क्वांटम कंप्यूटरों ने सुपरकंप्यूटरों के साथ हाइब्रिड रन में रिकॉर्ड-आकार के अणु का सिमुलेशन किया

टीमवर्क के जरिए बड़ा आणविक सिमुलेशन रिकॉर्ड आया, केवल क्वांटम हार्डवेयर की वजह से नहीं

क्वांटम कंप्यूटरों ने आणविक सिमुलेशन में एक नया मील का पत्थर हासिल किया है, लेकिन यह उपलब्धि क्वांटम प्रगति जितनी ही हाइब्रिड कंप्यूटिंग के बारे में भी बताती है। क्लीवलैंड क्लिनिक, IBM और जापान के RIKEN के शोधकर्ताओं ने दो IBM Heron क्वांटम कंप्यूटरों के साथ Fugaku और Miyabi-G सुपरकंप्यूटरों का उपयोग करते हुए अणुओं के गुणों का सिमुलेशन अभूतपूर्व पैमाने पर किया, जिसमें 12,635 परमाणुओं वाला एक अणु भी शामिल था।

New Scientist की रिपोर्ट के अनुसार, यह अब तक का सबसे बड़ा अणु है जिसका सिमुलेशन क्वांटम हार्डवेयर का उपयोग करके किया गया है, और यह पिछले रिकॉर्ड धारक से लगभग 40 गुना बड़ा है। यह काम दो प्रोटीन-लिगैंड कॉम्प्लेक्सों पर केंद्रित था, ऐसे सिस्टम जो इसलिए महत्वपूर्ण हैं क्योंकि उनके इलेक्ट्रॉनिक गुणों को समझना दवा खोज और जैव-चिकित्सीय अनुसंधान का केंद्रीय हिस्सा है।

इस परिणाम का मतलब यह नहीं है कि क्वांटम कंप्यूटर अब रसायन विज्ञान के लिए पारंपरिक मशीनों की जगह ले सकते हैं। वास्तव में, इससे मिलने वाला उल्टा सबक अधिक उपयोगी है: आज के क्वांटम उपकरण अभी भी इतने छोटे हैं और उनमें त्रुटियां इतनी अधिक हैं कि वे इन समस्याओं को स्वतंत्र रूप से हल नहीं कर सकते, लेकिन जब उन्हें किसी बड़े क्लासिकल वर्कफ़्लो के भीतर जोड़ा जाए तो वे फिर भी मूल्य जोड़ सकते हैं। यही इस प्रदर्शन को महत्वपूर्ण बनाता है। यह क्वांटम लाभ के लिए एक व्यावहारिक निकट-कालीन मार्ग की ओर इशारा करता है, भले ही वह लाभ अभी सीमित और भारी सहायता वाला हो।

हाइब्रिड दृष्टिकोण कैसे काम करता है

टीम ने सिमुलेशन को चार मशीनों में विभाजित किया। क्वांटम कंप्यूटरों ने आणविक खंडों के विशिष्ट गुणों से जुड़ी चुनी हुई गणनाएं संभालीं, जबकि सुपरकंप्यूटरों ने मॉडलिंग के अन्य हिस्सों को प्रबंधित किया और व्यापक गणनात्मक प्रक्रिया का समन्वय किया। यह वर्कफ़्लो 100 घंटे से अधिक समय तक क्वांटम और क्लासिकल सिस्टमों के बीच चलता रहा।

यह संरचना क्षेत्र की मौजूदा स्थिति को दर्शाती है। क्वांटम डिवाइस स्वाभाविक रूप से इलेक्ट्रॉन व्यवहार जैसी क्वांटम-यांत्रिक समस्याओं के लिए उपयुक्त हैं, लेकिन वे अभी भी शोर, सीमित क्यूबिट संख्या और निष्पादन संबंधी बाधाओं से जूझते हैं। इसके विपरीत, सुपरकंप्यूटर विश्वसनीय और अत्यंत शक्तिशाली होते हैं, लेकिन सबसे कठिन क्वांटम रसायन समस्याओं के लिए उन्हें अक्सर लगभग-मान्यताओं की आवश्यकता होती है। हाइब्रिड आर्किटेक्चर का उद्देश्य उन ताकतों को जोड़ना है, बजाय इसके कि पूरी तरह क्वांटम भविष्य की प्रतीक्षा की जाए, जो अभी भी वर्षों दूर हो सकता है।

शोधकर्ताओं ने अणुओं के चारों ओर एक जल-परत भी शामिल की, जिससे सिमुलेशन वास्तविक प्रयोगशाला परिस्थितियों के अधिक करीब हो गया। यह महत्वपूर्ण है क्योंकि कई जैविक रूप से प्रासंगिक अंतःक्रियाएं वातावरण पर बहुत निर्भर करती हैं। केवल परमाणु संख्या के आधार पर मापा गया रिकॉर्ड, यदि सिस्टम को संदर्भ से अलग कर दिया जाए, तो कम अर्थपूर्ण होगा। यहां स्रोत पाठ एक ऐसे प्रयास की ओर इशारा करता है जो बेंचमार्क को मात्र बड़ा बनाने के बजाय वैज्ञानिक रूप से प्रासंगिक बनाने पर केंद्रित है।

आणविक सिमुलेशन क्यों महत्वपूर्ण है

क्वांटम कंप्यूटिंग के सबसे अधिक उद्धृत उपयोगों में से एक रसायन का सिमुलेशन है। इलेक्ट्रॉन, बंध और आणविक ऊर्जा क्वांटम सिस्टम हैं, इसलिए सिद्धांत रूप में क्वांटम हार्डवेयर उन्हें वर्णित करने के लिए अधिक स्वाभाविक भाषा प्रदान करता है। यदि ऐसे सिमुलेशन पर्याप्त सटीक और स्केलेबल बनते हैं, तो वे दवाओं, उत्प्रेरकों और सामग्री की खोज को बेहतर बना सकते हैं।

यह संभावना वर्षों से स्पष्ट रही है, लेकिन प्रगति हार्डवेयर की वास्तविक सीमाओं से बाधित रही है। “अब तक का सबसे बड़ा अणु” वाक्यांश नाटकीय लगता है, फिर भी यह क्षेत्र अक्सर उन सावधानीपूर्वक तैयार किए गए प्रदर्शनों के माध्यम से आगे बढ़ा है, जिनमें क्वांटम प्रोसेसर किसी बहुत बड़े समस्या के छोटे, रणनीतिक रूप से चुने गए हिस्से को संभालते हैं। यह नया परिणाम उसी पैटर्न में फिट बैठता है, लेकिन पहले की तुलना में कहीं अधिक महत्वाकांक्षी पैमाने पर।

इसलिए यह काम दो अणुओं के बारे में एक स्वतंत्र वैज्ञानिक उत्तर से कम और इस बात के संकेत के रूप में अधिक महत्वपूर्ण है कि उपयोगी विभाजन रणनीतियां बेहतर हो रही हैं। यदि शोधकर्ता ठीक-ठीक पहचान सकें कि किन उप-समस्याओं को क्वांटम उपचार से लाभ मिलता है और उन परिणामों को कुशलता से क्लासिकल पाइपलाइनों में वापस भेज सकें, तो प्रगति को फॉल्ट-टॉलरेंट क्वांटम कंप्यूटरों के आने तक इंतजार नहीं करना पड़ेगा ताकि वे वास्तविक वैज्ञानिक वर्कफ़्लो को प्रभावित करना शुरू करें।

यह क्या साबित करता है और क्या नहीं

दी गई स्रोत सामग्री एक स्पष्ट निष्कर्ष का समर्थन करती है: हाइब्रिड क्वांटम-क्लासिकल सिस्टम अब क्वांटम हार्डवेयर रिकॉर्ड से कहीं बड़े पैमाने पर आणविक सिमुलेशन में भाग ले सकते हैं। लेकिन यह अपने आप यह स्थापित नहीं करता कि यह तरीका आज लागत, सटीकता या गति के मामले में सर्वोत्तम क्लासिकल तरीकों से बेहतर है, ताकि औद्योगिक प्रथा बदल जाए।

यह अंतर महत्वपूर्ण है। रिकॉर्ड-तोड़ प्रदर्शन मूल्यवान होते हैं, लेकिन यदि पाठक यह मान लें कि हर मील का पत्थर तुरंत व्यावसायिक उपयोगिता के बराबर है, तो वे उन्हें गलत समझ सकते हैं। यहां अधिक उचित व्याख्या यह है कि शोधकर्ता वर्तमान शोरयुक्त क्वांटम मशीनों और रसायन तथा चिकित्सा में महत्वपूर्ण समस्याओं के बीच एक परिचालन पुल बना रहे हैं।

अलग-अलग संस्थानों में स्थित दो Heron सिस्टमों का उपयोग एक और व्यावहारिक विषय की ओर भी संकेत करता है: क्वांटम कंप्यूटिंग तेजी से एक प्रयोगशाला जिज्ञासा के बजाय वितरित शोध अवसंरचना का हिस्सा बन रही है। प्रमुख सुपरकंप्यूटिंग केंद्रों के साथ मिलकर, क्वांटम प्रोसेसरों को व्यापक वैज्ञानिक कंप्यूटिंग पाइपलाइनों के भीतर विशेषीकृत एक्सेलरेटर के रूप में उपयोग किया जा सकता है।

इस क्षेत्र के लिए इसका महत्व

क्वांटम कंप्यूटिंग के लिए, यह वह प्रकार का परिणाम है जिसकी क्षेत्र को और आवश्यकता है: विशिष्ट, तकनीकी रूप से विश्वसनीय और किसी सार्थक उपयोग-केस से जुड़ा हुआ। यह किसी क्रांति का अतिशयोक्तिपूर्ण दावा नहीं करता, लेकिन यह उस क्षेत्र में आगे बढ़ने का संकेत देता है जहां प्रचार अक्सर हार्डवेयर से आगे निकल गया है। IBM, Cleveland Clinic और RIKEN के बीच सहयोग भी इस बात पर जोर देता है कि प्रगति संभवतः कैसे होगी: हार्डवेयर निर्माताओं, सुपरकंप्यूटिंग संस्थानों और अनुप्रयोग-केंद्रित शोधकर्ताओं के गठबंधन के माध्यम से।

दवा खोज और जैव-चिकित्सीय मॉडलिंग के लिए, तात्कालिक प्रभाव अभी भी अन्वेषणात्मक हैं। लेकिन यदि हाइब्रिड वर्कफ़्लो सुधार जारी रखते हैं, तो वे वैज्ञानिकों को अधिक सटीकता के साथ अध्ययन करने योग्य अणुओं और अंतःक्रियाओं की सीमा को धीरे-धीरे बढ़ा सकते हैं। यह महत्वपूर्ण होगा क्योंकि बाइंडिंग व्यवहार और आणविक ऊर्जाओं की समझ में छोटे सुधार भी उम्मीदवार यौगिकों को प्राथमिकता देने के तरीके को प्रभावित कर सकते हैं।

गहरा संदेश यह है कि क्वांटम कंप्यूटिंग का भविष्य क्रमिक रूप से, प्रतिस्थापन के बजाय एकीकरण के माध्यम से आ सकता है। यह रिकॉर्ड-आकार का आणविक सिमुलेशन उसी दिशा में एक कदम है। क्वांटम कंप्यूटर ने अकेले जीत हासिल नहीं की। उसे ऐसा करने की जरूरत भी नहीं थी।

यह लेख New Scientist की रिपोर्टिंग पर आधारित है। मूल लेख पढ़ें.