क्वांटम यांत्रिकी 120 से ज़्यादा सालों से अस्तित्व में है। डबल-स्लिट प्रयोग से लेकर श्रोडिंगर के बिल्ली विचार प्रयोग तक, इसे हमेशा भौतिकी के सबसे रहस्यमय और जटिल नियमों में से एक माना जाता रहा है।
अमेरिकी सैद्धांतिक भौतिक विज्ञानी रिचर्ड फेनमैन ने एक बार कहा था: "यदि आपको लगता है कि आप क्वांटम यांत्रिकी को समझते हैं, तो आप क्वांटम यांत्रिकी को नहीं समझते हैं।"
यद्यपि क्वांटम यांत्रिकी हमसे दूर लगती है, इसका विकास तेजी से हो रहा है: 2016 में, चीन ने “माइकियस” क्वांटम विज्ञान प्रयोग उपग्रह को सफलतापूर्वक लॉन्च किया; 2022 में, “क्वांटम सूचना विज्ञान” में उनके योगदान के लिए तीन वैज्ञानिकों को भौतिकी का नोबेल पुरस्कार दिया गया।
हाल ही में, गूगल ने क्वांटम यांत्रिकी के क्षेत्र में भी महत्वपूर्ण प्रगति की है, जिसे एक “मील का पत्थर” नवाचार कहा गया है।
गूगल की क्वांटम एआई टीम के संस्थापक और प्रमुख हार्टमुट नेवेन ने एक ब्लॉग पोस्ट में अपने नवीनतम क्वांटम चिप "विलो" के लॉन्च की घोषणा की, और दावा किया कि यह बड़े पैमाने के क्वांटम कंप्यूटरों का मार्ग प्रशस्त करेगा।
लेख में, नेवेन ने कहा कि इस चिप का "कई मापदंडों में सबसे उन्नत प्रदर्शन है" और "इसने दो प्रमुख उपलब्धियां हासिल की हैं":
- सबसे पहले, विलो ने "क्वबिट्स" (105) की संख्या में वृद्धि की और त्रुटियों को "काफी" कम कर दिया;
- दूसरा, विलो ने अपना नवीनतम "रैंडम सर्किट सैंपलिंग (आरसीएस) बेंचमार्क परीक्षण" 5 मिनट से कम समय में पूरा कर लिया।
इन अभूतपूर्व उपलब्धियों को समझने के लिए हमें यह समझना होगा कि क्वांटम कंप्यूटर और क्वांटम चिप्स कैसे काम करते हैं।
क्वांटम यांत्रिकी की एक मुख्य अवधारणा "सुपरपोजिशन" है, जिसका अर्थ है कि एक क्वांटम सिस्टम एक साथ कई अवस्थाओं में मौजूद हो सकता है। क्वांटम कंप्यूटर इस सुपरपोजिशन का लाभ उठाकर "क्वांटम बिट्स (क्यूबिट्स)" बनाते हैं, जो क्वांटम कंप्यूटर में गणना की मूलभूत इकाइयाँ हैं।
शास्त्रीय कंप्यूटरों में बाइनरी बिट्स के विपरीत, क्यूबिट एक ही समय में 0 और 1 दोनों के "सुपरपोजिशन" में हो सकते हैं। यह अवस्था क्वांटम कंप्यूटरों को एक साथ कई कम्प्यूटेशनल पथों या अवस्थाओं को संसाधित करने की अनुमति देती है, जिससे वे कुछ जटिल समस्याओं को हल करने के लिए शास्त्रीय कंप्यूटरों की तुलना में अधिक तेज़ और अधिक कुशल बन जाते हैं।
इसके अतिरिक्त, क्यूबिट के बीच एक विशेष संबंध होता है जिसे "क्वांटम उलझाव" कहा जाता है: जब क्यूबिट उलझे होते हैं, तो एक क्यूबिट की स्थिति तुरंत दूसरे की स्थिति को प्रभावित करेगी, चाहे उनके बीच कितनी भी दूरी क्यों न हो।
इस प्रकार, एक क्यूबिट की स्थिति को जानकर, हम अन्य क्यूबिट की स्थिति का अनुमान लगा सकते हैं, जिससे सूचना हस्तांतरण संभव हो सकता है। यह विशेषता जटिल समस्याओं से निपटने के दौरान क्वांटम कंप्यूटर को सूचना साझा करने और संचारित करने में अधिक प्रभावी बनाती है।
हालांकि, क्यूबिट की स्थिति बहुत नाजुक होती है और बाहरी वातावरण (जैसे तापमान, कंपन, विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप) से आसानी से प्रभावित हो जाती है, जिससे क्वांटम सूचना का नुकसान होता है, जिसे "क्वांटम डिकोहेरेंस" के रूप में जाना जाता है। उलझाव के कारण, त्रुटियाँ एक क्यूबिट से दूसरे में फैल सकती हैं, जिससे कम्प्यूटेशनल क्षमता प्रभावित होती है।
इसके अलावा, चूँकि क्यूबिट अपने पर्यावरण के साथ सूचनाओं का तेजी से आदान-प्रदान करते हैं, इसलिए गणनाओं को पूरा करने के लिए आवश्यक सूचनाओं की सुरक्षा करना चुनौतीपूर्ण है। आम तौर पर, क्वांटम कंप्यूटर जितने ज़्यादा क्यूबिट का इस्तेमाल करता है, उतनी ही ज़्यादा त्रुटियाँ होती हैं, जिससे पूरे सिस्टम के "क्लासिकल सिस्टम" में वापस जाने की संभावना बढ़ जाती है।
हालांकि, हार्टमट नेवेन के अनुसार, गूगल के शोधकर्ताओं ने एक नई "क्वांटम त्रुटि सुधार" विधि प्रस्तुत की है जो विलो चिप को अधिक क्यूबिट के उपयोग के साथ अधिक त्रुटियों को कम करने की अनुमति देती है, जिससे त्रुटि दर तेजी से कम हो जाती है।
हार्टमुट नेवेन ने उल्लेख किया कि इस क्षेत्र में इस ऐतिहासिक उपलब्धि को "थ्रेशोल्ड से नीचे" के रूप में जाना जाता है, जिसका अर्थ है त्रुटियों को कम करना जबकि क्यूबिट की संख्या बढ़ाना। हार्टमुट नेवेन ने इस बात पर भी जोर दिया कि जब से पीटर शोर ने 1995 में क्वांटम त्रुटि सुधार की शुरुआत की है, तब से यह एक बेहद चुनौतीपूर्ण कार्य रहा है।
इसलिए, "सीमा से नीचे" "त्रुटि सुधार में वास्तविक प्रगति" को दर्शाता है, और विलो सीमा से नीचे की पहली प्रणाली है, जो अल्ट्रा-बड़े क्वांटम कंप्यूटर बनाने की संभावना को दर्शाता है। यह शोध परिणाम "नेचर" पत्रिका में भी प्रकाशित हुआ था।
लेख में उल्लेख किया गया है कि विलो ने रैंडम सर्किट सैंपलिंग (आरसीएस) परीक्षण, जिसे “क्वांटम कंप्यूटर पर अब तक का सबसे कठिन क्लासिकल बेंचमार्क टेस्ट” बताया गया है, सिर्फ़ 5 मिनट में। हार्टमुट नेवेन कहते हैं कि विलो के नवीनतम परिणाम “अब तक के सर्वश्रेष्ठ” हैं।
इसके विपरीत, विश्व के सबसे तेज सुपरकम्प्यूटर को आर.सी.एस. पूरा करने में 10^25 वर्ष लगेंगे, जो कि ब्रह्माण्ड की आयु (लगभग 13.8 बिलियन वर्ष) से भी अधिक है।
रैंडम सर्किट सैंपलिंग (RCS) क्वांटम कंप्यूटर के प्रदर्शन का मूल्यांकन करने के लिए इस्तेमाल की जाने वाली एक विधि है। इसका मुख्य विचार क्वांटम कंप्यूटर का उपयोग करके यादृच्छिक रूप से चयनित क्वांटम गेट ऑपरेशन को निष्पादित करना, यादृच्छिक क्वांटम अवस्थाएँ उत्पन्न करना और फिर इन क्वांटम अवस्थाओं का नमूना लेना और मापना है।
आरसीएस को सबसे पहले हार्टमुट नेवेन की टीम ने प्रस्तावित किया था, जो कहती है कि अब यह "क्षेत्र में सार्वभौमिक मानक".
गौरतलब है कि 2019 में, Google ने दावा किया था कि उसका क्वांटम प्रोसेसर "साइकैमोर" तीन मिनट में एक गणना पूरी कर सकता है, जिसे दुनिया के सबसे तेज सुपरकंप्यूटर को पूरा करने में दस हजार साल लगेंगे, इस बात पर जोर देते हुए कि उनकी शोध टीम ने "क्वांटम वर्चस्व".
आईबीएम ने साइकैमोर के परीक्षण परिणामों पर विवाद किया, और "क्वांटम वर्चस्व" शब्द ने भी काफी विवाद को जन्म दिया, जबकि गूगल ने इस बात पर जोर दिया कि यह केवल एक "कलात्मक शब्द" था। इसके बाद, गूगल ने इस शब्द का उपयोग करने से बचने की कोशिश की, इसके बजाय कहा कि उन्होंने "शास्त्रीय कंप्यूटिंग से परे" उपलब्धि हासिल की है।
इसके अतिरिक्त, आईबीएम और हनीवेल आम तौर पर अपने क्वांटम यांत्रिकी अनुसंधान में अपने क्वांटम कंप्यूटिंग उपकरणों का वर्णन और मात्रा निर्धारित करने के लिए "क्वांटम वॉल्यूम" शब्द का उपयोग करते हैं, एक अवधारणा जिसका Google बिल्कुल भी उपयोग नहीं करता है। एकीकृत मानक की कमी प्रतिस्पर्धी उत्पादों की तुलना करना मुश्किल बनाती है।
हार्टमुट नेवेन ने बताया कि क्वांटम प्रौद्योगिकी का उपयोग एआई प्रशिक्षण डेटा एकत्र करने, नए ऊर्जा वाहन विकसित करने और नई दवाओं की खोज में किया जा सकता है।
हार्टमुट नेवेन गूगल के क्वांटम यांत्रिकी अनुसंधान के अगले लक्ष्य की ओर भी देख रहे हैं: एक ऐसा संगणन पूरा करना जो "व्यावहारिक कार्यक्रमों के लिए प्रासंगिक" हो और "शास्त्रीय कंप्यूटरों के लिए असंभव" हो, जो इसे वास्तव में "उपयोगी" और "शास्त्रीय से परे" बनाए।
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