बिट्स के बजाय क्यूबिट्स: क्वांटम कंप्यूटर हमारे लिए किस तरह का भविष्य लेकर आए हैं?

हमारे समय की मुख्य वैज्ञानिक चुनौतियों में से एक पहला उपयोगी क्वांटम कंप्यूटर बनाने की दौड़ बन गई है। इसमें हजारों भौतिक विज्ञानी और इंजीनियर भाग लेते हैं। आईबीएम, गूगल, अलीबाबा, माइक्रोसॉफ्ट और इंटेल अपनी अवधारणाएं विकसित कर रहे हैं। एक शक्तिशाली कंप्यूटिंग डिवाइस हमारी दुनिया को कैसे बदल देगी, और यह इतना महत्वपूर्ण क्यों है?

एक पल के लिए कल्पना करें: एक पूर्ण क्वांटम कंप्यूटर बनाया गया है। यह हमारे जीवन का एक परिचित और प्राकृतिक तत्व बन गया है। शास्त्रीय गणनाओं के बारे में अब केवल स्कूल में, इतिहास के पाठों में ही बात की जाती है। कहीं गहरे ठंडे तहखानों में, शक्तिशाली मशीनें कृत्रिम रूप से बुद्धिमान रोबोटों को शक्ति देने के लिए क्वैबिट पर काम करती हैं। वे सभी खतरनाक और बिल्कुल नीरस कार्य करते हैं। पार्क में घूमते हुए, आप चारों ओर देखते हैं और सभी प्रकार के रोबोट देखते हैं। मानव सदृश जीव कुत्तों को घुमाते हैं, आइसक्रीम बेचते हैं, बिजली के तारों की मरम्मत करते हैं और क्षेत्र में सफाई करते हैं। कुछ मॉडल पालतू जानवरों की जगह लेते हैं।

हमें ब्रह्मांड के सभी रहस्यों को उजागर करने और अपने अंदर झाँकने का अवसर मिला। चिकित्सा एक नए स्तर पर पहुंच गई है - हर हफ्ते नवीन दवाएं विकसित की जा रही हैं। हम पूर्वानुमान लगा सकते हैं और निर्धारित कर सकते हैं कि गैस और तेल जैसे दुर्लभ संसाधन कहाँ स्थित हैं। ग्लोबल वार्मिंग की समस्या हल हो गई है, ऊर्जा बचत के तरीकों को अनुकूलित किया गया है, और शहरों में अब ट्रैफिक जाम नहीं है। क्वांटम कंप्यूटर न केवल सभी रोबोटिक कारों को नियंत्रित करता है, बल्कि मुक्त आवाजाही भी सुनिश्चित करता है: यह सड़कों पर स्थिति की निगरानी करता है, मार्गों को समायोजित करता है और यदि आवश्यक हो तो ड्राइवरों से नियंत्रण लेता है। क्वांटम आयु कुछ इस तरह दिख सकती है।

क्वांटम गोल्ड रश

एप्लिकेशन की संभावनाएं अद्भुत हैं, यही वजह है कि क्वांटम विकास में निवेश हर साल बढ़ रहा है। 81,6 में वैश्विक क्वांटम कंप्यूटिंग बाजार का मूल्य 2018 मिलियन डॉलर था। Market.us विशेषज्ञों का अनुमान है कि 2026 तक यह 381,6 मिलियन डॉलर तक पहुंच जाएगा। यानी 21,26 से 2019 तक इसमें प्रति वर्ष औसतन 2026% की वृद्धि होगी।

यह वृद्धि सुरक्षा अनुप्रयोगों में क्वांटम क्रिप्टोग्राफी के बढ़ते उपयोग और क्वांटम कंप्यूटिंग बाजार हितधारकों के निवेश से प्रेरित है। वैज्ञानिक पत्रिका नेचर के एक विश्लेषण के अनुसार, इस साल की शुरुआत तक, निजी निवेशकों ने दुनिया भर में कम से कम 52 क्वांटम प्रौद्योगिकी कंपनियों को वित्त पोषित किया था। आईबीएम, गूगल, अलीबाबा, माइक्रोसॉफ्ट, इंटेल और डी-वेव सिस्टम्स जैसे प्रमुख खिलाड़ी व्यावहारिक रूप से लागू क्वांटम कंप्यूटर बनाने के लिए संघर्ष कर रहे हैं।

हां, जब तक इस क्षेत्र में हर साल आने वाला पैसा एक छोटे परिव्यय का प्रतिनिधित्व करता है (2018 में एआई निवेश में 9,3 बिलियन डॉलर की तुलना में)। लेकिन ये संख्याएं एक अपरिपक्व उद्योग के लिए महत्वपूर्ण हैं जो अभी तक प्रदर्शन संकेतकों का दावा नहीं करता है।

क्वांटम समस्याओं का समाधान

आपको यह समझने की जरूरत है कि तकनीक आज भी अपनी प्रारंभिक अवस्था में है। केवल क्वांटम मशीनों और एकल प्रायोगिक प्रणालियों के प्रोटोटाइप बनाना संभव था। वे कम जटिलता के निश्चित एल्गोरिदम निष्पादित करने में सक्षम हैं। पहला 2-क्विबिट कंप्यूटर 1998 में बनाया गया था, और उपकरणों को तथाकथित "क्वांटम सर्वोच्चता" के उचित स्तर पर लाने में मानवता को 21 साल लग गए। यह शब्द कैल्टेक प्रोफेसर जॉन प्रेस्किल द्वारा गढ़ा गया था। और इसका मतलब है क्वांटम उपकरणों की सबसे शक्तिशाली शास्त्रीय कंप्यूटरों की तुलना में समस्याओं को तेजी से हल करने की क्षमता।

इस क्षेत्र में एक सफलता कैलिफोर्निया की कंपनी Google द्वारा बनाई गई थी। सितंबर 2019 में, निगम ने घोषणा की कि उसके 53-क्यूबिट सिकामोर डिवाइस ने 200 सेकंड में एक गणना पूरी कर ली है जिसे पूरा करने में एक अत्याधुनिक सुपर कंप्यूटर को 10 साल लगेंगे। इस बयान पर काफी विवाद हुआ था. आईबीएम ऐसी गणनाओं से स्पष्ट रूप से असहमत था। कंपनी ने अपने ब्लॉग में लिखा है कि उसका समिट सुपरकंप्यूटर 000 दिनों में इस काम को पूरा कर लेगा। और बस जरूरत है डिस्क भंडारण क्षमता को बढ़ाने की। हालाँकि वास्तव में अंतर इतना बड़ा नहीं था, Google वास्तव में "क्वांटम सर्वोच्चता" हासिल करने वाला पहला था। और यह कंप्यूटर अनुसंधान में एक महत्वपूर्ण मील का पत्थर है। लेकिन इससे ज्यादा कुछ नहीं. सिकामोर का करतब पूरी तरह से प्रदर्शन के उद्देश्य से है। इसका कोई व्यावहारिक अनुप्रयोग नहीं है और वास्तविक समस्याओं को हल करने के लिए यह बेकार है।

मुख्य समस्या हार्डवेयर है. जबकि पारंपरिक कम्प्यूटेशनल बिट्स का मान 0 या 1 होता है, अजीब क्वांटम दुनिया में, क्वैब एक ही समय में दोनों अवस्थाओं में हो सकते हैं। इस गुण को सुपरपोजिशन कहा जाता है। क्यूबिट घूमने वाले शीर्ष की तरह हैं: वे दक्षिणावर्त और वामावर्त दोनों तरह घूमते हैं, ऊपर और नीचे घूमते हैं। यदि आपको यह भ्रमित करने वाला लगता है, तो आप बहुत अच्छी कंपनी में हैं। रिचर्ड फेनमैन ने एक बार कहा था, "यदि आप सोचते हैं कि आप क्वांटम यांत्रिकी को समझते हैं, तो आप इसे नहीं समझते हैं।" क्वांटम यांत्रिकी के लिए नोबेल पुरस्कार जीतने वाले व्यक्ति के बहादुर शब्द।

तो, क्वैबिट बेहद अस्थिर हैं और बाहरी प्रभावों के अधीन हैं। प्रयोगशाला की खिड़कियों के नीचे से गुजरती एक कार, शीतलन प्रणाली का आंतरिक शोर, एक उड़ता हुआ ब्रह्मांडीय कण - कोई भी यादृच्छिक हस्तक्षेप, कोई भी अंतःक्रिया उनकी समकालिकता को बाधित करती है और वे विघटित हो जाते हैं। यह कंप्यूटिंग के लिए हानिकारक है.

क्वांटम कंप्यूटिंग के विकास के लिए मुख्य प्रश्न यह है कि खोजे गए कई हार्डवेयर समाधानों में से कौन सा हार्डवेयर समाधान क्वैबिट की स्थिरता सुनिश्चित करेगा। जो कोई भी सुसंगतता की समस्या को हल करेगा और क्वांटम कंप्यूटर को जीपीयू के समान सामान्य बनाएगा, वह नोबेल पुरस्कार जीतेगा और दुनिया का सबसे अमीर व्यक्ति बन जाएगा।

व्यावसायीकरण का मार्ग

2011 में, कनाडाई कंपनी डी-वेव सिस्टम्स इंक। क्वांटम कंप्यूटर बेचने वाले पहले व्यक्ति थे, हालाँकि उनकी उपयोगिता कुछ गणितीय समस्याओं तक ही सीमित है। और आने वाले महीनों में, लाखों डेवलपर्स क्लाउड के माध्यम से क्वांटम प्रोसेसर का उपयोग शुरू करने में सक्षम होंगे - आईबीएम अपने 53-क्यूबिट डिवाइस तक पहुंच प्रदान करने का वादा करता है। क्यू नेटवर्क नामक कार्यक्रम के तहत अब तक 20 कंपनियों को यह विशेषाधिकार प्राप्त हुआ है। इनमें उपकरण निर्माता सैमसंग इलेक्ट्रॉनिक्स, वाहन निर्माता होंडा मोटर और डेमलर, रासायनिक कंपनियां जेएसआर और नागासे, बैंक जेपी मॉर्गन चेज़ एंड कंपनी शामिल हैं। और बार्कलेज़.

आज क्वांटम कंप्यूटिंग के साथ प्रयोग करने वाली अधिकांश कंपनियां इसे भविष्य का एक अभिन्न अंग के रूप में देखती हैं। उनका मुख्य मिशन अब यह पता लगाना है कि क्वांटम कंप्यूटिंग में क्या काम करता है और क्या नहीं। और प्रौद्योगिकी के तैयार होने पर उसे व्यवसाय में सबसे पहले शामिल करने के लिए तैयार रहें।

परिवहन संगठन. वोक्सवैगन, डी-वेव के साथ मिलकर, एक क्वांटम एप्लिकेशन विकसित कर रहा है - एक यातायात नियंत्रण प्रणाली। नया कार्यक्रम बड़े शहरों में सार्वजनिक परिवहन संगठनों और टैक्सी कंपनियों को अपने बेड़े का अधिक कुशलता से उपयोग करने और यात्री प्रतीक्षा समय को कम करने में सक्षम बनाएगा।

ऊर्जा क्षेत्र। एक्सॉनमोबिल और आईबीएम ऊर्जा क्षेत्र में क्वांटम कंप्यूटिंग के उपयोग को बढ़ावा दे रहे हैं। वे नई ऊर्जा प्रौद्योगिकियों की एक श्रृंखला विकसित करने, ऊर्जा दक्षता में सुधार करने और ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन को कम करने पर केंद्रित हैं। ऊर्जा क्षेत्र के सामने आने वाली चुनौतियों का पैमाना और जटिलता आज के पारंपरिक कंप्यूटरों के दायरे से परे है और क्वांटम कंप्यूटरों पर परीक्षण के लिए उपयुक्त है।

दवा कंपनियां। एक्सेंचर लैब्स क्वांटम सॉफ्टवेयर कंपनी 1QBit के साथ साझेदारी कर रही है। केवल 2 महीनों में, वे परमाणु स्तर पर जटिल आणविक अंतःक्रियाओं को मॉडल करने के लिए एक एप्लिकेशन का उपयोग करके अनुसंधान से अवधारणा के प्रमाण तक चले गए। क्वांटम कंप्यूटिंग की शक्ति के लिए धन्यवाद, अब बड़े अणुओं का विश्लेषण करना संभव है। इससे समाज को क्या मिलेगा? न्यूनतम दुष्प्रभाव वाली नवीन औषधियाँ।

वित्तीय क्षेत्र। क्वांटम सिद्धांत के सिद्धांतों पर आधारित प्रौद्योगिकियां तेजी से बैंकों की रुचि को आकर्षित कर रही हैं। वे लेनदेन, व्यापार और अन्य प्रकार के डेटा को यथाशीघ्र संसाधित करने में रुचि रखते हैं। बार्कलेज़ और जेपी मॉर्गन चेज़ (आईबीएम के साथ), साथ ही नेटवेस्ट (फुजित्सु के साथ) पहले से ही विशेष सॉफ्टवेयर के विकास में अपने प्रयोग कर रहे हैं।

ऐसे बड़े निगमों द्वारा स्वीकृति और उद्यमशील क्वांटम अग्रदूतों का उद्भव क्वांटम की व्यावसायिक व्यवहार्यता के बारे में बहुत कुछ बताता है। हम पहले से ही क्वांटम कंप्यूटिंग को वास्तविक दुनिया की समस्याओं पर लागू होते देख रहे हैं, जिसमें ऊर्जा दक्षता में सुधार से लेकर वाहन मार्गों को अनुकूलित करना शामिल है। और महत्वपूर्ण बात यह है कि जैसे-जैसे प्रौद्योगिकी विकसित होगी, इसका मूल्य भी बढ़ेगा।

स्रोत: www.habr.com