क्वांटम प्रोसेसर बहुत कम वायरिंग के साथ पूर्ण प्रदर्शन प्राप्त करता है

क्वांटम कंप्यूटिंग में वायरिंग समस्या

एक उपयोगी क्वांटम कंप्यूटर बनाने के लिए सैकड़ों या हजारों क्यूबिट को उन्हें नियंत्रित करने वाले नियंत्रण इलेक्ट्रॉनिक्स से जोड़ना आवश्यक है। एक पारंपरिक सुपरकंडक्टिंग क्वांटम प्रोसेसर में प्रत्येक क्यूबिट को अपनी माइक्रोवेव नियंत्रण लाइनों और रीडआउट कनेक्शन के सेट की आवश्यकता होती है, जो कमरे के तापमान वाले इलेक्ट्रॉनिक्स से सावधानीपूर्वक डिज़ाइन किए गए क्रायोजेनिक चरणों के माध्यम से चलते हैं और प्रायः निरपेक्ष शून्य के पास काम करने वाले प्रोसेसर तक पहुंचते हैं। जैसे ही क्यूबिट संख्या बढ़ती है, यह वायरिंग आवश्यकता क्वांटम कंप्यूटर को शास्त्रीय प्रणालियों पर व्यावहारिक लाभ के लिए आवश्यक पैमाने तक पहुंचने से पहले ही भौतिक रूप से अप्रबंधनीय बना देने का खतरा देती है।

एक अनुसंधान दल ने अब प्रदर्शित किया है कि एक सुपरकंडक्टिंग क्वांटम प्रोसेसर काफी कम भौतिक कनेक्शन के साथ पूरी संगणनात्मक प्रदर्शन बनाए रख सकता है, एक विधि का उपयोग करके जो नियंत्रण संकेतों को साझा वायरिंग चैनलों में मल्टीप्लेक्स करती है। यह प्रदर्शन क्षेत्र की सबसे जिद्दी स्केलिंग चुनौतियों में से एक को संबोधित करता है, उन आर्किटेक्चर की ओर इशारा करता है जिनमें वायर संख्या क्यूबिट संख्या के सीधे अनुपात के बजाय उप-रेखीय रूप से बढ़ती है।

मल्टीप्लेक्सिंग दृष्टिकोण

यह तकनीक आवृत्ति-विभाजन मल्टीप्लेक्सिंग का उपयोग करती है ताकि एक भौतिक तार के माध्यम से कई क्यूबिट के लिए नियंत्रण संकेतों को मार्ग दिया जा सके। प्रत्येक क्यूबिट को अपने नियंत्रण संकेतों के लिए एक विशिष्ट आवृत्ति बैंड दिया जाता है, जिससे क्रायोजेनिक हार्डवेयर उपयुक्त आवृत्ति चुनकर व्यक्तिगत क्यूबिट को संबोधित कर सकता है, बजाय इसके कि संकेतों को समर्पित व्यक्तिगत कनेक्शन के माध्यम से मार्ग दिया जाए।

तकनीकी चुनौती क्वांटम गेट ऑपरेशन की निष्ठा बनाए रखना है — वह सटीकता जिसके साथ प्रोसेसर गणना करता है — जब विभिन्न क्यूबिट के नियंत्रण संकेत एक ही भौतिक चैनल साझा करते हैं। आवृत्ति बैंड के बीच क्रॉस-टॉक और आवृत्ति-चयनात्मक हार्डवेयर में अपूर्णताएं त्रुटियां पेश कर सकती हैं जो क्यूबिट सुसंगतता को कम करती हैं। अनुसंधान दल ने प्रदर्शित किया कि इन त्रुटि स्रोतों को उन स्तरों पर नियंत्रित किया जा सकता है जो साझा वायरिंग आर्किटेक्चर के बावजूद पूर्ण-निष्ठा संचालन की अनुमति देते हैं।

क्वांटम स्केलिंग के लिए यह महत्वपूर्ण क्यों है

वायरिंग चुनौती केवल एक इंजीनियरिंग असुविधा नहीं है। क्रायोजेनिक रेफ्रिजरेशन सिस्टम जो प्रायः निरपेक्ष शून्य के पास ऑपरेटिंग तापमान बनाए रखते हैं, अपने विभिन्न तापमान चरणों के माध्यम से केवल एक सीमित संख्या में वायरिंग कनेक्शन को भौतिक रूप से समायोजित कर सकते हैं। IBM, Google, और अन्य क्वांटम कंप्यूटिंग नेताओं ने स्पष्ट किया है कि यह बाधा वर्तमान हार्डवेयर आर्किटेक्चर में क्यूबिट संख्या को कितनी जल्दी स्केल किया जा सकता है, इस पर एक मौलिक सीमा का प्रतिनिधित्व करती है।

एक मल्टीप्लेक्स्ड वायरिंग दृष्टिकोण जो भौतिक कनेक्शन संख्या को एक महत्वपूर्ण कारक से कम करता है, मौजूदा रेफ्रिजरेशन हार्डवेयर को आनुपातिकता से अधिक क्यूबिट का समर्थन करने की अनुमति दे सकता है। जैसे-जैसे तकनीक परिपक्व होती है और बार-बार लागू होती है, यह दवा की खोज, सामग्री सिमुलेशन, और क्रिप्टोग्राफिक रूप से प्रासंगिक कंप्यूटिंग जैसे अनुप्रयोगों के लिए आवश्यक पैमाने पर क्वांटम प्रोसेसर तक पहुंचने की दर को काफी हद तक तेज कर सकता है।

पूरक प्रगति और आगे का रास्ता

मल्टीप्लेक्स्ड वायरिंग दृष्टिकोण अन्य स्केलिंग तकनीकों के पूरक है: क्वांटम त्रुटि सुधार, लंबी सुसंगतता समय के लिए बेहतर क्यूबिट निर्माण, और सूचना आंदोलन ओवरहेड को कम करने वाली नई प्रोसेसर आर्किटेक्चर। वायरिंग बाधा को हल करना इन प्रगति के समानांतर चल रहा है, जिसका अर्थ है कि स्केलिंग बाधाओं पर एक साथ कई कोणों से आक्रमण किया जा रहा है।

अनुसंधान समुदाय की क्वांटम प्रदर्शन विशेषताओं का त्याग किए बिना इंजीनियरिंग बाधाओं पर महत्वपूर्ण प्रगति करने की क्षमता क्षेत्र की परिपक्वता का एक महत्वपूर्ण संकेतक है। प्रारंभिक क्वांटम प्रोसेसर ने अवधारणा का प्रमाण दिया लेकिन व्यावहारिक सीमाओं के साथ संघर्ष किया जो उपयोगिता को सीमित करते हैं। इन इंजीनियरिंग चुनौतियों को क्वांटम गुणों को बनाए रखते हुए हल करना वह है जो एक प्रयोगशाला की जिज्ञासा को वास्तविक दुनिया के तैनाती का एक विश्वसनीय पथ वाली तकनीक से अलग करता है — और यह वायरिंग सफलता उस दिशा में एक अर्थपूर्ण कदम का प्रतिनिधित्व करती है।

यह लेख Phys.org द्वारा रिपोर्टिंग पर आधारित है। मूल लेख पढ़ें.