एक क्वांटम भविष्य के लिए एक क्विट फिट बनाना

विशेष रूप से, व्यक्तिगत प्राथमिक कणों में एन्कोड की गई जानकारी के बजाय, टीम क्वबिट्स पर केंद्रित है जो इसी जानकारी को जिस तरह से स्थानिक रूप से उन्मुख करती है, उसमें इसी जानकारी को पकड़ती है – जिसे एक टोपोलॉजिकल क्विट के रूप में जाना जाता है।

यह वैकल्पिक दृष्टिकोण एक सुपरकोल्ड इलेक्ट्रॉन तरल के चारों ओर चार्ज में हेरफेर करने के लिए विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रों का उपयोग करता है, जो कि टोपोलॉजिकल राज्यों के बीच स्विच करने के लिए क्वबिट्स को ट्रिगर करता है और लंबे समय तक उन्हें जगह में बंद कर देता है।

यह स्वाभाविक रूप से अधिक स्थिर है, परिणामस्वरूप, एग्लस्टन बताते हैं। “हमारे पास ये इलेक्ट्रॉन हैं, और वे एक विमान में, एक राज्य में बैठे हैं। अगर मैं उन्हें एक -दूसरे के चारों ओर ले जाता हूं, तो वे अब एक अलग स्थिति में हैं। लेकिन यह वास्तव में गलती से करना मुश्किल है, यह बेतरतीब ढंग से नहीं होता है। और इसलिए यह आपको एक स्थिर प्रणाली बनाने की अनुमति देता है जिसे आप नियंत्रित कर सकते हैं।”

वास्तव में, जबकि मौजूदा क्वबिट्स में मिलीसेकंड का जीवनकाल है, टोपोलॉजिकल क्वबिट्स के लिए यह कई दिनों हो सकता है, वह कहते हैं। “यह अविश्वसनीय रूप से स्थिर है। कई, परिमाण के कई आदेश अधिक स्थिर हैं।”

कुछ विज्ञान जो टोपोलॉजिकल क्विट को कम करता है, दशकों से पीछे है। 1998 में बेल लैब्स के वैज्ञानिकों डैनियल त्सुई और होर्स्ट स्टॉमर को छह साल पहले एक काउंटरिंटुएटिव फिजिकल फेनोमेनन के छह साल पहले उनकी खोज के लिए नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया था, जिसे बाद में फ्रैक्शनल क्वांटम हॉल (एफक्यूएच) प्रभाव करार दिया गया। FQH ने संदर्भित किया कि कैसे इलेक्ट्रॉनों को मजबूत चुंबकीय क्षेत्रों के तहत हेरफेर किया जाता है और बहुत कम तापमान पर मामले की नई अवस्थाएं बना सकते हैं। इन राज्यों को लगभग 40 साल बाद टोपोलॉजिकल क्वबिट्स का आधार बनाने के लिए लाभ उठाया जा रहा है।

लेकिन इतने सारे तरीकों से, एक टोपोलॉजिकल क्विट की ओर धक्का ने वैज्ञानिकों को अज्ञात क्षेत्र में मजबूती से रखा है। “प्रौद्योगिकी का विकास निराशाजनक हो सकता है क्योंकि पहले किसी ने ऐसा नहीं किया है,” एग्लस्टन मानते हैं। “यह पूरी तरह से खुला आकाश है। हम अक्सर सिद्धांतकारों से आगे हैं।”

“किसी ने भी वास्तव में नहीं दिखाया कि आप टोपोलॉजिकल स्थिति को नियंत्रित कर सकते हैं और इसे चालू और बंद कर सकते हैं। और यही हम इस वर्ष प्रदर्शित करना चाहते हैं। यही कारण है कि हमारी प्रयोगशाला में वैज्ञानिक हम बोल रहे हैं जैसा कि हम बोलते हैं।”

माइकल एग्लस्टन, रिसर्च ग्रुप लीडर, नोकिया बेल लैब्स

यही कारण है कि नोकिया बेल लैब्स टीम ने अक्सर मैदान को आगे बढ़ाने के लिए प्रतियोगिता के साथ सहयोग से काम किया है। अधिकांश शुरुआती शोधों ने उन्हें Microsoft के साथ मिलकर काम करते हुए देखा, उदाहरण के लिए। लेकिन वे यह भी उम्मीद कर रहे हैं कि 2025 उस वर्ष को चिह्नित करेगा जो उनके शोध को अलग करता है।

आने वाले महीनों में, नोकिया बेल लैब्स की टीम को पहली बार क्विट को नियंत्रित करने की अपनी क्षमता का प्रदर्शन करने की उम्मीद है, जानबूझकर इसे बढ़ाया स्थिरता और त्रुटियों के खिलाफ लचीलापन प्रदान करने के लिए इसे स्थानांतरित किया।

“यह एक पहले होगा,” एग्लस्टन कहते हैं। “किसी ने भी वास्तव में नहीं दिखाया कि आप टोपोलॉजिकल स्थिति को नियंत्रित कर सकते हैं और इसे चालू और बंद कर सकते हैं। और यही हम इस वर्ष प्रदर्शित करना चाहते हैं। यही कारण है कि हमारी प्रयोगशाला में वैज्ञानिक हम बोल रहे हैं जैसा कि हम बोलते हैं।”

“तब अगले साल, हम क्वांटम गेटिंग संचालन को दिखाने के लिए उस पर निर्माण करेंगे, जिसे आपको एक क्वांटम कंप्यूटर बनाने की आवश्यकता होगी,” एग्लस्टन कहते हैं।

यद्यपि सफलता एक पूर्ण पैमाने पर, दोष-सहिष्णु क्वांटम कंप्यूटर के लिए समयरेखा को छोटा नहीं कर सकती है, यह क्वांटम कंप्यूटरों के पैमाने और दायरे को बदल देगा।

टोपोलॉजिकल क्वबिट्स भविष्य की क्षमता को अनलॉक कर सकता है जिसने क्वांटम की गणना को वर्षों से वैज्ञानिक आकर्षण के विषय में बनाया है।

बहु-अरब-डॉलर की मशीनों के बजाय, जो संभावित कार्यक्षमता का एक मात्र अंश देने के लिए पूरी इमारतों पर कब्जा कर लेती हैं, टोपोलॉजिकल क्वबिट्स दोनों सूक्ष्म और वैश्विक स्तरों पर अरबों के अरबों के साथ बेहद जटिल अनुकूलन कार्यों और सिमुलेशन समस्याओं से निपटने में सक्षम अधिक कुशल मशीनों के लिए मार्ग प्रशस्त कर सकते हैं।

संक्षेप में, वे भविष्य की क्षमता को अनलॉक कर सकते हैं जिसने क्वांटम की गणना को वर्षों से वैज्ञानिक आकर्षण का विषय बना दिया है।

रसायन विज्ञान में उनके आवेदन के बारे में सोचें, एग्लस्टन को इंगित करें, एक ऐसा क्षेत्र जिसमें परीक्षण और त्रुटि भौतिक रूप से प्रगति को धीमा कर देती है। “आपके पास ऐसे रसायन हैं जहां यह समझना असंभव है कि वे एक -दूसरे के साथ कैसे बांधते हैं और इंटरफ़ेस करते हैं, और इसलिए टीमें संश्लेषित करती हैं, परीक्षण करती हैं, और देखते हैं कि क्या काम करता है और क्या नहीं,” वे बताते हैं।

“लेकिन जब कोई एक पुल डिजाइन करता है, तो वे सिर्फ एक गुच्छा का निर्माण नहीं करते हैं और देखते हैं कि कौन सा नीचे गिरता है। इसके बजाय हमारे पास ऐसे उपकरण हैं जो आपको इन विशाल संरचनाओं के यांत्रिकी का अनुकरण करने की अनुमति देते हैं, उनका परीक्षण करते हैं, और कुछ भी बनाने से पहले उन्हें अनुकूलित करते हैं। यह वही है जो मैं क्वांटम कम्प्यूटिंग केमिस्ट्री फील्ड के लिए पेशकश करने में सक्षम हूं,” एग्लस्टन कहते हैं।

इस तरह की सफलता भी लाइफसेविंग दवाओं के डिजाइन और विकास को बदल सकती है, क्वांटम कंप्यूटरों के साथ नए चिकित्सीय यौगिकों के लिए आणविक मॉडलिंग को आगे बढ़ाने में सक्षम है और वर्तमान कम्प्यूटेशनल विधियों की तुलना में अधिक गति और जटिलता के स्तर पर।

और क्वांटम सिस्टम तेजी से अधिक जटिल आपूर्ति श्रृंखलाओं के सिमुलेशन को सक्षम कर सकते हैं, जटिल डिजिटल जुड़वाँ को क्राफ्टिंग करते हैं जो संगठनों को संचालन का अनुकूलन करने की अनुमति देते हैं। वे वैज्ञानिकों को जलवायु परिवर्तन के पाठ्यक्रम की बेहतर भविष्यवाणी करने या एयरोस्पेस में उपयोग के लिए उन्नत सामग्री विकसित करने की अनुमति दे सकते हैं। उपयोग के मामले चलते हैं।

लेकिन इससे पहले कि सभी संभावना को भौतिक किया जा सकता है, एक qubit जो कार्य के लिए है, उसे फल में आना चाहिए।

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एमआईटी प्रौद्योगिकी समीक्षा अंतर्दृष्टि द्वारा