लगभग 80 साल पहले, दुनिया युद्ध में थी। गोपनीयता के आवरण में ब्रिटेन, जर्मनी और अमेरिका के वैज्ञानिक पहला इलेक्ट्रॉनिक कंप्यूटर बना रहे थे। इन कंप्यूटरों ने कमरे भर दिए, बड़ी मात्रा में बिजली की मांग की और पहले से असंभव गणनाओं को सक्षम किया। इसमें शामिल कुछ लोगों ने कल्पना की होगी कि दशकों बाद, अधिक शक्तिशाली परिमाण के कंप्यूटर एक बैकपैक में फिट होंगे – फिर भी वास्तव में यही हुआ।
तो, जैसा कि हम वास्तव में उपयोगी की दहलीज पर बैठते हैं क्वांटम कम्प्यूटिंगक्या हम कभी क्वांटम लैपटॉप देख सकते हैं? “मुझे लगता है यह संभव है,” मारियो जेलीऑक्सफोर्ड विश्वविद्यालय के क्वांटम कंप्यूटिंग शोधकर्ता ने लाइव साइंस को बताया। “यह अत्यधिक अटकलबाजी है, लेकिन मैं एक बुनियादी कारण के बारे में नहीं सोच सकता कि क्वांटम लैपटॉप क्यों संभव नहीं होगा।”
यहां कुछ चरण दिए गए हैं जिनकी वहां पहुंचने के लिए आवश्यकता होगी।
क्वबिट संख्या को बढ़ाना
इससे पहले कि वैज्ञानिक क्वांटम लैपटॉप बना सकें, उन्हें एक उपयोगी क्वांटम कंप्यूटर बनाने की आवश्यकता है। कितने पर सवाल बरकरार qubits – डिजिटल बिट्स के क्वांटम समतुल्य – वास्तव में उपयोगी क्वांटम कंप्यूटर बनाने के लिए आवश्यक हैं, या एक ऐसा कंप्यूटर जो कई उपयोगी, वास्तविक दुनिया की समस्याओं को हल कर सकता है जो अभी भी मौजूद नहीं हैं सर्वोत्तम सुपरक्लासिकल कंप्यूटर. लेकिन यह निश्चित रूप से वर्तमान संभव से अधिक है।
स्टीफन बार्टलेटसैद्धांतिक क्वांटम भौतिक विज्ञानी और सिडनी विश्वविद्यालय के नैनो इंस्टीट्यूट के निदेशक का मानना है कि हम इस दशक के अंत तक वास्तव में उपयोगी क्वांटम कंप्यूटर देख सकते हैं। बार्टलेट ने लाइव साइंस को बताया, “खुली वैज्ञानिक चुनौतियों का एक समूह है, जो उस मार्ग को थोड़ा अस्पष्ट बनाता है, लेकिन हम करीब आ रहे हैं।”
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उदाहरण के लिए, नव विकसित क्वांटम चार्ज-युग्मित डिवाइस (क्यूसीसीडी) आर्किटेक्चर इसका उपयोग एक-आयामी के बजाय क्वैबिट के दो-आयामी सरणी बनाने के लिए किया जा सकता है – जो कि क्वैबिट के घनत्व और संभावित रूप से संख्या को बढ़ाएगा।
क्वांटम कंप्यूटरों में त्रुटियों को कम करना
लेकिन स्केलिंग एक लघु क्वांटम कंप्यूटर के निर्माण में एक और चुनौती लाती है: त्रुटियों को ठीक करना, या “शोर”। बार्टलेट ने कहा, “हमारे मौजूदा क्वांटम घटक शोर करते हैं, इसलिए हमें त्रुटि सुधार की आवश्यकता है, और इसके लिए बड़ी मात्रा में अतिरेक की आवश्यकता होती है।” वैज्ञानिकों को क्वांटम कंप्यूटरों में या तो त्रुटियों को कम करने या त्रुटि सुधार का निर्माण करने की आवश्यकता है, और इसके लिए और भी अधिक क्यूबिट की आवश्यकता है। कई वैज्ञानिक इस समस्या को सुलझाने की कोशिश कर रहे हैं।
उदाहरण के लिए, ए दिसंबर 2023 अध्ययन “लॉजिकल क्वैबिट” के साथ क्वांटम कंप्यूटर बनाकर त्रुटियों को कम करने का प्रयास किया गया। में दूसरा पेपरअप्रैल 2024 में प्रकाशित, वैज्ञानिकों ने एक नए प्रकार का क्वबिट डिज़ाइन किया जो त्रुटि-सुधार करने वाले तार्किक क्वबिट की तरह व्यवहार करता है। कुछ वैज्ञानिकों ने फोटॉनों (प्रकाश कणों) को क्वैबिट के रूप में उपयोग करने का भी प्रस्ताव दिया है, जिसमें शामिल हैं एक और अध्ययन जिसमें लेज़र पल्स का उपयोग किया गया। जर्मनी में मेनज़ के जोहान्स गुटेनबर्ग विश्वविद्यालय में सैद्धांतिक क्वांटम ऑप्टिक्स के प्रोफेसर और अध्ययन के सह-लेखक पीटर वैन लॉक के अनुसार, इस दृष्टिकोण में “त्रुटियों को ठीक करने की अंतर्निहित क्षमता” है।
इसलिए, यदि एक या दो दशक के भीतर, शक्तिशाली और उपयोगी क्वांटम कंप्यूटर मौजूद हो जाते हैं, तो अगला कदम लघुकरण होगा।
विभिन्न प्रकार के क्वैबिट चुनना
लेकिन वास्तव में छोटा होने के लिए, क्वांटम कंप्यूटरों को वर्तमान में लोकप्रिय की तुलना में एक अलग प्रकार के क्वबिट पर ध्यान केंद्रित करने की आवश्यकता हो सकती है। आज के कुछ सबसे उन्नत क्वांटम कंप्यूटर – जैसे कि IBM और Google द्वारा बनाए गए – पर भरोसा करते हैं क्वांटम प्रसंस्करण इकाइयाँ सुपरकंडक्टिंग क्वैबिट से भरा हुआ। लेकिन पहला क्वांटम लैपटॉप संभवतः इस तकनीक का उपयोग नहीं करेगा।
ऐसा इसलिए है, क्योंकि उनकी प्रकृति के अनुसार, सुपरकंडक्टिंग क्वैबिट को ऊपर के एक अंश तक ठंडा किया जाना चाहिए परम शून्य – लगभग 20 मिलीकेल्विन – और इसके लिए एक कमरे को तनुकरण रेफ्रिजरेटर से भरने की आवश्यकता होती है। और आईबीएम जैसी कंपनियां इस आकार की बाधा से बचने की कोशिश नहीं कर रही हैं। उदाहरण के लिए, आईबीएम का वर्तमान क्वांटम कंप्यूटिंग रोडमैप ऐसे लक्ष्य निर्धारित किए गए हैं जिनमें 2033 तक 2,000-क्यूबिट क्वांटम कंप्यूटर शामिल है – जो एक के बजाय कई कमरों को भर देगा।
बार्टलेट और गेली ने बताया कि क्वांटम लैपटॉप फंसे हुए आयन क्वैबिट, आवेशित कणों पर निर्भर हो सकते हैं जो एक साथ कई अवस्थाओं में मौजूद होते हैं और जिन्हें विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रों का उपयोग करके निलंबित कर दिया जाता है। हालाँकि फंसे हुए आयन सिस्टम कमरे के तापमान पर काम करते हैं और कमरे के आकार के रेफ्रिजरेटर पर निर्भर नहीं होते हैं, लेकिन वे जिन लेजर का उपयोग करते हैं वे विशाल हैं।
“फिलहाल, हमारा लेजर सिस्टम लगभग एक घन मीटर में व्याप्त है [35 cubic feet],” गेली ने कहा। “अगर हम मानते हैं कि आयन जाल भविष्य हैं, तो हमें लेजर को छोटा करने की आवश्यकता है।”
और लेज़रों को न केवल सिकुड़ना चाहिए बल्कि और अधिक उन्नत भी होना चाहिए। वर्तमान प्रणालियाँ 100 आयनों को बाधित करने के लिए तैयार हैं। गेली ने कहा, “लेजर उपकरण की इस मात्रा से आप कितने क्यूबिट को नियंत्रित कर सकते हैं यह स्पष्ट नहीं है।” “आप आज की तुलना में अधिक क्यूबिट को नियंत्रित कर सकते हैं, लेकिन निश्चित रूप से पूर्ण विकसित क्वांटम कंप्यूटर के लाखों क्यूबिट को नहीं।”
हालाँकि, हाल की दो प्रगतियाँ लघुकरण में मदद कर सकती हैं। सबसे पहले, भविष्य के QCCDs क्वबिट घनत्व को बढ़ाकर लघुकरण में सहायता कर सकते हैं। दूसरा, जुलाई में स्टैनफोर्ड के शोधकर्ताओं ने बनाया टाइटेनियम-नीलम लेज़र जो 10,000 गुना छोटे हैं उनकी तुलना में जिन्हें वे प्रतिस्थापित करते हैं।
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लघुकरण के प्रयास तेज होंगे
फिलहाल वैज्ञानिकों का ध्यान क्वांटम कंप्यूटरों को छोटा करने पर नहीं बल्कि उन्हें अधिक शक्तिशाली बनाने पर है। बार्टलेट ने कहा, “इस समय लघुकरण की इच्छा प्रदर्शन की इच्छा जितनी मजबूत नहीं है, और यह पारंपरिक कंप्यूटर के शुरुआती दिनों की नकल करता है जब हमारे पास मेनफ्रेम थे।” “लोगों ने सोचा कि सबसे शक्तिशाली कंप्यूटर एक इमारत के लिए उपयुक्त हैं। और आप जानते हैं, कोई भी गंभीरता से इसे अपने बैकपैक में ले जाने पर विचार क्यों करेगा?”
कंप्यूटर का इतिहास सुझाव है कि क्वांटम कंप्यूटर उपभोक्ताओं के लिए स्थानांतरित होने से पहले औद्योगिक, सैन्य और सरकारी अनुप्रयोगों के लिए शुरू किए जाएंगे। अपोक्रिफ़ल 1943 का उद्धरण थॉमस वॉटसन सीनियर यह बात दिमाग में आती है कि “शायद पाँच कंप्यूटरों के लिए एक विश्व बाज़ार होगा”।
बेशक, पीसी और लैपटॉप का विश्व बाजार बहुत बड़ा है, तो क्या क्वांटम पीसी और लैपटॉप की मांग में कभी भी इसी तरह का विस्फोट हो सकता है? बार्टलेट ने कहा, “मेरी क्वांटम कंप्यूटिंग कक्षाओं में मुझे हमेशा यह सवाल मिलता है कि, 'मैं क्वांटम कंप्यूटर पर डूम कब खेल सकता हूं?'” “लेकिन आप ऐसा क्यों करना चाहेंगे जब आप आज अपने कंप्यूटर पर डूम को पूरी तरह से अच्छी तरह से खेल सकते हैं?”
इसके बजाय, बार्टलेट ने सुझाव दिया कि “क्वांटम व्यक्तिगत ऐप्स जैसे वित्त या सूचना सुरक्षा से संबंधित कुछ विशिष्ट ऐप्स” हो सकते हैं – लेकिन सच्चाई यह है, कोई नहीं जानता। गेली ने क्लासिकल प्रोसेसर के साथ बैठकर क्वांटम प्रोसेसर का वैकल्पिक सुझाव दिया। गेली ने कहा, “ऐसा हो सकता है कि आपके पास एक ग्राफिक्स कार्ड हो, लेकिन यह केवल कुछ कार्यों के लिए ही उपयोगी होगा।”
यह अभी तक स्पष्ट नहीं है कि क्वांटम लैपटॉप उपभोक्ताओं के लिए उपयोगी होंगे या नहीं। विशेषज्ञ उच्च स्तर के विश्वास के साथ कह सकते हैं कि सभी हार्डवेयर बाधाओं – क्वैबिट की संख्या को बढ़ाना, त्रुटियों को ठीक करना और घटकों को छोटा करना – को दूर किया जा सकता है। और फिर भी, भविष्य का क्वांटम लैपटॉप संभवतः डूम नहीं चलाएगा।
