गंभीर क्वांटम कंप्यूटर तैयार कर रहे हैं का उपयोग करने के लिए है । वे क्या कर सकते हैं?

में एक छोटी सी प्रयोगशाला में रसीला देहात के बारे में एक सौ मील की दूरी पर न्यूयॉर्क शहर के उत्तर छत से लटका हुआ एक जटिल उलझन के ट्यूब और इलेक्ट्रॉनिक्स. एक कंप्यूटर है, यद्यपि । और यह नहीं है एक नियमित रूप से कंप्यूटर है । शायद यह एक बनने के लिए किस्मत में सबसे महत्वपूर्ण में से इतिहास है । क्वांटम कंप्यूटर का वादा गणना प्रदर्शन करने के लिए दूर से परे तक पहुँचने के साथ किसी भी पारंपरिक सुपर कंप्यूटर है. वे उत्पादन कर सकते हैं एक क्रांति के क्षेत्र में निर्माण के लिए नई सामग्री की अनुमति देता है, अनुकरण करने के लिए व्यवहार की बात करने के लिए नीचे परमाणु स्तर है. वे कर सकते हैं लाने के लिए क्रिप्टोग्राफी और कंप्यूटर सुरक्षा के लिए एक नए स्तर को तोड़ने, अब तक अभेद्य कोड. वहाँ भी है एक आशा है कि वे लाने के लिए कृत्रिम बुद्धि के लिए, एक नए स्तर पर उसे मदद मिलेगी और अधिक प्रभावी ढंग से झारना और डेटा की प्रक्रिया.

और केवल अब, के बाद के दशकों में लगातार प्रगति की है, वैज्ञानिकों अंत में कर रहे हैं बनाने के करीब एक क्वांटम कंप्यूटर में है, पर्याप्त शक्तिशाली करने के लिए करते क्या नियमित रूप से कंप्यूटर ऐसा नहीं कर सकते. इस सुंदर मील का पत्थर कहा जाता है "क्वांटम सर्वोच्चता". आंदोलन के लिए यह मील का पत्थर के नेतृत्व में है गूगल के द्वारा पीछा किया, इंटेल और Microsoft. उन के बीच में — अच्छी तरह से वित्त पोषित startups: Rigetti कंप्यूटिंग, IonQ, क्वांटम सर्किट, और दूसरों ।

और अभी तक कोई भी मेल कर सकते हैं, आईबीएम इस क्षेत्र में. 50 साल पहले, कंपनी में प्रगति की है सामग्री है, जो विज्ञान के लिए नींव रखी कंप्यूटर क्रांति है । तो पिछले साल अक्टूबर में, एमआईटी प्रौद्योगिकी की समीक्षा करने के लिए चला गया अनुसंधान केंद्र के थॉमस जे वाटसन आईबीएम में जवाब देने के लिए प्रश्न: क्या एक क्वांटम कंप्यूटर में अच्छा हो सकता है? यह संभव है के निर्माण के लिए एक व्यावहारिक, विश्वसनीय क्वांटम कंप्यूटर है?

हम क्यों की जरूरत है एक क्वांटम कंप्यूटर में है?

इस अनुसंधान केंद्र में स्थित Yorktown heights, की तरह एक सा एक उड़न तश्तरी के रूप में यह था में 1961. यह डिजाइन किया गया था वास्तुकार द्वारा Eero neofuturists सारिनेन और निर्माण के सुनहरे दिनों के दौरान आईबीएम के निर्माता के रूप में बड़े mainframes के लिए व्यापार. आईबीएम था सबसे बड़ी कंप्यूटर कंपनी दुनिया में, और अधिक से अधिक दस वर्षों के निर्माण के अनुसंधान केंद्र बन गया पांचवीं सबसे बड़ी कंपनी के बाद दुनिया में फोर्ड और जनरल इलेक्ट्रिक.

हालांकि गलियारों के निर्माण पर देख रहे हैं, गांव की डिजाइन ऐसी है कि कोई नहीं के ऑफिस के अंदर कोई खिड़कियों के साथ. इनमें से एक कमरे में पाया और चार्ल्स बेनेट. अब वह 70 है, वह था, सफेद कलम, वह पहने हुए थी, मोजे के साथ सैंडल और यहां तक कि एक पेंसिल के मामले के साथ संभालती है. से घिरा हुआ पुराने कंप्यूटर पर नज़र रखता है, रासायनिक मॉडल और, अप्रत्याशित रूप से, एक छोटे डिस्को गेंद याद है, वह जन्म के क्वांटम कंप्यूटिंग के रूप में अगर यह कल था.

जब बेनेट शामिल हो गए आईबीएम 1972 में, क्वांटम भौतिकी था पहले से ही आधे से एक सदी है, लेकिन गणना अभी भी पर भरोसा शास्त्रीय भौतिकी और गणित के सिद्धांत के बारे में जानकारी है कि क्लॉड शैनन विकसित एमआईटी में 1950 के दशक में. क्या शैनन मात्रा के बारे में जानकारी की संख्या से "बिट" (शब्द वह लोकप्रिय है, लेकिन आविष्कार नहीं) की आवश्यकता के लिए अपने भंडारण. इन बिट्स, 0 और 1 के एक बाइनरी कोड के आधार का गठन पारंपरिक गणना है ।

एक वर्ष में आने के बाद Yorktown heights, बेनेट के लिए मदद की है के लिए नींव रखना क्वांटम सूचना सिद्धांत है, जो चुनौती दी है. वह का उपयोग करता है, विचित्र व्यवहार की वस्तुओं पर परमाणु पैमाने पर है. में इस तरह के तराजू के कण-कण में मौजूद कर सकते हैं "superposition" के कई राज्यों (कई पदों पर एक ही समय में). दो कणों किया जा सकता है "उलझ" इतना है कि राज्य को बदलने के तुरंत एक जवाब के लिए दूसरा है.

बेनेट और दूसरों समझा जाता है कि कुछ प्रकार की संगणना है कि बहुत अधिक समय ले, या यहां तक कि असंभव है, हो सकता है प्रभावी ढंग से बाहर किया जाता है के साथ मदद की क्वांटम घटना है । एक क्वांटम कंप्यूटर स्टोर जानकारी में क्वांटम बिट, या qubits. Qubits में मौजूद कर सकते हैं superpositions के लोगों को और शून्य (1 और 0), और भ्रम की स्थिति और हस्तक्षेप कर सकते हैं इस्तेमाल किया जा करने के लिए के लिए खोज कंप्यूटिंग समाधान की एक बड़ी संख्या में अमेरिका में है. तुलना करने के लिए क्वांटम और शास्त्रीय कंप्यूटर नहीं कर रहे हैं काफी सही है, लेकिन, figuratively बोल रहा हूँ, एक क्वांटम कंप्यूटर के कई सौ qubits अधिक उत्पादन कर सकते हैं एक साथ गणना कर रहे हैं की तुलना परमाणुओं में जाना जाता है ब्रह्मांड.

के रूप में 1981 में आईबीएम द्वारा और एमआईटी में आयोजित एक ऐतिहासिक घटना कहा जाता है "पहला सम्मेलन पर भौतिकी कम्प्यूटिंग". यह आयोजित किया गया था पर होटल Endicott घर में एक हवेली में फ्रेंच शैली के परिसर के पास के एमआईटी.

तस्वीर में है, जो बेनेट था सम्मेलन के दौरान, लॉन पर, आप देख सकते हैं कुछ सबसे प्रभावशाली आंकड़े के इतिहास में कंप्यूटिंग और क्वांटम भौतिकी, सहित कॉनराड सुसा विकसित किया है, जो पहले कंप्यूटर प्रोग्राम, और रिचर्ड फेनमैन, जो महत्वपूर्ण योगदान के लिए क्वांटम सिद्धांत है. फेनमैन रखा पर एक महत्वपूर्ण सम्मेलन में भाषण जो उन्होंने उठाया के विचार का उपयोग क्वांटम प्रभाव के लिए अभिकलन.

"बड़ा धक्का के क्वांटम सूचना सिद्धांत से प्राप्त हुआ है फेनमैन," बेनेट कहते हैं. "उन्होंने कहा: प्रकृति है क्वांटम, उसकी माँ! अगर हम चाहते हैं यह अनुकरण करने के लिए, हम की जरूरत है एक क्वांटम कंप्यूटर।"

एक क्वांटम कंप्यूटर, आईबीएम एक सबसे होनहार के सभी, सही है, नीचे हॉल के कार्यालय से बेनेट. इस मशीन के लिए करना है के निर्माण और हेरफेर के एक महत्वपूर्ण तत्व के एक क्वांटम कंप्यूटर: qubits है कि जानकारी की दुकान है.

रसातल सपने और हकीकत के बीच

आईबीएम मशीन का उपयोग करता है क्वांटम प्रभाव में पाए जाते हैं कि अतिचालक सामग्री. उदाहरण के लिए, कभी कभी वर्तमान प्रवाह दक्षिणावर्त और वामावर्त एक ही समय में. कंप्यूटर आईबीएम का उपयोग करता है अतिचालकचिप, जहां qubit के होते हैं दो अलग-अलग विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा राज्य अमेरिका.

प्रमुख ट्रांसमिशन लाइन दृष्टिकोण के कई फायदे हैं । हार्डवेयर बनाया जा सकता है का उपयोग कर अच्छी तरह से जाना जाता है की स्थापना की विधियों, और करने के लिए नियंत्रण प्रणाली, आप का उपयोग कर सकते हैं एक नियमित रूप से कंप्यूटर है । Qubits में एक अतिचालक सर्किट के लिए आसानी से उत्तरदायी हेरफेर और कम नाजुक हैं की तुलना में अलग-अलग फोटॉनों या आयनों.

में क्वांटम प्रयोगशाला आईबीएम के इंजीनियरों पर काम कर रहे हैं का एक संस्करण के साथ कंप्यूटर के 50 qubits. आप कर सकते हैं चलाने के लिए एक साधारण सिम्युलेटर का एक क्वांटम कंप्यूटर पर एक पारंपरिक कंप्यूटर में है, लेकिन 50 qubits लगभग असंभव हो जाएगा. और इसका मतलब है कि आईबीएम सैद्धांतिक रूप से आ बिंदु से परे है जो एक क्वांटम कंप्यूटर को हल कर सकते हैं समस्याओं के लिए दुर्गम पारंपरिक कंप्यूटर: दूसरे शब्दों में, क्वांटम श्रेष्ठता.

लेकिन वैज्ञानिकों ने आईबीएम से है कि आपको बता देंगे क्वांटम श्रेष्ठता है एक मायावी अवधारणा है । आप की आवश्यकता होगी करने के लिए सभी 50 हाथ सही काम किया, जब वास्तविकता में क्वांटम कंप्यूटर त्रुटियों से पीड़ित है । यह भी अविश्वसनीय रूप से मुश्किल है बनाए रखने के लिए qubits पर समय का एक दिया अवधि; वे करते हैं करने के लिए "decoherence", कि है, के नुकसान के लिए अपने नाजुक क्वांटम प्रकृति की तरह, एक धुआं अंगूठी घुल थोड़ी सी हवा है । और अधिक qubits, और अधिक मुश्किल से निपटने के लिए दोनों कार्य.

"यदि आप 50 या 100 qubits, और वे वास्तव में अच्छी तरह से काम करेगा के लिए पर्याप्त था, और पूरी तरह से मुक्त आप कर सकते हैं त्रुटियों समझ से बाहर गणना की है, जो यह असंभव हो जाएगा पुन: पेश करने पर किसी भी क्लासिक कार, अब नहीं, नहीं तो या भविष्य में कहते हैं," रॉबर्ट Selikoff, एक येल विश्वविद्यालय के प्रोफेसर और के संस्थापक क्वांटम सर्किट । "दूसरे पक्ष के क्वांटम कंप्यूटिंग है कि वहाँ रहे हैं की एक अविश्वसनीय संख्या के अवसरों के लिए त्रुटि".

एक और कारण सावधानी के लिए नहीं है कि काफी स्पष्ट है कि कैसे उपयोगी यह होगा यहां तक कि एक पूरी तरह से कामकाज क्वांटम कंप्यूटर । यह न केवल accelerates समाधान के किसी भी कार्य है कि आप ऊपर फेंक देते हैं । वास्तव में, कई प्रकार में कंप्यूटिंग के साथ, यह हो जाएगा काफी हद तक "dumber" क्लासिक कारों की है । नहीं कई एल्गोरिदम परिभाषित किया गया है तिथि करने के लिए, जिसमें एक क्वांटम कंप्यूटर होगा एक स्पष्ट लाभ है । और यहां तक कि उन लोगों के साथ, यह लाभ अल्पकालिक हो सकती है । सबसे प्रसिद्ध क्वांटम एल्गोरिथ्म द्वारा विकसित पीटर शोर के एमआईटी, खोजने के लिए बनाया गया प्रधानमंत्री कारकों के पूर्णांक. कई अच्छी तरह से जाना जाता है क्रिप्टोग्राफिक योजनाओं पर भरोसा करते हैं तथ्य यह है कि यह खोज बहुत मुश्किल है बाहर ले जाने के लिए सामान्य कंप्यूटर. लेकिन क्रिप्टोग्राफी अनुकूलित कर सकते हैं और बनाने के नए प्रकार के कोड पर भरोसा नहीं, factorization.

यही कारण है कि, यहां तक कि आ 50-cubitas मील का पत्थर है, आईबीएम के शोधकर्ताओं की कोशिश कर रहे हैं को दूर करने के लिए प्रचार. मेज पर दालान में, का नजारा दिखता है जो हरे-भरे लॉन के बाहर है, जे Gambetta, एक लंबा ऑस्ट्रेलियाई, तलाश क्वांटम एल्गोरिदम और संभावित अनुप्रयोगों के लिए आईबीएम उपकरण है । "हम एक अद्वितीय स्थिति में हैं," वह कहते हैं, ध्यान से चुनने के शब्दों. "हम एक उपकरण है कि सबसे मुश्किल है कि प्रेरित किया जा सकता पर एक शास्त्रीय कंप्यूटर में है, लेकिन इसे नियंत्रित नहीं है के साथ पर्याप्त परिशुद्धता के लिए बाहर ले जाने के माध्यम से यह कुछ एल्गोरिदम".

क्या करता है सभी ilimskom आशा है कि यहां तक कि एक अपूर्ण क्वांटम कंप्यूटर के लिए उपयोगी हो सकता है.

Gambetta और अन्य शोधकर्ताओं के साथ शुरू कर दिया है कि एक आवेदन पत्र फेनमैन foresaw 1981 में वापस. रासायनिक प्रतिक्रियाओं और सामग्री के गुणों द्वारा निर्धारित कर रहे हैं के बीच बातचीत अणुओं और परमाणुओं. इन बातचीत के द्वारा नियंत्रित कर रहे हैं क्वांटम परिघटना है । एक क्वांटम कंप्यूटर कर सकते हैं (कम से कम सिद्धांत रूप में) करने के लिए मॉडल के रूप में उन्हें नहीं कर सकते हैं, पारंपरिक है ।

पिछले साल, Gambetta और उनके सहयोगियों ने आईबीएम में इस्तेमाल किया semicubical मशीन के लिए सही मॉडलिंग की संरचना के beryllium hydride. से मिलकर केवल तीन परमाणुओं, इस अणु के सबसे जटिल है सब किया गया था, जो नकली का उपयोग के साथ एक क्वांटम प्रणाली है । अंत में, वैज्ञानिकों में सक्षम हो जाएगा का उपयोग करने के लिए क्वांटम कंप्यूटर के डिजाइन के लिए कुशल सौर कोशिकाओं, दवाओं या उत्प्रेरक है कि में धूप कन्वर्ट स्वच्छ ईंधन है.

इन लक्ष्यों रहे हैं, जाहिर है, अभी भी अकल्पनीय दूर है । लेकिन, कहते हैं Gambetta, मूल्यवान परिणामों से प्राप्त किया जा सकता बनती क्वांटम और शास्त्रीय कंप्यूटर.

के लिए भौतिकी का सपना है, इंजीनियर का सपना

"के प्रचार के लिए जोर दे रहा है के बारे में जागरूकता है कि क्वांटम कंप्यूटिंग वास्तविक है," कहते हैं इसहाक चुआंग में एक प्रोफेसर, एमआईटी. "यह नहीं है सपना भौतिकी के एक बुरा सपना है के इंजीनियर".

चुआन के विकास के नेतृत्व में पहली क्वांटम कंप्यूटर काम कर रहा है, पर में आईबीएम अल्माडेन, कैलिफोर्निया में देर से 1990 के दशक – जल्दी 2000-ies में । हालांकि वह अब काम करता है के लिए उन्हें, उन्होंने यह भी मानना है कि हम कर रहे हैं की शुरुआत में कुछ बहुत बड़े और है कि क्वांटम कंप्यूटिंग अंततः एक भूमिका निभाने के विकास में कृत्रिम बुद्धि ।

उन्होंने यह भी संदेह है कि क्रांति नहीं शुरू हो जाएगा जब तक एक नई पीढ़ी के छात्रों और हैकर्स के लिए शुरू खेलने व्यावहारिक मशीन. क्वांटम कंप्यूटर की आवश्यकता होती है न केवल विभिन्न प्रोग्रामिंग भाषाओं, लेकिन यह भी एक मौलिक अलग तरह की सोच के बारे में प्रोग्रामिंग. के रूप में Gambetta कहते हैं, "हम वास्तव में नहीं पता है क्या के बराबर "हैलो दुनिया" पर एक क्वांटम कंप्यूटर।"

लेकिन हम शुरू कर रहे हैं के लिए देखो. 2016 में, आईबीएम में शामिल हो गए एक छोटे से क्वांटम कंप्यूटर के बादल के साथ है. उपकरण का उपयोग कर प्रोग्रामिंग के लिए QISKit, आप कर सकते हैं चलाने के लिए एक साधारण प्रोग्राम है;लोगों के हजारों से, शिक्षाविदों, छात्रों के लिए बनाया है करने के लिए कार्यक्रमों QISKit संभाल कि सरल क्वांटम एल्गोरिदम. अब गूगल और अन्य कंपनियों को भी कर रहे हैं की कोशिश कर प्राप्त करने के लिए क्वांटम कंप्यूटर ऑनलाइन. वे ज्यादा कुछ नहीं कर सके, लेकिन लोगों को देने का अवसर अनुभव करने के लिए क्या एक क्वांटम अभिकलन.