मोठ्या रेणवीय सिम्युलेशनचा विक्रम क्वांटम हार्डवेअरपेक्षा टीमवर्कमधूनच आला
क्वांटम संगणकांनी रेणवीय सिम्युलेशनमध्ये एक नवा टप्पा गाठला आहे, पण ही कामगिरी जितकी क्वांटम प्रगतीबद्दल आहे, तितकीच हायब्रिड कंप्युटिंगबद्दलही आहे. Cleveland Clinic, IBM आणि Japan’s RIKEN येथील संशोधकांनी दोन IBM Heron क्वांटम संगणकांसह Fugaku आणि Miyabi-G सुपरकंप्युटरचा वापर करून रेणूंच्या गुणधर्मांचे अभूतपूर्व प्रमाणावर सिम्युलेशन केले, ज्यामध्ये 12,635 अणूंचा एक रेणूही होता.
New Scientist मधील अहवालानुसार, क्वांटम हार्डवेअर वापरून सिम्युलेट केलेला हा आतापर्यंतचा सर्वात मोठा रेणू आहे, आणि तो मागील विक्रमधारकापेक्षा सुमारे 40 पट मोठा आहे. हे काम दोन प्रोटीन-लिगँड कॉम्प्लेक्सवर केंद्रित होते; ही प्रणाली महत्त्वाची आहे कारण त्यांच्या इलेक्ट्रॉनिक गुणधर्मांचे आकलन औषध शोध आणि बायोमेडिकल संशोधनासाठी मध्यवर्ती आहे.
या परिणामाचा अर्थ असा नाही की आता क्वांटम संगणक रसायनशास्त्रासाठी पारंपरिक मशीनची जागा घेऊ शकतात. प्रत्यक्षात, याउलट शिकवण अधिक उपयुक्त आहे: आजची क्वांटम उपकरणे अजूनही लहान आणि त्रुटिप्रवण आहेत, त्यामुळे ती ही समस्या स्वतंत्रपणे सोडवू शकत नाहीत; पण मोठ्या क्लासिकल वर्कफ्लोमध्ये बसवल्यास ती अजूनही मूल्य वाढवू शकतात. हाच या प्रात्यक्षिकाला महत्त्वाचा बनवतो. हे क्वांटम advantage साठी एक व्यावहारिक जवळच्या काळातील मार्ग दाखवते, जरी तो advantage अजून मर्यादित आणि मोठ्या प्रमाणावर सहाय्यित असला तरी.
हायब्रिड पद्धत कशी काम केली
टीमने सिम्युलेशन चार यंत्रांमध्ये विभागले. क्वांटम संगणकांनी रेणूंच्या तुकड्यांच्या विशिष्ट गुणधर्मांशी संबंधित निवडक गणना हाताळल्या, तर सुपरकंप्युटरने मॉडेलिंगचे इतर भाग सांभाळले आणि विस्तृत संगणकीय प्रक्रियेचे समन्वय केले. हा कार्यप्रवाह क्वांटम आणि क्लासिकल प्रणालींमध्ये 100 तासांहून अधिक वेळ चालत होता.
ही रचना क्षेत्राच्या सध्याच्या स्थितीचे प्रतिनिधित्व करते. इलेक्ट्रॉनच्या वर्तनासारख्या क्वांटम-यांत्रिक समस्यांसाठी क्वांटम उपकरणे स्वाभाविकपणे योग्य आहेत, पण त्यांना अजूनही noise, मर्यादित qubit संख्या आणि अंमलबजावणीच्या अडचणींचा सामना करावा लागतो. याउलट, सुपरकंप्युटर विश्वासार्ह आणि प्रचंड शक्तिशाली असतात, पण सर्वात कठीण क्वांटम रसायनशास्त्राच्या कामांसाठी त्यांना अनेकदा अंदाजांची गरज असते. हायब्रिड आर्किटेक्चर या ताकदी एकत्र आणण्याचा प्रयत्न करते, पूर्णपणे-क्वांटम भविष्याची वाट पाहण्याऐवजी, जे अजूनही काही वर्षे दूर असू शकते.
संशोधकांनी रेणूंच्या सभोवती पाण्याचा थरही समाविष्ट केला, ज्यामुळे सिम्युलेशन वास्तव प्रयोगशाळा परिस्थितीच्या अधिक जवळ आले. हे महत्त्वाचे आहे कारण अनेक जैविकदृष्ट्या संबंधित परस्परक्रिया पर्यावरणावर मोठ्या प्रमाणावर अवलंबून असतात. केवळ अणूंच्या संख्येवर मोजलेला विक्रम, प्रणाली संदर्भातून काढून टाकली तर, कमी अर्थपूर्ण ठरेल. येथे स्रोत मजकूर वैज्ञानिकदृष्ट्या संबंधित, केवळ मोठा नाही, असा बेंचमार्क तयार करण्याच्या प्रयत्नाचा संकेत देतो.
रेणवीय सिम्युलेशन का महत्त्वाचे आहे
क्वांटम संगणनाच्या सर्वाधिक उद्धृत वापरांपैकी एक म्हणजे रसायनशास्त्राचे सिम्युलेशन. इलेक्ट्रॉन, बंध आणि रेणवीय ऊर्जा ही सगळी क्वांटम प्रणाली आहेत, त्यामुळे सैद्धांतिकदृष्ट्या क्वांटम हार्डवेअर त्यांचे वर्णन करण्यासाठी अधिक नैसर्गिक भाषा देते. अशी सिम्युलेशने पुरेशी अचूक आणि विस्तारक्षम झाली, तर ती औषधे, उत्प्रेरक आणि पदार्थांचा शोध सुधारू शकतात.
ही शक्यता अनेक वर्षांपासून स्पष्ट आहे, पण प्रगती हार्डवेअरच्या वास्तवामुळे मर्यादित राहिली आहे. “आतापर्यंतचा सर्वात मोठा रेणू” हे वाक्य नाट्यमय वाटते, पण हे क्षेत्र अनेकदा काळजीपूर्वक रचलेल्या प्रात्यक्षिकांद्वारे पुढे गेले आहे, ज्यामध्ये क्वांटम प्रोसेसर मोठ्या समस्येचा लहान, रणनीतीने निवडलेला भाग हाताळतो. हा नवा निकाल त्याच नमुन्यात बसतो, पण आधीपेक्षा खूपच महत्त्वाकांक्षी प्रमाणावर.
म्हणूनच हे काम दोन रेणूंविषयी स्वतंत्र वैज्ञानिक उत्तरापेक्षा, उपयोगी विभाजन धोरणे सुधारत आहेत याचे संकेत म्हणून अधिक महत्त्वाचे आहे. संशोधकांनी नेमके कोणते उपसमस्या क्वांटम उपचारातून लाभतात हे ओळखून, ती निष्कर्षे क्लासिकल पाइपलाइनमध्ये कार्यक्षमतेने परत दिली, तर fault-tolerant क्वांटम संगणकांची वाट पाहावी लागणार नाही आणि प्रत्यक्ष वैज्ञानिक कार्यप्रवाहांवर परिणाम होऊ लागेल.
हे काय सिद्ध करते आणि काय नाही
पुरवलेल्या स्रोत मजकुरातून एक स्पष्ट निष्कर्ष समोर येतो: हायब्रिड क्वांटम-क्लासिकल प्रणाली आता पूर्वीच्या क्वांटम हार्डवेअर विक्रमांपेक्षा खूपच मोठ्या प्रमाणात रेणवीय सिम्युलेशनमध्ये भाग घेऊ शकतात. पण यावरून आपोआप हे सिद्ध होत नाही की ही पद्धत खर्च, अचूकता किंवा वेगाच्या बाबतीत सर्वोत्तम क्लासिकल पद्धतींपेक्षा आधीच श्रेष्ठ आहे, किंवा आजच औद्योगिक प्रथा बदलून टाकते.
हा फरक महत्त्वाचा आहे. विक्रम करणारी प्रात्यक्षिके मौल्यवान असतात, पण प्रत्येक टप्पा म्हणजे तात्काळ व्यावसायिक उपयोग असे समजले गेले, तर त्यांचा गैरसमज होऊ शकतो. येथे अधिक बचावात्मक अर्थ असा आहे की संशोधक सध्याच्या noisy क्वांटम मशीन आणि रसायनशास्त्र व वैद्यकशास्त्रातील महत्त्वाच्या समस्यांमध्ये एक कार्यक्षम पूल उभारत आहेत.
वेगवेगळ्या संस्थांतील दोन Heron प्रणालींचा वापर आणखी एका व्यावहारिक थीमकडे निर्देश करतो: क्वांटम संगणन आता प्रयोगशाळेतील कुतूहल न राहता, वितरित संशोधन पायाभूत सुविधेचा भाग बनत आहे. मोठ्या सुपरकंप्युटिंग केंद्रांसोबत जोडल्यावर, क्वांटम प्रोसेसरना व्यापक वैज्ञानिक संगणन पाइपलाइनमधील विशेष अॅक्सेलरेटर म्हणून पाहता येते.
क्षेत्रासाठी महत्त्व
क्वांटम संगणनासाठी, क्षेत्राला अशाच परिणामांची अधिक गरज आहे: विशिष्ट, तांत्रिकदृष्ट्या विश्वसनीय आणि अर्थपूर्ण वापरप्रकरणाशी जोडलेला. हा परिणाम कोणतीही क्रांती अतिशयोक्तीने मांडत नाही, पण जिथे हायप अनेकदा हार्डवेअरपेक्षा पुढे गेला आहे, अशा क्षेत्रात पुढे जाण्याची गती दाखवतो. IBM, Cleveland Clinic आणि RIKEN यांच्यातील सहकार्यही हेच दाखवते की प्रगती कशी होईल: हार्डवेअर निर्माते, सुपरकंप्युटिंग संस्था आणि अनुप्रयोग-केंद्रित संशोधक यांच्या आघाड्यांमधून.
औषध शोध आणि बायोमेडिकल मॉडेलिंगसाठी, तातडीचे परिणाम अजूनही शोधपर आहेत. पण हायब्रिड वर्कफ्लो सुधारत गेले, तर वैज्ञानिक अधिक विश्वासार्हतेने अभ्यास करू शकतील अशा रेणू आणि परस्परक्रियांची व्याप्ती ते हळूहळू वाढवू शकतात. binding behavior आणि रेणवीय ऊर्जात्मकता समजण्यात झालेल्या छोट्या सुधारणा देखील उमेदवार संयुगांना प्राधान्य देण्याच्या पद्धतीवर परिणाम करू शकतात, म्हणून हे महत्त्वाचे ठरते.
गाभ्याचा संदेश असा आहे की क्वांटम संगणनाचे भविष्य बदलून नव्हे, तर एकत्रीकरणातून, हळूहळू येऊ शकते. हे विक्रमी आकाराचे रेणवीय सिम्युलेशन त्या दिशेतील एक पाऊल आहे. क्वांटम संगणक एकट्याने जिंकला नाही. त्याला तशी गरजही नव्हती.
हा लेख New Scientist च्या अहवालावर आधारित आहे. मूळ लेख वाचा.