IBM ने चार अतिचालक क्वांटम केबलों से दो 120-क्यूबिट चिप्स को जोड़ा
IBM के शोधकर्ताओं ने दो 120-क्यूबिट प्रोसेसरों के बीच चार-चैनल लिंक की जानकारी दी है, जिसमें arXiv पर प्रकाशित एक प्रीप्रिंट के अनुसार औसत अवस्था-स्थानांतरण निष्ठा 99% रही।
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IBM के शोधकर्ताओं का कहना है कि उन्होंने दो 120-क्यूबिट अतिचालक प्रोसेसरों के बीच चार-चैनल क्वांटम इंटरकनेक्ट का प्रदर्शन किया है। यह एकल बड़े डाई के बजाय कई चिप्स से बने मॉड्यूलर सिस्टम की दिशा में एक कदम है। 27 October को arXiv पर डाले गए एक अध्ययन में टीम ने मीटर-स्तरीय अतिचालक लिंकों पर औसत क्वांटम अवस्था-स्थानांतरण निष्ठा 99% और चिप-से-चिप गेट्स के लिए औसतन 94.75% निष्ठा की सूचना दी। यह काम एक प्रीप्रिंट है।
क्या घोषित किया गया
प्रीप्रिंट में IBM ने दो Nighthawk R1 प्रोसेसरों को, जिनमें प्रत्येक में 120 क्यूबिट हैं, एक क्रायोजेनिक सिस्टम के भीतर लगभग 80 centimeters लंबी चार एल्युमिनियम समाक्षीय केबलों का उपयोग करके जोड़ा। शोधकर्ताओं ने इन लिंकों का उपयोग क्वांटम अवस्थाओं को स्थानांतरित करने, अलग-अलग चिप्स पर मौजूद क्यूबिट्स के बीच ऑपरेशन करने, और दोनों प्रोसेसरों में फैला उलझाव (entanglement) उत्पन्न करने के लिए किया।
कंपनी ने इस परिणाम को अपनी जानकारी के अनुसार बड़े अतिचालक क्वांटम प्रोसेसरों के बीच बहु-चैनल क्वांटम इंटरकनेक्ट का पहला प्रदर्शन बताया है। इस व्यवस्था में सभी 240 क्यूबिट शामिल नहीं थे। इसके बजाय, विकास की गति बढ़ाने के लिए टीम ने इंटरकनेक्ट्स के पास चुने हुए क्यूबिट्स को जोड़ा और मापा।
तकनीकी विवरण
हर लिंक में केबल के सिरों पर समर्पित क्यूबिट्स का उपयोग किया गया, और ट्यूनेबल कपलिंग अवयवों ने उन क्यूबिट्स और माइक्रोवेव लिंक के बीच अंतःक्रियाओं को नियंत्रित किया। नेटवर्क बेंचमार्किंग का उपयोग करते हुए शोधकर्ताओं ने दोनों दिशाओं में अवस्था-स्थानांतरण निष्ठा मापी और बताया कि सभी चार लिंकों ने 98.86% से अधिक प्रदर्शन किया। सर्वश्रेष्ठ लिंक 99.29% तक पहुंचा, जिसमें 0.07 percentage points की अनिश्चितता थी।
इसके बाद टीम ने इन कनेक्शनों का उपयोग अलग-अलग प्रोसेसरों पर मौजूद संगणनात्मक क्यूबिट्स के बीच controlled-Z गेट लागू करने के लिए किया। इन दूरस्थ गेट्स के लिए दो अवस्था-स्थानांतरण, तीन स्थानीय दो-क्यूबिट गेट्स और अतिरिक्त एकल-क्यूबिट नियंत्रणों की आवश्यकता थी। इन दूरस्थ गेट्स के लिए औसत निष्ठा 94.75% रही, जबकि सर्वश्रेष्ठ 96.42% तक पहुंची, जिसमें 0.28 percentage points की अनिश्चितता थी।
IBM ने यह भी बताया कि दो चिप्स में फैली उलझी हुई अवस्थाएँ तैयार की गईं। शोधकर्ताओं ने समीपवर्ती लिंकों के माध्यम से एक साथ दो उलझे हुए युग्म उत्पन्न किए, हालांकि एक युग्म में एकसाथ संचालन के दौरान कम निष्ठा दिखाई दी। उन्होंने आगे प्रोसेसरों में फैली चार-क्यूबिट और छह-क्यूबिट उलझी हुई अवस्थाएँ भी बनाई। मापी गई निष्ठाएँ चार-क्यूबिट अवस्था के लिए 77.23% और छह-क्यूबिट अवस्था के लिए 67.67% थीं; मापन त्रुटियों के लिए सांख्यिकीय सुधार के बाद ये मान बढ़कर 91.70% और 90.87% हो गए।
पैकेजिंग और विश्वसनीयता
इस काम का एक उल्लेखनीय हिस्सा यांत्रिक और क्रायोजेनिक एकीकरण था। केबलें चिप की सतह पर लम्बवत जुड़ी थीं, और शोधकर्ताओं का कहना है कि यह ज्यामिति पहले की समानांतर व्यवस्थाओं की तुलना में अधिक सघन इंटरकनेक्ट लेआउट के लिए बेहतर उपयुक्त है। यह जुड़ाव प्रोसेसर मॉड्यूल्स को क्रायोस्टैट में माउंट करने के बाद कमरे के तापमान पर बने indium-to-indium pressure bonds के माध्यम से किया गया।
अध्ययन के अनुसार, सभी चार लिंक तीन warm-up और cool-down चक्रों के दौरान बिना कनेक्शन समायोजन के चालू रहे।
पेपर यह भी बताता है कि cooldown के दौरान चुंबकीय क्षेत्र केबल हानि का एक स्रोत हैं। IBM ने केबलों के चारों ओर चुंबकीय शील्डिंग की दो परतें जोड़ीं, हालांकि शोधकर्ता शील्डिंग braid को एक अस्थायी उपाय बताते हैं।
यह क्यों महत्वपूर्ण है
यह परिणाम अतिचालक क्वांटम कंप्यूटिंग के सामने मौजूद एक केंद्रीय स्केलिंग प्रश्न को संबोधित करता है: क्या कई प्रोसेसरों को इस तरह जोड़ा जा सकता है कि उपयोगी संगणना के लिए आवश्यक क्वांटम सूचना का बहुत अधिक नुकसान न हो। मॉड्यूलों से बड़े सिस्टम बनाना चिप आकार, वायरिंग और पैकेजिंग से जुड़ी भौतिक सीमाओं को कम कर सकता है।
साथ ही, ये आंकड़े बुनियादी अवस्था-स्थानांतरण और पूर्ण वितरित ऑपरेशनों के बीच अब भी मौजूद अंतर को दिखाते हैं। IBM के त्रुटि मॉडल ने अवस्था-स्थानांतरण त्रुटि का लगभग 77% केबल और समर्पित क्यूबिट्स में सीमित सुसंगति, खासकर dephasing, को माना। शोधकर्ताओं का कहना है कि उन्होंने प्रयोग को तेज करने के लिए जानबूझकर निर्माण और प्रोसेसिंग के कुछ ऐसे चरणों को छोड़ दिया जो क्यूबिट प्रदर्शन सुधारने के लिए जाने जाते हैं।
आगे क्या देखना है
अगली परीक्षा यह होगी कि क्या IBM चार कार्यशील लिंकों को अधिक संख्या में पुनरुत्पाद्य और विनिर्माण-योग्य कनेक्शनों में बदल पाता है, साथ ही निष्ठा भी बढ़ाता है। पेपर एक संभावित स्थापत्य परिवर्तन की ओर भी संकेत करता है: दूरस्थ गेट्स के लिए आवश्यक चरणों की संख्या घटाने हेतु इंटरकनेक्ट अवयवों को सीधे प्रोसेसर lattice में एकीकृत करना।
फिलहाल, यह काम एक पूर्ण मॉड्यूलर क्वांटम कंप्यूटर के बजाय एक आशाजनक उप-प्रणाली का प्रदर्शन करता है। जैसा कि लेखकों ने कहा, आगे की चुनौती त्रुटि-सुधारित संगणना में ऐसे लिंकों का विश्वसनीय और बार-बार उपयोग है।
स्रोत
इस पेज पर दी गई जानकारी नीचे दिए गए स्रोतों से ली गई है, जिन्हें DesignQuantum ने संकलित किया है।