ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટિંગમાં સફળતાઓની શ્રેણી
એક સામાન્ય કમ્પ્યુટર, જેને હવે ક્લાસિકલ અથવા પરંપરાગત કમ્પ્યુટર તરીકે ઓળખવામાં આવે છે તે 0s અને 1s (શૂન્ય અને એક) ના મૂળભૂત ખ્યાલ પર કામ કરે છે. જ્યારે અમે પૂછીએ છીએ કમ્પ્યુટર અમારા માટે કોઈ કાર્ય કરવા માટે, ઉદાહરણ તરીકે ગાણિતિક ગણતરી અથવા એપોઇન્ટમેન્ટનું બુકિંગ અથવા રોજિંદા જીવન સાથે સંબંધિત કંઈપણ, આપેલ ક્ષણે આ કાર્ય 0 અને 1 સેની સ્ટ્રિંગમાં રૂપાંતરિત (અથવા અનુવાદિત) થાય છે (જેને પછી કહેવામાં આવે છે ઇનપુટ), આ ઇનપુટ અલ્ગોરિધમ દ્વારા પ્રક્રિયા કરવામાં આવે છે (કોમ્પ્યુટર પર કાર્ય પૂર્ણ કરવા માટે અનુસરવાના નિયમોના સમૂહ તરીકે વ્યાખ્યાયિત). આ પ્રક્રિયા કર્યા પછી, 0s અને 1s ની નવી સ્ટ્રિંગ પરત કરવામાં આવે છે (જેને આઉટપુટ કહેવાય છે), અને આ અપેક્ષિત પરિણામ માટે એન્કોડ કરે છે અને વપરાશકર્તા કોમ્પ્યુટર શું કરવા માંગે છે તેના "જવાબ" તરીકે સરળ વપરાશકર્તા-મૈત્રીપૂર્ણ માહિતીમાં પાછું અનુવાદિત થાય છે. . તે રસપ્રદ છે કે અલ્ગોરિધમ ગમે તેટલું સ્માર્ટ અથવા હોંશિયાર હોય અને કાર્યની મુશ્કેલીનું સ્તર ગમે તેટલું હોય, કમ્પ્યુટર અલ્ગોરિધમ ફક્ત આ એક જ કામ કરે છે - બિટ્સની સ્ટ્રિંગને હેરફેર કરવી - જ્યાં દરેક બીટ 0 અથવા 1 છે. મેનીપ્યુલેશન કમ્પ્યુટર પર થાય છે (સોફ્ટવેરના અંતમાં) અને મશીન સ્તર પર આ ઇલેક્ટ્રિકલ સર્કિટ (કમ્પ્યુટર મધરબોર્ડ પર) દ્વારા રજૂ થાય છે. હાર્ડવેર પરિભાષામાં જ્યારે વિદ્યુત પ્રવાહ આ વિદ્યુત સર્કિટમાંથી પસાર થાય છે, ત્યારે તે બંધ હોય છે અને વર્તમાન ન હોય ત્યારે ખુલ્લું હોય છે.
ક્લાસિકલ વિ ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટર
તેથી, ક્લાસિકલ કમ્પ્યુટર્સમાં, બીટ એ માહિતીનો એક ભાગ છે જે બે સંભવિત સ્થિતિઓમાં અસ્તિત્વમાં હોઈ શકે છે - 0 અથવા 1. જો કે, જો આપણે વાત કરીએ પરિમાણ કમ્પ્યુટર્સ, તેઓ સામાન્ય રીતે ક્વોન્ટમ બિટ્સનો ઉપયોગ કરે છે (જેને 'ક્યુબિટ્સ' પણ કહેવાય છે). આ બે અવસ્થાઓ ધરાવતી ક્વોન્ટમ સિસ્ટમ્સ છે, જો કે, સામાન્ય બીટ (0 અથવા 1 તરીકે સંગ્રહિત) થી વિપરીત, ક્યુબિટ્સ વધુ માહિતી સંગ્રહિત કરી શકે છે અને આ મૂલ્યોની કોઈપણ ધારણામાં અસ્તિત્વમાં હોઈ શકે છે. વધુ સારી રીતે સમજાવવા માટે, ક્યુબિટને કાલ્પનિક વલય તરીકે વિચારી શકાય છે, જ્યાં ક્યુબિટ ગોળાના કોઈપણ બિંદુ હોઈ શકે છે. એવું કહી શકાય કે ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટિંગ સબએટોમિક કણોની કોઈપણ સમયે એક કરતાં વધુ અવસ્થામાં અસ્તિત્વમાં રહેવાની ક્ષમતાનો લાભ લે છે અને હજુ પણ પરસ્પર વિશિષ્ટ છે. બીજી બાજુ, ક્લાસિકલ બીટ માત્ર બે અવસ્થામાં જ હોઈ શકે છે - ઉદાહરણ ગોળાના બે ધ્રુવોના અંતે. સામાન્ય જીવનમાં આપણે આ 'સુપરપોઝિશન' જોઈ શકતા નથી કારણ કે એકવાર સિસ્ટમને સંપૂર્ણ રીતે જોવામાં આવે છે, આ સુપરપોઝિશન અદૃશ્ય થઈ જાય છે અને આ જ કારણ છે કે આવી સુપરપોઝિશનની સમજ અસ્પષ્ટ છે.
કમ્પ્યુટર્સ માટે આનો અર્થ એ છે કે ક્વોબિટ્સનો ઉપયોગ કરીને ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટર્સ ક્લાસિકલ કમ્પ્યુટર કરતાં ઓછી ઊર્જાનો ઉપયોગ કરીને મોટી માત્રામાં માહિતીનો સંગ્રહ કરી શકે છે અને આ રીતે ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટર પર કામગીરી અથવા ગણતરીઓ પ્રમાણમાં વધુ ઝડપથી કરી શકાય છે. તેથી, ક્લાસિકલ કમ્પ્યુટર 0 અથવા 1 લઈ શકે છે, આ કમ્પ્યુટરમાં બે બિટ્સ ચાર સંભવિત અવસ્થાઓ (00, 01, 10 અથવા 11) માં હોઈ શકે છે, પરંતુ કોઈપણ સમયે માત્ર એક રાજ્ય રજૂ થાય છે. બીજી તરફ ક્વોન્ટમ કોમ્પ્યુટર એવા કણો સાથે કામ કરે છે જે સુપરપોઝિશનમાં હોઈ શકે છે, જે બે ક્યુબિટ્સને એક જ સમયે ચોક્કસ ચાર અવસ્થાઓનું પ્રતિનિધિત્વ કરવાની મંજૂરી આપે છે કારણ કે સુપરપોઝિશનની મિલકત કમ્પ્યુટરને 'દ્વિસંગી અવરોધ'માંથી મુક્ત કરે છે. આ એકસાથે ચાલતા ચાર કોમ્પ્યુટરની સમકક્ષ હોઈ શકે છે અને જો આપણે આ ક્યુબિટ્સ ઉમેરીએ, તો ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટરની શક્તિ ઝડપથી વધે છે. ક્વોન્ટમ કોમ્પ્યુટર્સ ક્વોન્ટમ ફિઝિક્સના અન્ય ગુણધર્મનો પણ લાભ લે છે, જેને આલ્બર્ટ આઈન્સ્ટાઈન દ્વારા વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે, જેને 'ક્વોન્ટમ એન્ટેંગલમેન્ટ' કહેવાય છે, એન્ટેન્ગલમેન્ટ એ એક એવી મિલકત છે જે ક્વોન્ટમ કણોને તેમના સ્થાનને ધ્યાનમાં લીધા વગર જોડાવા અને વાતચીત કરવાની મંજૂરી આપે છે. બ્રહ્માંડ જેથી એકની સ્થિતિમાં બદલાવ તરત જ બીજાને અસર કરી શકે. 'સુપરપોઝિશન' અને 'એન્ટેંગલમેન્ટ'ની બેવડી ક્ષમતાઓ સૈદ્ધાંતિક રીતે ખૂબ શક્તિશાળી છે. તેથી, ક્લાસિકલ કોમ્પ્યુટરની સરખામણીમાં ક્વોન્ટમ કોમ્પ્યુટર જે હાંસલ કરી શકે છે તે અકલ્પનીય છે. આ બધું ખૂબ જ આકર્ષક અને સીધું લાગે છે, જો કે, આ દૃશ્યમાં સમસ્યા છે. ક્વોન્ટમ કોમ્પ્યુટર, જો ક્વોબિટ્સ (સુપરપોઝ્ડ બિટ્સ) ને તેના ઇનપુટ તરીકે લે છે, તો તેનું આઉટપુટ પણ તે જ રીતે ક્વોન્ટમ સ્થિતિમાં હશે એટલે કે સુપરપોઝ્ડ બિટ્સ ધરાવતું આઉટપુટ જે તે કઈ સ્થિતિમાં છે તેના આધારે બદલાતું રહે છે. આ પ્રકારનું આઉટપુટ નથી તે ખરેખર અમને બધી માહિતી પ્રાપ્ત કરવાની મંજૂરી આપતું નથી અને તેથી ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટિંગની કળામાં સૌથી મોટો પડકાર આ ક્વોન્ટમ આઉટપુટમાંથી વધુ માહિતી મેળવવાની રીતો શોધવાનો છે.
ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટર અહીં હશે!
ક્વોન્ટમ કોમ્પ્યુટરને ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સના સિદ્ધાંતોના આધારે શક્તિશાળી મશીનો તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરી શકાય છે જે માહિતીની પ્રક્રિયા કરવા માટે સંપૂર્ણપણે નવો અભિગમ અપનાવે છે. તેઓ પ્રકૃતિના જટિલ નિયમોને શોધવાનો પ્રયાસ કરે છે જે હંમેશા અસ્તિત્વમાં છે પરંતુ સામાન્ય રીતે છુપાયેલા રહે છે. જો આવી કુદરતી ઘટનાઓનું અન્વેષણ કરી શકાય, તો ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટિંગ માહિતીની પ્રક્રિયા કરવા માટે નવા પ્રકારના અલ્ગોરિધમ્સ ચલાવી શકે છે અને આ સામગ્રી વિજ્ઞાન, દવાની શોધ, રોબોટિક્સ અને કૃત્રિમ બુદ્ધિમાં નવીન સફળતાઓ તરફ દોરી શકે છે. ક્વોન્ટમ કોમ્પ્યુટરનો વિચાર અમેરિકન સૈદ્ધાંતિક ભૌતિકશાસ્ત્રી રિચાર્ડ ફેનમેન દ્વારા 1982 માં પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવ્યો હતો. અને આજે, ટેકનોલોજી કંપનીઓ (જેમ કે IBM, Microsoft, Google, Intel) અને શૈક્ષણિક સંસ્થાઓ (જેમ કે MIT, અને પ્રિન્સટન યુનિવર્સિટી) ક્વોન્ટમ પર કામ કરી રહી છે. મુખ્ય પ્રવાહના ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટર બનાવવા માટે કમ્પ્યુટર પ્રોટોટાઇપ્સ. ઇન્ટરનેશનલ બિઝનેસ મશીન્સ કોર્પ. (IBM) એ તાજેતરમાં જણાવ્યું છે કે તેના વૈજ્ઞાનિકોએ એક શક્તિશાળી ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટિંગ પ્લેટફોર્મ બનાવ્યું છે અને તેને એક્સેસ માટે ઉપલબ્ધ કરાવી શકાય છે પરંતુ ટિપ્પણી કરે છે કે મોટાભાગના કાર્યો કરવા માટે તે પૂરતું નથી. તેઓ કહે છે કે 50-ક્વિબિટ પ્રોટોટાઇપ જે હાલમાં વિકસાવવામાં આવી રહ્યું છે તે ઘણી સમસ્યાઓનું નિરાકરણ લાવી શકે છે જે આજે ક્લાસિકલ કમ્પ્યુટર્સ કરે છે અને ભવિષ્યમાં 50-100 ક્વિબિટ કમ્પ્યુટર્સ મોટાભાગે આ અંતરને ભરી દેશે એટલે કે માત્ર થોડાક સો ક્વોબિટ્સ સાથેનું ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટર સક્ષમ હશે. જાણીતા અણુઓ કરતાં એકસાથે વધુ ગણતરીઓ કરો બ્રહ્માંડ. વાસ્તવિકતાથી કહીએ તો, મુશ્કેલ કાર્યોમાં ક્વોન્ટમ કોમ્પ્યુટર ક્લાસિકલ કોમ્પ્યુટરને પાછળ રાખી શકે છે તે માર્ગ મુશ્કેલીઓ અને પડકારોથી ભરેલો છે. તાજેતરમાં ઇન્ટેલે જાહેર કર્યું છે કે કંપનીનું નવું 49-ક્વિટ ક્વોન્ટમ કોમ્પ્યુટર આ "ક્વોન્ટમ સર્વોચ્ચતા" તરફ એક પગલું રજૂ કરે છે, જે કંપની માટે એક મોટી પ્રગતિ છે જેણે માત્ર 17 મહિના પહેલા જ 2-બીટ ક્વિટ સિસ્ટમનું પ્રદર્શન કર્યું હતું. તેમની પ્રાથમિકતા પ્રોજેક્ટને વિસ્તરણ કરવાનું ચાલુ રાખવાની છે, એ સમજણના આધારે કે ક્વોબિટ્સની સંખ્યાને વિસ્તરણ એ ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટર્સ બનાવવાની ચાવી છે જે વાસ્તવિક-વિશ્વ પરિણામો આપી શકે છે.
ક્વોન્ટમ કોમ્પ્યુટર બનાવવા માટે સામગ્રી ચાવીરૂપ છે
મટિરિયલ સિલિકોન દાયકાઓથી કમ્પ્યુટિંગનો અભિન્ન ભાગ છે કારણ કે તેની ક્ષમતાઓનો મુખ્ય સમૂહ તેને સામાન્ય (અથવા શાસ્ત્રીય) કમ્પ્યુટિંગ માટે યોગ્ય બનાવે છે. જો કે, જ્યાં સુધી ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટિંગનો સંબંધ છે ત્યાં સુધી, સિલિકોન-આધારિત સોલ્યુશન્સ મુખ્યત્વે બે કારણોસર અપનાવવામાં આવ્યા નથી, પ્રથમ તો સિલિકોન પર ઉત્પાદિત ક્યુબિટ્સને નિયંત્રિત કરવું મુશ્કેલ છે, અને બીજું, તે હજુ પણ અસ્પષ્ટ છે કે શું સિલિકોન ક્યુબિટ્સ તેમજ અન્ય માપન કરી શકે છે. ઉકેલો એક મોટી પ્રગતિમાં ઇન્ટેલે તાજેતરમાં જ વિકાસ કર્યો છે1 'સ્પિન ક્યુબિટ' તરીકે ઓળખાતો નવો પ્રકારનો ક્યુબિટ જે પરંપરાગત સિલિકોન પર ઉત્પન્ન થાય છે. સ્પિન ક્યુબિટ્સ સેમિકન્ડક્ટર ઇલેક્ટ્રોનિક્સ સાથે નજીકથી મળતા આવે છે અને તેઓ સિલિકોન ઉપકરણ પર સિંગલ ઇલેક્ટ્રોનના સ્પિનનો લાભ લઈને અને નાના, માઇક્રોવેવ પલ્સ સાથે હલનચલનને નિયંત્રિત કરીને તેમની ક્વોન્ટમ પાવર પહોંચાડે છે. ઇન્ટેલને આ દિશામાં આગળ ધપાવવાના બે મુખ્ય ફાયદાઓ છે, પ્રથમ તો ઇન્ટેલ એક કંપની તરીકે સિલિકોન ઉદ્યોગમાં પહેલેથી જ ભારે રોકાણ કરે છે અને આમ સિલિકોનમાં યોગ્ય કુશળતા ધરાવે છે. બીજું, સિલિકોન ક્યુબિટ્સ વધુ ફાયદાકારક છે કારણ કે તે પરંપરાગત ક્યુબિટ્સ કરતાં નાના હોય છે, અને તેઓ લાંબા સમય સુધી સુસંગત રહેવાની અપેક્ષા રાખે છે. જ્યારે ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટીંગ સિસ્ટમ્સને સ્કેલ અપ કરવાની જરૂર હોય ત્યારે આ મુખ્ય મહત્વ છે (દા.ત. 100-ક્વિબિટથી 200-ક્વિટમાં જવું). ઇન્ટેલ આ પ્રોટોટાઇપનું પરીક્ષણ કરી રહ્યું છે અને કંપની હજારો નાના ક્વિબિટ એરે ધરાવતી ચિપ્સનું ઉત્પાદન કરવાની અપેક્ષા રાખે છે અને આવા ઉત્પાદન જ્યારે બલ્કમાં કરવામાં આવે ત્યારે ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટર્સને સ્કેલ કરવા માટે ખૂબ સારું હોઈ શકે છે અને તે વાસ્તવિક ગેમચેન્જર બની શકે છે.
માં પ્રકાશિત થયેલા તાજેતરના સંશોધનમાં વિજ્ઞાન, યુ.એસ.એ.ની યુનિવર્સિટી ઓફ મેરીલેન્ડ ખાતે એક ટીમ દ્વારા ફોટોનિક સ્ફટિકો માટે નવી ડિઝાઇન કરાયેલ પેટર્ન (એટલે કે ફોટોનિક ચિપ પર લાગુ કરાયેલી સ્ફટિક ડિઝાઇન) વિકસાવવામાં આવી છે, જેનો તેઓ દાવો કરે છે કે ક્વોન્ટમ કોમ્પ્યુટરને વધુ સુલભ બનાવશે.2. આ ફોટોન એ જાણીતો પ્રકાશનો સૌથી નાનો જથ્થો છે અને આ સ્ફટિકો છિદ્રો સાથે જોડાયેલા હતા જેના કારણે પ્રકાશ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે. અલગ-અલગ છિદ્રોની પેટર્ન સ્ફટિકમાંથી પ્રકાશના વળાંક અને બાઉન્સની રીતને બદલે છે અને અહીં હજારો ત્રિકોણાકાર છિદ્રો બનાવવામાં આવ્યા હતા. ક્વોન્ટમ કોમ્પ્યુટર બનાવવાની પ્રક્રિયા માટે સિંગલ ફોટોનનો આવો ઉપયોગ મહત્વપૂર્ણ છે કારણ કે કોમ્પ્યુટરો પછી મોટી સંખ્યામાં અને રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓની ગણતરી કરવાની ક્ષમતા ધરાવશે જે વર્તમાન કમ્પ્યુટર્સ કરી શકતા નથી. ચિપની ડિઝાઇન ક્વોન્ટમ કોમ્પ્યુટર વચ્ચે ફોટોનનું ટ્રાન્સફર કોઈપણ નુકસાન વિના શક્ય બનાવે છે. આ નુકસાનને ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટર્સ માટે એક મોટા પડકાર તરીકે પણ જોવામાં આવે છે અને આમ આ ચિપ સમસ્યાનું ધ્યાન રાખે છે અને કાર્યક્ષમ માર્ગને મંજૂરી આપે છે. પરિમાણ એક સિસ્ટમથી બીજી સિસ્ટમમાં માહિતી.
ફ્યુચર
ક્વોન્ટમ કોમ્પ્યુટર્સ કોઈપણ પરંપરાગત સુપરકોમ્પ્યુટર કરતાં ઘણી આગળ ગણતરીઓ ચલાવવાનું વચન આપે છે. તેમની પાસે અણુ સ્તર સુધી દ્રવ્યના વર્તનનું અનુકરણ કરવાનું શક્ય બનાવીને નવી સામગ્રીની શોધમાં ક્રાંતિ લાવવાની ક્ષમતા છે. તે ઝડપથી અને વધુ કાર્યક્ષમ રીતે ડેટાની પ્રક્રિયા કરીને કૃત્રિમ બુદ્ધિમત્તા અને રોબોટિક્સ માટેની આશા પણ બનાવે છે. વ્યાપારી રીતે સધ્ધર ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટિંગ સિસ્ટમનું વિતરણ આગામી વર્ષોમાં કોઈપણ મોટી સંસ્થા દ્વારા કરી શકાય છે કારણ કે આ સંશોધન હજુ પણ ખુલ્લું છે અને બધા માટે યોગ્ય રમત છે. આગામી પાંચથી સાત વર્ષમાં મોટી જાહેરાતો અપેક્ષિત છે અને આદર્શ રીતે કરવામાં આવી રહેલી પ્રગતિની શ્રેણી સાથે વાત કરીએ તો, એન્જિનિયરિંગની સમસ્યાઓને સંબોધિત કરવી જોઈએ અને 1 મિલિયન અથવા વધુ ક્વોબિટ્સનું ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટર વાસ્તવિકતા હોવું જોઈએ.
***
{તમે ટાંકેલા સ્ત્રોત(ઓ)ની સૂચિમાં નીચે આપેલ DOI લિંક પર ક્લિક કરીને મૂળ સંશોધન પેપર વાંચી શકો છો}
સ્રોત (ઓ)
1. કાસ્ટેલવેચી ડી. 2018. સિલિકોન ક્વોન્ટમ-કમ્પ્યુટિંગ રેસમાં સ્થાન મેળવે છે. કુદરત. 553(7687). https://doi.org/10.1038/d41586-018-00213-3
2. સબ્યસાચી બી. એટ અલ. 2018. ટોપોલોજીકલ ક્વોન્ટમ ઓપ્ટિક્સ ઈન્ટરફેસ. વિજ્ઞાન. 359(6376). https://doi.org/10.1126/science.aaq0327
