकों से सामग्री के डिजाइन में सहायता कर सकते हैं। और वे यह अनुमान लगाने में मदद कर सकते हैं कि न्यूट्रॉन सितारों में अतिरंजित पदार्थ कैसे व्यवहार करते हैं या कण टक्कर के दौरान एक प्रोटॉन कैसे टूट जाता है। इस तरह के अनुप्रयोगों में सभी क्वांटम तरंगों के परस्पर क्रिया शामिल होते हैं जो उप-आकृति कणों का वर्णन करते हैं। सीसीएटल में वाशिंगटन विश्वविद्यालय के एक परमाणु सिद्धांतकार, मार्टिन सैवेज बताते हैं कि ओसील्टिंग तरंगों को ट्रैक करने के लिए एक पारंपरिक कंप्यूटर दलदल होता है, लेकिन एक क्वांटम कम्प्यूटर स्वचालित रूप से गणना के उस पहलू को संभालता है।
शोधकर्ताओं ने एक क्वांटम कंप्यूटर के qubits पर इस तरह की समस्याओं को कैसे मैप करने का पता लगाया है प्रक्रिया की गति बढ़ाने के लिए, सितंबर 2017 में डीओई ने दो टेस्टबेड का शुभारंभ किया जिससे कि डिजाइनरों और वैज्ञानिकों ने क्वांटम कम्प्यूटेशन के दृष्टिकोण पर मिलकर काम किया। बर्कले प्रयोगशाला में, भौतिक विज्ञानी इरफान सिद्दीकी और सहकर्मियों ने अपने स्वयं के 64-क्बिट क्वांटम कंप्यूटर को सुपरकंडक्टिंग क्विनिट्स का उपयोग करने का लक्ष्य रखा है। उपयोगकर्ताओं से प्रतिक्रिया उनके डिजाइनों को प्रभावित करती है, जैसे कि एक quipits कैसे व्यवस्थित और चिप पर एक दूसरे से जुड़ा हुआ है, सिद्दीकी कहते हैं।
इसके विपरीत, टेनेसी में ओक रिज नेशनल लेबोरेटरी में टेस्टबेर्ड आईबीएम और आईओएनक्यू में मौजूदा मशीनों के लिए दूरस्थ पहुंच प्रदान करेगा। ओक रिज में एक क्वांटम सूचना वैज्ञानिक राफेल पोसर कहते हैं कि ओक रिज के शोधकर्ताओं को खरोंच से एक मशीन बनाने की आवश्यकता के बिना उस दृष्टिकोण को "सह-डिजाइन" के समान चिंगारी चाहिए। वे कहते हैं, यह उद्योग के साथ साझेदारी में अपने सुपर कंप्यूटरों को विकसित करने के तरीके से भी अधिक बारीकी से दिखता है।
इस दौरान, वाणिज्यिक मशीनें अधिक शक्तिशाली हो रही हैं इस हफ्ते, कैलिफ़ोर्निया के सांता बारबरा में Google की प्रयोगशाला के शोधकर्ताओं ने 50-qubit चिप का परीक्षण करना शुरू किया, जो लगता है कि क्वांटम वर्चस्व प्राप्त होगा, हालांकि प्रयोग अभी भी महीने ले सकता है। फिर भी कुछ शोधकर्ता इस बात से चिंतित हैं कि इस तरह का एक प्रदर्शन जनता को यह सोचने में गलती कर सकता है कि वैज्ञानिक एक उपयोगी क्वांटम कंप्यूटर विकसित करने में सड़क के अंत तक पहुंच चुके हैं। "यह सड़क की शुरुआत भी नहीं है," सिद्दीकी कहते हैं।
भौतिक विज्ञानी जॉन मार्टिनिस, जो Google के प्रयासों का नेतृत्व करता है, का कहना है कि कंपनी "समझती है कि क्वांटम वर्चस्व एक महान मील का पत्थर है और यह कुछ व्यावहारिक बनाने के लिए अधिक समय लेता है।" डो स्पष्ट रूप से सहमत है।
वाशिंगटन, डी.सी. में डीओई के 5.4 अरब डॉलर के ऑफिस ऑफ साइंस के अभिनय निदेशक स्टीफन बिंकले का कहना है, "हम एल्गोरिदम की तलाश कर रहे हैं, जो विज्ञान को आगे बढ़ा सकते हैं।" उन्होंने 29 नवंबर 2017 को खुले पत्र में शोधकर्ताओं से इस तरह के कार्यों के लिए प्रस्ताव प्रस्तुत करने का आग्रह किया।
कॉलेज पार्क में मैरीलैंड विश्वविद्यालय में भौतिक विज्ञानी क्रिस्टोफर मोनरो, क्वांटम कंप्यूटिंग स्टार्टअप IonQ के सह-संस्थापक, क्रिस्टोफर मोनरो कहते हैं, अमेरिकी सरकार पहले से ही कंटैम कम्प्यूटिंग पर लगभग 250 मिलियन डॉलर खर्च करती है। लेकिन डो का पैसा ज्यादातर अपने राष्ट्रीय प्रयोगशालाओं में जाएगा। मोनरो का कहना है कि शोधकर्ता वहां मशीनों के विकास में एक प्रमुख भूमिका निभा सकते हैं। "उद्योग ऐसा नहीं कर सकते क्योंकि उनके पास लोग नहीं हैं, और शिक्षाविद ऐसा नहीं कर सकते क्योंकि वे चीजों का निर्माण नहीं करते हैं।"
जबकि एक परंपरागत कंप्यूटर बिट या फिर 0 या 1 पर सेट किया जा सकता है, एक क्वांटम कंप्यूटर क्वांटम बिट्स या क्विट्स को नियोजित करता है, जो विचित्र रूप से, एक ही समय में 0 और 1 पर सेट किया जा सकता है। एक qubit superconducting धातु का एक पैच हो सकता है जो विद्युत 1 के सांकेतिक शब्दों में बदलना, 0 सांकेतिक शब्दों में बदलना करने के लिए, या एक ही समय में चार्ज और अप्रभावी दोनों के लिए चार्ज किया जा सकता है। फँस आयनों, जो विपरीत दिशाओं में स्पिन कर सकते हैं या एक ही बार में दोनों तरीकों से, qubits के रूप में भी काम कर सकते हैं। अपने दो तरीकों से-साथ एक बार क्षमता में, सिर्फ 300 qubits एक साथ एक से अधिक संख्या को सांकेतिक शब्दों में बदलना कर सकते हैं, क्योंकि परमाणुओं का निरीक्षण ब्रह्मांड में होता है।
हालांकि, क्वांटम कंप्यूटर उन समस्याओं का समाधान करते हैं जो उनकी शक्ति-और उनकी सीमाओं के लिए खाते हैं। समस्याओं को एन्कोड किया जा सकता है ताकि संभावित क्वांटम क्वांटम तरंगों से जुड़ा हो जो कि क्विट्स के माध्यम से आती है। चीजों को सेट करें ताकि लहरें सही तरीके से हस्तक्षेप कर सकें, और गलत समाधान एक-दूसरे को रद्द कर देंगे जबकि सही समाधान बाहर आ जाएगा। ऐसा ही एक क्वांटम कंप्यूटर जल्दी से बड़ी संख्या में कारगर हो सकता है, संभवत: मौजूदा इंटरनेट एन्क्रिप्शन प्रोटोकॉल को दरार करने में सक्षम बनाता है। लेकिन दृष्टिकोण हर गणना की सहायता नहीं कर सकता है।
मिसाल के तौर पर, क्वांटम कंप्यूटर स्विटजरलैंड में लार्ज हेड्रोन कोलाइडर जैसे एटम स्माइर्स द्वारा निर्मित व्यक्तिगत कण टक्करों के अरबों रिकॉर्डों का विश्लेषण करने में मदद नहीं करेगा, इलैनी इटालिया के बटविया में फर्मी नेशनल एक्सेलेरेटर प्रयोगशाला में कम्प्यूटेशनल भौतिक विज्ञानी जेम्स अमुंडसन कहते हैं। प्रत्येक रिकॉर्ड का विश्लेषण करना आसान है, इसलिए समानांतर में काम करने वाले साधारण कंप्यूटरों की सेना के माध्यम से उन्हें केवल तंग आना चाहिए, अमुंडसन कहते हैं। क्वांटम कंप्यूटर प्रक्रिया को गति नहीं दे सकता है।
फिर भी, मशीनें कुछ समस्याओं के लिए महान वादा रखती हैं, शोधकर्ताओं का कहना है, जैसे स्वाभाविक क्वांटम मैकेनिकल प्रक्रियाओं को मॉडलिंग करना या उनका अनुकरण करना। रसायन विज्ञान में, उदाहरण के लिए, नाइट्रोजनज़िस नामक एंजाइम प्रतिक्रियाओं से उत्पन्न होते हैं जो कि नाइट्रोजन-फिक्सिंग बैक्टीरिया को हवा से नाइट्रोजन को एक ऐसे रूप में परिवर्तित करने में सक्षम बनाता है जो पौधों का उपयोग कर सकते हैं। कैलिफ़ोर्निया के बर्कले में लॉरेंस बर्कले नेशनल लेबोरेटरी में एक कम्प्यूटेशनल केमिस्ट वाइब डी जोंग कहती हैं, कोई परंपरागत कंप्यूटर बिल्कुल प्रक्रिया कैसे काम करता है, लेकिन क्वांटम कंप्यूटर कर सकता है। उन्होंने कहा, "बहुत सारे उत्प्रेरक प्रक्रियाएं हैं जो अभी भी कम्प्यूटेशनल जटिलता की वजह से मॉडल के लिए बहुत कठिन हैं।"
क्वांटम कंप्यूटर अपने परमाणु घटकों से सामग्री के डिजाइन में सहायता कर सकते हैं। और वे यह अनुमान लगाने में मदद कर सकते हैं कि न्यूट्रॉन सितारों में अतिरंजित पदार्थ कैसे व्यवहार करते हैं या कण टक्कर के दौरान एक प्रोटॉन कैसे टूट जाता है। इस तरह के अनुप्रयोगों में सभी क्वांटम तरंगों के परस्पर क्रिया शामिल होते हैं जो उप-आकृति कणों का वर्णन करते हैं। सीसीएटल में वाशिंगटन विश्वविद्यालय के एक परमाणु सिद्धांतकार, मार्टिन सैवेज बताते हैं कि ओसील्टिंग तरंगों को ट्रैक करने के लिए एक पारंपरिक कंप्यूटर दलदल होता है, लेकिन एक क्वांटम कम्प्यूटर स्वचालित रूप से गणना के उस पहलू को संभालता है।
शोधकर्ताओं ने एक क्वांटम कंप्यूटर के qubits पर इस तरह की समस्याओं को कैसे मैप करने का पता लगाया है प्रक्रिया की गति बढ़ाने के लिए, सितंबर 2017 में डीओई ने दो टेस्टबेड का शुभारंभ किया जिससे कि डिजाइनरों और वैज्ञानिकों ने क्वांटम कम्प्यूटेशन के दृष्टिकोण पर मिलकर काम किया। बर्कले प्रयोगशाला में, भौतिक विज्ञानी इरफान सिद्दीकी और सहकर्मियों ने अपने स्वयं के 64-क्बिट क्वांटम कंप्यूटर को सुपरकंडक्टिंग क्विनिट्स का उपयोग करने का लक्ष्य रखा है। उपयोगकर्ताओं से प्रतिक्रिया उनके डिजाइनों को प्रभावित करती है, जैसे कि एक quipits कैसे व्यवस्थित और चिप पर एक दूसरे से जुड़ा हुआ है, सिद्दीकी कहते हैं।
इसके विपरीत, टेनेसी में ओक रिज नेशनल लेबोरेटरी में टेस्टबेर्ड आईबीएम और आईओएनक्यू में मौजूदा मशीनों के लिए दूरस्थ पहुंच प्रदान करेगा। ओक रिज में एक क्वांटम सूचना वैज्ञानिक राफेल पोसर कहते हैं कि ओक रिज के शोधकर्ताओं को खरोंच से एक मशीन बनाने की आवश्यकता के बिना उस दृष्टिकोण को "सह-डिजाइन" के समान चिंगारी चाहिए। वे कहते हैं, यह उद्योग के साथ साझेदारी में अपने सुपर कंप्यूटरों को विकसित करने के तरीके से भी अधिक बारीकी से दिखता है।
इस दौरान, वाणिज्यिक मशीनें अधिक शक्तिशाली हो रही हैं इस हफ्ते, कैलिफ़ोर्निया के सांता बारबरा में Google की प्रयोगशाला के शोधकर्ताओं ने 50-qubit चिप का परीक्षण करना शुरू किया, जो लगता है कि क्वांटम वर्चस्व प्राप्त होगा, हालांकि प्रयोग अभी भी महीने ले सकता है। फिर भी कुछ शोधकर्ता इस बात से चिंतित हैं कि इस तरह का एक प्रदर्शन जनता को यह सोचने में गलती कर सकता है कि वैज्ञानिक एक उपयोगी क्वांटम कंप्यूटर विकसित करने में सड़क के अंत तक पहुंच चुके हैं। "यह सड़क की शुरुआत भी नहीं है," सिद्दीकी कहते हैं।
भौतिक विज्ञानी जॉन मार्टिनिस, जो Google के प्रयासों का नेतृत्व करता है, का कहना है कि कंपनी "समझती है कि क्वांटम वर्चस्व एक महान मील का पत्थर है और यह कुछ व्यावहारिक बनाने के लिए अधिक समय लेता है।" डो स्पष्ट रूप से सहमत है।
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