कैसे बंद हम कर रहे हैं बनाने के लिए एक क्वांटम कंप्यूटर है?

इस दौड़ में पूरे जोरों पर है. दुनिया की अग्रणी कंपनियों की कोशिश कर रहे हैं बनाने के लिए पहली क्वांटम कंप्यूटर, जो प्रौद्योगिकी पर आधारित है, लंबे समय से वादा करने के लिए वैज्ञानिकों के विकास में सहायता अद्भुत नई सामग्री, आदर्श डेटा एन्क्रिप्शन और सही भविष्यवाणी में परिवर्तन पृथ्वी की जलवायु में. इस तरह के कार से पहले नहीं दिखाई देगा दस साल है, लेकिन है कि नहीं रोक आईबीएम, माइक्रोसॉफ्ट, गूगल, इंटेल, और दूसरों । सचमुच में वे बाहर रखना टुकड़ा के क्वांटम बिट या qubits – प्रोसेसर पर चिप. लेकिन पथ के लिए क्वांटम कंप्यूटिंग में शामिल हैं की तुलना में बहुत अधिक के हेरफेर subatomic कणों.

Qubit का प्रतिनिधित्व कर सकते हैं 0 और 1, एक साथ के कारण अद्वितीय क्वांटम घटना के superposition है. यह अनुमति देता है qubits पकड़ करने के लिए की एक बड़ी संख्या की गणना, एक बार में काफी वृद्धि कम्प्यूटेशनल गति और क्षमता है । लेकिन वहाँ रहे हैं अलग अलग प्रकार के qubits, उनमें से नहीं सभी समान बनाया जाता है. में प्रोग्राम सिलिकॉन क्वांटम चिप, उदाहरण के लिए, एक बिट मान (1 या 0) द्वारा निर्धारित किया जाता है के रोटेशन की दिशा इलेक्ट्रॉन. हालांकि, qubits कर रहे हैं अत्यंत नाजुक है, और कुछ की जरूरत है एक के तापमान पर 20 millikelvin – 250 बार की तुलना में ठंडा गहरे अंतरिक्ष करने के क्रम में स्थिर रहेगा.

<पी>बेशक, एक क्वांटम कंप्यूटर के प्रोसेसर है । इन नई पीढ़ी प्रणालियों की आवश्यकता होगी नए एल्गोरिदम, नए सॉफ्टवेयर, और लिंक का एक गुच्छा का आविष्कार अभी तक नहीं प्रौद्योगिकियों से लाभ, भारी कम्प्यूटेशनल शक्ति है । इसके अलावा, गणना के परिणाम की आवश्यकता होगी किया जा करने के लिए कहीं संग्रहीत.

"यदि यह नहीं किया गया था इतना कठिन है, तो हम एक बना दिया है," कहते हैं, जिम क्लार्क के निदेशक क्वांटम हार्डवेयर में इंटेल लैब्स. CES में इस साल, इंटेल की शुरुआत की 49-kubicova प्रोसेसर कूट उलझन झील है । कुछ साल पहले, कंपनी बनाई गई एक आभासी पर्यावरण के परीक्षण के लिए क्वांटम; यह का उपयोग करता है शक्तिशाली सुपर कंप्यूटर भगदड़ (टेक्सास विश्वविद्यालय) अनुकरण करने के लिए 42-cubatobaco प्रोसेसर है । हालांकि, के लिए सच में समझ में कैसे करने के लिए सॉफ्टवेयर लिखने के लिए क्वांटम कंप्यूटर, हम की जरूरत है अनुकरण करने के लिए सैकड़ों या भी हजारों के qubits, क्लार्क कहते हैं.

अमेरिकी वैज्ञानिक लिया क्लार्क के साक्षात्कार जिसमें उन्होंने बात की थी के बारे में अलग अलग दृष्टिकोण बनाने के लिए क्वांटम कंप्यूटर में है, क्यों वे इतना कमजोर कर रहे हैं और क्यों इस पूरी बात को इतना समय लगता है. आप रुचि हो जाएगा.

क्या है क्वांटम कंप्यूटिंग से अलग पारंपरिक?

एक आम रूपक इस्तेमाल किया जाता है कि तुलना करने के लिए दो प्रकार की गणना — एक सिक्का है. एक पारंपरिक कंप्यूटर प्रोसेसर है ट्रांजिस्टर या तो "सिर" या "पूंछ". लेकिन अगर आप से पूछना जो पक्ष का सिक्का लग रहा है जब कताई, आप होगा का कहना है कि जवाब हो सकता है दोनों. तो व्यवस्था की क्वांटम अभिकलन. इसके बजाय हमेशा की तरह बिट्स का प्रतिनिधित्व करते हैं कि 0 या 1, आप एक क्वांटम बिट है कि दोनों में 0 और 1 के रूप में लंबे समय के रूप में qubit नहीं होगा कताई बंद करो और आराम करने के लिए आ.

राज्य अंतरिक्ष – या सॉर्ट करने की क्षमता के माध्यम से एक बड़ा संभव संयोजनों की संख्या के मामले में – एक क्वांटम कंप्यूटर के तेजी से. कल्पना है कि मैं मेरे हाथ में दो सिक्के और मैं उन्हें हवा में टॉस एक ही समय में. वे स्पिन के रूप में, वे प्रतिनिधित्व करते हैं, चार संभव राज्यों. अगर मैं टॉस तीन सिक्के, हवा में वे प्रतिनिधित्व करेंगे संभव आठ राज्यों. अगर मैं हवा में फेंक दिया पचास सिक्के और आप से पूछना होगा कैसे कई राज्यों में वे प्रतिनिधित्व करते हैं, जवाब है कि एक नंबर, गणना नहीं कर सकते यहां तक कि सबसे शक्तिशाली सुपर कंप्यूटर दुनिया में. तीन सौ सिक्के कर रहे हैं अभी भी एक अपेक्षाकृत छोटी संख्या ले जाएगा और अधिक अमेरिका की तुलना में परमाणु ब्रह्मांड में.

क्यों qubits इतना कमजोर कर रहे हैं?

वास्तविकता यह है कि सिक्के या qubits, अंत में बंद हो जाता है कताई, और क्वांटा के पतन के अंधेरे में एक निश्चित राज्य में, यह सिर या पूंछ है । लक्ष्य क्वांटम कंप्यूटिंग की है बनाए रखने के लिए अपने रोटेशन में एक superposition के सेट राज्यों के एक लंबे समय के लिए. कल्पना कीजिए कि मेरी मेज पर एक सिक्का कताई और किसी को प्रेरित कर रहा है । सिक्का गिर सकता है तेजी से. शोर, तापमान में परिवर्तन, बिजली उतार चढ़ाव या कंपन कर सकते हैं सभी के साथ हस्तक्षेप qubit और नेतृत्व करने के लिए अपने डेटा की हानि है. तरीकों में से एक को स्थिर करने के लिए qubits के कुछ प्रकार है के लिए उन्हें रखने के लिए ठंडा है. हमारे qubits में काम कर रहे हैं फ्रिज के आकार का प्रति बैरल है 55 गैलन का उपयोग करें और एक विशेष आइसोटोप की हीलियम के लिए ठंडा करने के लिए एक तापमान के लगभग पूर्ण शून्य है ।

विभिन्न प्रकार के qubits अलग है?

वहाँ रहे हैं कम से कम छह या सात अलग-अलग प्रकार के qubits, और के बारे में तीन या चार उनमें से सक्रिय रूप से माना जाता है के लिए क्वांटम कंप्यूटर । अंतर है, में हेरफेर करने के लिए कैसे qubits और उन्हें एक दूसरे के साथ बातचीत. की जरूरत करने के लिए दो qubit भेजी एक दूसरे के साथ बाहर ले जाने के लिए बड़े "जटिल" गणना, और विभिन्न प्रकार के qubits उलझ रहे हैं अलग अलग तरीकों से. मैं वर्णित एक प्रकार की आवश्यकता है कि आपातकालीन कूलिंग कहा जाता है, एक अतिचालक प्रणाली भी शामिल है कि एक प्रोसेसर उलझन झील, और क्वांटम कंप्यूटर द्वारा निर्मित गूगल, आईबीएम और दूसरों. अन्य दृष्टिकोण का उपयोग oscillating आरोप में पकड़ा आयनों के साथ जगह में आयोजित एक निर्वात चैम्बर के साथ लेजर बीम की भूमिका निभाते हैं जो qubits. इंटेल विकसित प्रणालियों के साथ फंस आयनों, क्योंकि यह गहरा ज्ञान लेजर और प्रकाशिकी के साथ, हम यह नहीं कर सकता.

हालांकि, हम अध्ययन एक तीसरे प्रकार कहा जाता है, जो सिलिकॉन स्पिन qubits. वे देखो की तरह सिर्फ पारंपरिक सिलिकॉन ट्रांजिस्टर, लेकिन काम पर एक एकल इलेक्ट्रॉन.स्पिन qubits माइक्रोवेव का उपयोग कर दालों को नियंत्रित करने के लिए स्पिन इलेक्ट्रॉन की है और इसकी रिलीज क्वांटम के बल. आज इस तकनीक में कम है, की तुलना में प्रौद्योगिकी के अतिचालक qubits, हालांकि, हो सकता है और अधिक होने की संभावना पैमाने पर करने के लिए और बनने के लिए व्यावसायिक रूप से सफल है.

प्राप्त करने के लिए कैसे इस बात के लिए दूर है?

पहला कदम बनाने के लिए है इन क्वांटम चिप्स. एक ही समय में, हम एक सिमुलेशन का आयोजन किया पर एक सुपर कंप्यूटर है. को चलाने के लिए एक क्वांटम सिम्युलेटर के लिए इंटेल के लिए, हम के बारे में पांच खरब ट्रांजिस्टर मॉडलिंग के लिए 42 qubits. को प्राप्त करने के लिए वाणिज्यिक तक पहुँचने के लिए एक लाख के बारे में qubits या अधिक है, लेकिन शुरू करने के साथ एक सिम्युलेटर इस तरह, आप का निर्माण कर सकते हैं बुनियादी वास्तुकला, compilers और एल्गोरिदम है । जब तक हम पाते हैं कुछ शारीरिक प्रणाली में शामिल होगा कि के लिए कई सौ से हजारों की qubits, यह स्पष्ट नहीं है क्या सॉफ्टवेयर की तरह हम करने में सक्षम हो जाएगा चलाते हैं. वहाँ दो तरीके हैं का आकार बढ़ाने के लिए इस तरह की एक प्रणाली है: एक को जोड़ने के लिए और अधिक qubits की आवश्यकता होगी, जो अधिक शारीरिक अंतरिक्ष. समस्या यह है कि यदि हमारा लक्ष्य है बनाने के लिए कंप्यूटर में एक लाख qubits, गणित अनुमति नहीं दी जाएगी करने के लिए उन्हें ठीक से पैमाने. एक और तरीका है, हटना करने के लिए अंदर के आयाम एकीकृत सर्किट, लेकिन इस तरह के एक दृष्टिकोण की आवश्यकता होगी एक अतिचालक प्रणाली है, और यह करने की जरूरत है । स्पिन qubits में एक लाख से अधिक बार कम है, इसलिए हम अन्य समाधान की तलाश है.

इसके अलावा, हम चाहते हैं कि गुणवत्ता में सुधार के लिए qubits में मदद करेगा कि परीक्षण करने के लिए हमारे एल्गोरिदम और बनाने के लिए हमारी प्रणाली है । गुणवत्ता के लिए संदर्भित करता है परिशुद्धता के साथ जो जानकारी प्रेषित किया जाता है समय के साथ. हालांकि कई हिस्सों प्रणाली की गुणवत्ता में सुधार होगा, सबसे बड़ा लाभ हासिल हो जाएगा के विकास के माध्यम से नई सामग्री और सुधार की सटीकता माइक्रोवेव दालों और अन्य इलेक्ट्रॉनिक्स.

हाल ही में, पर उपसमिति डिजिटल व्यापार और उपभोक्ता संरक्षण संयुक्त राज्य अमेरिका में आयोजित की सुनवाई के बारे में क्वांटम कंप्यूटिंग. क्या विधायकों चाहते हैं पता करने के लिए इस तकनीक के बारे में?

वहाँ रहे हैं कई सुनवाई की विभिन्न समितियों. यदि आप क्वांटम गणना, हम कह सकते हैं कि यह कंप्यूटिंग के अगले 100 साल. के लिए संयुक्त राज्य अमेरिका और अन्य देशों की सरकारों काफी स्वाभाविक रूप से रुचि हो जाएगा में अपने अवसर. यूरोपीय संघ के लिए एक योजना है डॉलर के अरबों के लिए धन में क्वांटम अनुसंधान यूरोप भर में. पिछले गिरावट, चीन की घोषणा के लिए एक अनुसंधान का आधार के लिए 10 अरब डॉलर है, जो होगा पर ध्यान केंद्रित क्वांटम सूचना विज्ञान. सवाल यह है की तुलना में: हम क्या कर सकते हैं एक देश के रूप में राष्ट्रीय स्तर पर? राष्ट्रीय रणनीति के लिए क्वांटम संगणना के द्वारा चलाई जानी चाहिए विश्वविद्यालयों, सरकारों और उद्योग को एक साथ काम करने के विभिन्न पहलुओं पर प्रौद्योगिकी. मानकों कर रहे हैं, निश्चित रूप से आवश्यक से देखने के बिंदु के संचार या सॉफ्टवेयर वास्तुकला. श्रम बल भी एक समस्या है । अब, अगर मैं खुला रिक्ति के विशेषज्ञ क्वांटम कंप्यूटिंग पर दो-तिहाई के आवेदकों की संभावना हो करने के लिए अमेरिका के बाहर से है ।

का प्रभाव क्या है क्वांटम कंप्यूटिंग के विकास पर कृत्रिम बुद्धि है?

एक नियम के रूप में, पहली प्रस्तावित क्वांटम एल्गोरिदम के लिए समर्पित किया जाएगा सुरक्षा (उदाहरण के लिए, क्रिप्टोग्राफिक) या रसायन विज्ञान और मॉडलिंग के लिए सामग्री. इस समस्याओं कर रहे हैं कि मूलरूप में असभ्य के लिए पारंपरिक कंप्यूटर. फिर भी, वहाँ के बहुत सारे हैं startups और समूहों के साथ काम कर रहे वैज्ञानिकों पर मशीन सीखने और एअर इंडिया की शुरूआत के साथ क्वांटम कंप्यूटर, यहां तक कि सैद्धांतिक. समय सीमा को देखते हुए आवश्यक विकसित करने के लिए एअर इंडिया, मैं उम्मीद कर सकता पारंपरिक चिप्स, विशेष रूप से अनुकूलित एल्गोरिदम के लिए एअर इंडिया, जो, बारी में, को प्रभावित करेगा विकास की एक क्वांटम चिप है । किसी भी मामले में, ऐ निश्चित रूप से एक को बढ़ावा देने से क्वांटम कंप्यूटिंग.

जब हम देखते हैं कि काम क्वांटम कंप्यूटर को हल करेंगे के लिए एक वास्तविक समस्या है?

पहला ट्रांजिस्टर बनाया गया था 1947 में. पहला एकीकृत परिपथ में 1958. पहली माइक्रोप्रोसेसर इंटेल जिसमें लगभग 2,500 ट्रांजिस्टर – प्रकाश में आया केवल 1971 में. प्रत्येक के इन मील के पत्थर में विभाजित किया गया था एक दशक से भी अधिक है । लोगों को लगता है कि क्वांटम कंप्यूटर पहले से ही कोने के आसपास है, लेकिन इतिहास से पता चलता है कि किसी भी उपलब्धियों के लिए समय की आवश्यकता है । अगर 10 साल में हम क्वांटम कंप्यूटर पर कुछ हजार qubits के साथ, यह निश्चित रूप से जा रहा करने के लिए दुनिया को बदलने की तरह सिर्फ यह बदल गया है, पहली माइक्रोप्रोसेसर.