Rutgers और IBM ने 100 qubits में रीयल-टाइम फीडबैक नियंत्रण की रिपोर्ट दी

Rutgers, IBM और कई साझेदार संस्थानों के शोधकर्ताओं का कहना है कि उन्होंने 100 qubits तक रीयल-टाइम क्वांटम फीडबैक का प्रदर्शन किया है, जिसमें प्रोसेसर के चलते रहने के दौरान बार-बार मापन और रीसेट किए गए। घोषणा के अनुसार, यह काम 156-qubit IBM Quantum Heron प्रोसेसर पर किया गया और इसका वर्णन Nature Physics में प्रकाशित एक अध्ययन में है। यह परिणाम दोष-सहिष्णु क्वांटम कंप्यूटिंग की एक बुनियादी आवश्यकता को संबोधित करता है: किसी प्रणाली के हिस्सों की निगरानी करने और गणना रोके बिना बार-बार हस्तक्षेप करने की क्षमता।

क्या घोषित किया गया

टीम का कहना है कि उसने IBM के Heron हार्डवेयर पर 100 qubits तक की एक जुड़ी हुई शृंखला का उपयोग यह जांचने के लिए किया कि क्या एक क्वांटम प्रोसेसर रीयल-टाइम में दो व्यवहारों के बीच अदला-बदली कर सकता है: पड़ोसी qubits में सूचना को फैलाना और फिर अलग-अलग qubits का मापन करके उन्हें रीसेट करना, ताकि उस फैलाव को दबाया जा सके।

रिपोर्ट के अनुसार, कुल मिलाकर इस प्रयोग में लगभग 5,000 दो-qubit संचालन और लगभग 5,000 मापन तथा रीसेट शामिल थे। शोधकर्ता इसे अब तक इस प्रकार के फीडबैक-आधारित नियंत्रण का सबसे बड़ा सफल प्रदर्शन बताते हैं।

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वरिष्ठ लेखकों में से एक, Rutgers के प्रोफेसर Jedediah Pixley ने कहा कि दोष-सहिष्णुता तक पहुंचने के लिए इस क्षेत्र को गणना के दौरान ऐसी जांच और सुधार कई बार करने होंगे। IBM की वरिष्ठ लेखिका Maika Takita ने कहा कि चुनौती यह थी कि बाकी प्रोसेसर के काम करते रहने के दौरान मापनों को दोहराया जाए, न कि पूरे सिस्टम को रोका जाए।

तकनीकी विवरण

इस प्रयोग में दो प्रक्रियाओं के बीच प्रतिस्पर्धा स्थापित की गई। एक प्रक्रिया ने पड़ोसी qubits के बीच सूचना फैलाई, जिससे गतिशीलता लगातार अधिक अराजक होती गई। दूसरी प्रक्रिया ने चुने हुए qubits का मापन किया और उन्हें रीसेट किया, जिससे प्रणाली शोधकर्ताओं द्वारा चुनी गई एक व्यवस्थित अवस्था की ओर धकेली गई।

हर प्रक्रिया कितनी बार होती है, इसमें बदलाव करके टीम ने एक दहलीज़-जैसा व्यवहार देखा। जब सूचना-फैलाव आधे से अधिक समय हुआ, तो प्रणाली अराजक बनी रही। जब जांच और रीसेट हावी रहे, तो प्रणाली एक नियंत्रित की जा सकने वाली व्यवस्थित अवस्था में चली गई। लगभग बराबर संतुलन के पास, इन दोनों प्रक्रियाओं की दर में एक छोटा-सा बदलाव भी प्रणाली को अचानक बदल देता था।

शोधकर्ताओं के अनुसार, यह तीव्र बदलाव एक फेज़-ट्रांज़िशन की तस्वीर से मेल खाता है: क्वांटम प्रणाली सामूहिक रूप से अराजकता से नियंत्रण की ओर स्विच करती है। सह-प्रथम लेखक Haining Pan ने कहा कि जैसे-जैसे टीम ने बड़े सिस्टमों का अध्ययन किया, यह संक्रमण और अधिक स्पष्ट रूप से परिभाषित होता गया, और प्रयोगात्मक डेटा सैद्धांतिक अपेक्षाओं से मेल खाता था।

रिपोर्ट यह भी बताती है कि यह परिणाम त्रुटि-सुधार के लिए क्यों महत्वपूर्ण है। क्वांटम सूचना को बस कॉपी नहीं किया जा सकता, और मापन उस अवस्था को बाधित कर सकता है जिस पर गणना की जा रही होती है। इसलिए एक व्यावहारिक दोष-सहिष्णु मशीन को एन्कोड की गई सूचना को सुरक्षित रखते हुए बार-बार त्रुटियों का पता लगाना और उन्हें सुधारना होगा।

यह क्यों महत्वपूर्ण है

घोषणा इस परिणाम को भौतिकी के प्रदर्शन और सिस्टम-इंजीनियरिंग की उपलब्धि, दोनों के रूप में प्रस्तुत करती है। भौतिकी के पक्ष से, यह उस सैद्धांतिक भविष्यवाणी का समर्थन करता है कि बार-बार हस्तक्षेप अनियंत्रित क्वांटम गतिशीलता से एक व्यवस्थित, नियंत्रित की जा सकने वाली अवस्था में संक्रमण ला सकते हैं। हार्डवेयर के पक्ष से, यह दिखाता है कि वर्तमान सुपरकंडक्टिंग हार्डवेयर एक बड़े डिवाइस में हजारों बार क्वांटम गेट, मापन और रीसेट का समन्वय कर सकता है।

इसका यह मतलब नहीं है कि दोष-सहिष्णु क्वांटम कंप्यूटिंग हासिल कर ली गई है। रिपोर्ट स्पष्ट रूप से कहती है कि अभी तक किसी ने भी दोष-सहिष्णु क्वांटम कंप्यूटर नहीं बनाया है। लेकिन बड़े पैमाने पर बार-बार मापन-और-रीसेट चक्र करने की क्षमता उन परिचालन अवयवों में से एक है, जिनकी ऐसे सिस्टमों को आवश्यकता होगी।

आगे क्या देखना है

अगला सवाल यह है कि इस तरह की तकनीकें नियंत्रित भौतिकी प्रयोगों से आगे बढ़कर पूर्ण त्रुटि-सुधार प्रोटोकॉल में कैसे बदलती हैं। अध्ययन से संकेत मिलता है कि IBM की dynamic-circuit क्षमताएं बड़े qubit उपसमुच्चयों पर परस्पर गुंथे हुए संचालन के लंबे अनुक्रम बनाए रख सकती हैं, जो भविष्य में logical-qubit प्रदर्शनों के लिए प्रासंगिक है।

इस सहयोग में Rutgers, IBM, the City College of New York, the CUNY Graduate Center, Iowa State University, Ames National Laboratory, Pennsylvania State University और Louisiana State University के शोधकर्ता शामिल थे। घोषणा में दी गई जानकारी के अनुसार, इस प्रोसेसर ने टीम को उन लगभग दो दर्जन qubits की तुलना में कहीं बड़े सिस्टमों का अध्ययन करने की अनुमति दी, जिन्हें वे पारंपरिक कंप्यूटरों पर सिम्युलेट कर सकते थे।