क्वांटम संगणनातील सर्वात कठीण trade-off पैकी एक आता थोडा सैल होताना दिसतो
क्वांटम संगणन कंपन्यांसमोर दीर्घकाळ एक संरचनात्मक निवड होती. एक गट chipmaking techniques वापरून manufacture करता येतील अशा electronic systems मध्ये qubits तयार करतो, ज्यातून scale आणि repeatability चे आश्वासन मिळते. दुसरा गट atoms किंवा photons वर अवलंबून असतो; त्यांना हाताळणे कठीण असले तरी qubits हलवण्याची आणि अधिक adaptable प्रकारे त्यांना जोडण्याची flexibility मिळते.
या आठवड्यात अधोरेखित केलेले संशोधन एका संभाव्य मधल्या मार्गाकडे निर्देश करते. अहवालित कामानुसार, quantum dots मध्ये साठवलेले spin qubits एक quantum dot मधून दुसऱ्या quantum dot मध्ये quantum माहिती न गमावता हलवता येतात, हे वैज्ञानिकांनी दाखवले. ही क्षमता पुढे विकसित झाली तर semiconductor-style manufacturing साठी आधीपासून आकर्षक असलेल्या platform मध्ये atom- आणि ion-based systems चा एक मौल्यवान गुण आणू शकते.
म्हणूनच हा निकाल महत्त्वाचा आहे. क्वांटम संगणन म्हणजे फक्त एकेक करून चांगले qubits तयार करण्याची शर्यत नाही. ही मोठ्या संख्येने उपयोगी qubits अशा systems मध्ये एकत्र करण्याची शर्यत आहे जी error correction आणि अखेरीस उपयुक्त computation समर्थ करू शकतील. Connectivity या प्रयत्नाच्या केंद्रस्थानी आहे, आणि fixed wiring ही electronic qubit platforms वरील मोठ्या मर्यादांपैकी एक ठरली आहे.
क्वांटम hardware मध्ये movement का महत्त्वाचे आहे
atom- आणि ion-based architectures मध्ये qubits अनेकदा उच्च flexibility सह reposition करता येतात किंवा इतर मार्गांनी जोडता येतात. याचा अर्थ असा की गरजेनुसार एका qubit ला अनेक इतर qubits सोबत entangle करता येते, जे error-correction schemes अंमलात आणताना उपयुक्त आहे. याच्या उलट, conventional electronic devices मध्ये तयार केलेले qubits सामान्यतः manufacturing दरम्यान ठरवलेल्या geometry आणि wiring ला बांधलेले असतात. त्यांची connections बहुतेक आधीपासूनच निश्चित असतात.
ही rigidity एक bottleneck निर्माण करते. वेगवेगळ्या error-correction methods ना वेगवेगळ्या interaction patterns चा फायदा होतो, आणि सुरुवातीपासून locked-in connectivity असलेली system कमी adaptable ठरू शकते. qubits ला जागांदरम्यान हलवण्याची क्षमता chip च्या आत अधिक dynamic interaction patterns शक्य करून हे बदलू शकते.
अहवालित काम quantum dots वर केंद्रित आहे, ज्या अत्यंत लहान जागेत electrons बंदिस्त करणाऱ्या सूक्ष्म रचना आहेत. या systems मध्ये एक qubit एकाच electron च्या spin मध्ये encode करता येतो, जो up state, down state, किंवा दोन्हींच्या superposition मध्ये असू शकतो. quantum dots chip fabrication प्रक्रियांमध्ये एकत्रित करता येतात आणि दाटपणे पॅक करता येतात, म्हणून त्या मोठ्या प्रमाणावर manufacturing साठी आकर्षक आहेत.
Quantum dots चे आश्वासन आणि आव्हान
Quantum dots आधीच एक प्रभावी प्रस्ताव देतात. त्या electronic manufacturing शी सुसंगत आहेत, आणि संशोधकांनी gates आणि control structures सह अनेक dots असलेले chips तयार केले आहेत. सिद्धांततः, त्यामुळे त्या scale-up साठी मजबूत उमेदवार ठरतात.
पण electrons-आधारित spin qubits नाजूक असतात. पर्यावरणीय disturbance encoded state बिघडवू शकते, आणि coherence टिकवत अनेक qubits नियंत्रित करणे अजूनही कठीण आहे. एखादा platform स्वतंत्रपणे चांगला चालत असला तरी पूर्ण machine तयार करण्यासाठी stable single-qubit behavior पेक्षा अधिक काही लागते. एकाच वेळी अनेक qubits मधील interactions मांडण्यासाठी व्यावहारिक मार्ग आवश्यक असतो.
इथेच नवीन निकाल वेगळा ठरतो. एका quantum dot वरून दुसऱ्या dot वर qubit त्याची quantum माहिती न गमावता हलवणे ही फक्त transport trick नाही. ते semiconductor-based quantum hardware मध्ये connectivity कडे पाहण्याचा वेगळा मार्ग सुचवते. प्रत्येक qubit ला कायमस्वरूपी पत्त्याशी बांधलेली गोष्ट मानण्याऐवजी, designers भविष्यात manufactured device मधून quantum information अधिक flexibly route करू शकतील.
“दोन्ही जगांचे सर्वोत्तम” याचा अर्थ काय असू शकतो
या निकालाचे आकर्षण सोपे आहे. quantum dots मोठ्या प्रमाणावर manufacture करता येत असतील आणि quantum information transport ला देखील समर्थन देत असतील, तर field ला सामान्यतः निवडावी लागणारी दोन वैशिष्ट्ये एकत्र येऊ शकतात: manufacturability आणि flexible geometry.
त्यामुळे उरलेली तांत्रिक आव्हाने नाहीशी होत नाहीत. movement शक्य आहे हे दाखवणे म्हणजे fault-tolerant quantum computing साठी पूर्ण architecture असणे नाही. Systems ना अजूनही reliable control, कमी error rates, आणि transport ला मोठ्या operational routines मध्ये समाकलित करण्याचा मार्ग लागेल. Quantum technology मध्ये promising result पासून practical machine पर्यंतचा मार्ग लांब असतो, आणि प्रत्येक प्रगती पुढील engineering obstacle उघड करते.
तरीही, काही advances महत्त्वाच्या असतात कारण त्या design space उघडतात. हे त्यापैकी एक वाटते. संशोधन सूचित करते की semiconductor-based qubits आपल्या मूळ layout मर्यादांमध्ये अडकून राहणे आवश्यक नाही. encoded state जपून त्यांना हलवता आले, तर त्या rigid circuit मधील fixed nodes पेक्षा अधिक बनतात.
उद्योगासाठी याचा अर्थ
क्वांटम संगणन कंपन्या तीव्रपणे भिन्न hardware strategies पाठपुरावा करीत आहेत, कारण scale, quality, control, आणि manufacturability यांमधील core tensions अजून कोणत्याही single platform ने सोडवल्या नाहीत. या dimensions पैकी एका मध्ये प्रगती बहुतेकदा दुसऱ्याच्या किंमतीवर येते. या trade-offs कमी करणारे research, अजून सुरुवातीच्या टप्प्यात असले तरी, लक्ष देण्यासारखे आहे.
मोठ्या उद्योगासाठी, या कामाचे महत्त्व immediate commercialization पेक्षा roadmap implications मध्ये अधिक आहे. Semiconductor-compatible qubits नेहमी mass production ची कथा देत आले आहेत. पण त्यांच्याकडे atom-based systems कडे असलेली स्वातंत्र्यपूर्ण लवचिकता कमी होती. संशोधक या निकालावर पुढे काम करू शकले तर quantum dots केवळ bulk मध्ये तयार करता येतात म्हणूनच नव्हे, तर अधिक rich system design ला समर्थन देऊ शकतात म्हणूनही अधिक स्पर्धात्मक होऊ शकतात.
क्वांटम क्षेत्र अजूनही स्पर्धात्मक दावे आणि अपूर्ण prototypes ने भरलेले आहे. अशा पार्श्वभूमीवर, आधीपासून माहित असलेल्या architectural weakness ला थेट संबोधित करणाऱ्या निकालाचे असामान्य महत्त्व आहे. यामुळे शर्यत संपत नाही, पण field मधील सर्वात promising manufacturing-friendly approaches पैकी एक नवीन degree of freedom मिळवू शकते, असे सूचित होते.
पुढची परीक्षा
आता मुख्य प्रश्न असा आहे की moving spin qubits ला मोठ्या quantum processors चा repeatable, scalable component बनवता येईल का. उत्तर होय असेल, तर quantum dots compromise न राहता अशा platform मध्ये रूपांतरित होऊ शकतात जी field समोर अनेक आघाड्यांवर उभी राहू शकेल.
म्हणूनच हा निकाल lab च्या पलीकडेही प्रतिध्वनित होतो. क्वांटम संगणन अजूनही trade-offs नेच परिभाषित आहे. त्या रेषा वाकवू लागणारे कोणतेही research लक्ष देण्यासारखे आहे.
हा लेख Ars Technica च्या रिपोर्टिंगवर आधारित आहे. मूळ लेख वाचा.
Originally published on arstechnica.com
