क्वांटम संगणनामध्ये वायरिंग समस्या
उपयोगी क्वांटम संगणक तयार करण्यासाठी शत किंवा हजारो क्यूबिट्स त्यांच्या नियंत्रण इलेक्ट्रॉनिक्सशी जोडणे आवश्यक आहे. परंपरागत सुपरकंडक्टिंग क्वांटम प्रोसेसरमध्ये प्रत्येक क्यूबिटला तिचे स्वतःचे मायक्रोवेव्ह नियंत्रण लाईन आणि रीडआउट कनेक्शनचे संच आवश्यक आहे, जे खोली-तापमान इलेक्ट्रॉनिक्सपासून काळजीपूर्वक डिজाइन केलेल्या क्रायोजेनिक टप्प्यांद्वारे चालवले जाते आणि परिपूर्ण शून्याच्या जवळ कार्यरत प्रोसेसरमध्ये पोहोचते. क्यूबिटची संख्या वाढली की, ही वायरिंग आवश्यकता क्वांटम संगणकांना चिरंतन संगणकांवर व्यावहारिक लाभ मिळण्यासाठी आवश्यक असलेल्या आकारामध्ये पोहोचण्याच्या आधीच भौतिकदृष्ट्या अपरिचालनीय बनवण्याचा धोका दिसतो.
संशोधन दलाने आता प्रदर्शित केले आहे की सुपरकंडक्टिंग क्वांटम प्रोसेसर नाटकीयरित्या कमी भौतिक कनेक्शनसह पूर्ण संगणकीय कार्यक्षमता बनवून ठेवू शकतो, एक पद्धत वापरून जी नियंत्रण सिग्नल सामायिक वायरिंग चॅनेलमध्ये एकत्रित करते. हे प्रदर्शन क्षेत्रातील सर्वात हट्टी स्केलिंग आव्हानांपैकी एकाचा सामना करते, असे वास्तुकला दिशेने निर्देश करते ज्यामध्ये वायर संख्या क्यूबिट संख्येच्या थेट प्रमाणाऐवजी उप-रेखीयरित्या वाढते.
मल्टीप्लेक्सिंग पद्धत
ही तंत्र वारंवारता-विभाजन मल्टीप्लेक्सिंग वापरते एक भौतिक वायर द्वारे एकाधिक क्यूबिटसाठी नियंत्रण सिग्नल राउट करण्यासाठी. प्रत्येक क्यूबिटला त्याच्या नियंत्रण सिग्नलसाठी एक विशिष्ट वारंवारता बँड असे सांगितले जाते, क्रायोजेनिक हार्डवेअरला योग्य वारंवारता निवडून वैयक्तिक क्यूबिट्स संबोधित करण्यास अनुमती देते उर्वरित वायरिंगद्वारे सिग्नल राउट करण्याऐवजी.
तांत्रिक आव्हान म्हणजे क्वांटम गेट ऑपरेशनची निष्ठा राखणे — प्रोसेसर जी अचूकता सोबत संगणन कार्यान्वित करतो — जेव्हा विविध क्यूबिटसाठी नियंत्रण सिग्नल समान भौतिक चॅनेल सामायिक करतात. वारंवारता बँडमधील क्रॉस-टॉक आणि वारंवारता-निवडक हार्डवेअरमधील अपूर्णतांमुळे क्यूबिट सुसंगतता कमी होणारी त्रुटी येऊ शकते. संशोधन दलाने प्रदर्शित केले की हे त्रुटी स्त्रोत सामायिक वायरिंग आर्किटेक्चर असूनही पूर्ण-निष्ठा ऑपरेशन परवानगी देणारे स्तरावर नियंत्रित केले जाऊ शकतात.
क्वांटम स्केलिंगसाठी हे महत्वाचे का आहे
वायरिंग आव्हान फक्त अभियांत्रिकी अडचण नाही. क्रायोजेनिक रिफ्रिजरेशन सिस्टम्स जे परिपूर्ण शून्याच्या जवळ ऑपरेटिंग तापमान राखतात ते भौतिकदृष्ट्या त्यांच्या विविध तापमान टप्प्यांमधून मर्यादित संख्येने वायरिंग कनेक्शन मिठवू शकतात. IBM, Google, आणि इतर क्वांटम संगणन नेते स्वच्छपणे म्हणाले आहेत की हे अडथळा सध्याच्या हार्डवेअर आर्किटेक्चरमध्ये क्यूबिट्स किती लवकर स्केल करू शकतो ते मूलभूत मर्यादा दर्शवते.
एक मल्टीप्लेक्स वायरिंग पद्धत जी भौतिक कनेक्शन संख्या लक्षणीय घटकाने कमी करते ती विद्यमान रिफ्रिजरेशन हार्डवेअरला आनुपातिकपणे अधिक क्यूबिट्स समर्थन करण्यास परवानगी देईल. जसे प्रौद्योगिकी परिपक्व होते तसे वारंवार लागू केल्यास, यामुळे औषध शोध, साहित्य सिमुलेशन, आणि क्रिप्टोग्राफिकदृष्ट्या प्रासंगिक संगणनांसाठी आवश्यक आकारामध्ये क्वांटम प्रोसेसर पोहोचण्याचा दर लक्षणीयरित्या वेगवान केला जाऊ शकतो.
पूरक प्रगती आणि पुढचा मार्ग
मल्टीप्लेक्स वायरिंग पद्धत इतर स्केलिंग तंत्रांशी पूरक आहे: क्वांटम त्रुटी सुधार, लांब सुसंगतता वेळांसाठी सुधारित क्यूबिट फॅब्रिकेशन, आणि माहिती हालचाल ओव्हरहेड कमी करणारी नवीन प्रोसेसर आर्किटेक्चर. वायरिंग अडथळ्याचे समाधान याच्या समांतरपणे आहे म्हणजे स्केलिंग मर्यादा एकाच वेळी बहु-कोनातून आक्रमण केल्या जात आहेत.
संशोधन समुदायाची क्वांटम कार्यप्रदर्शन वैशिष्ट्य त्यागाशिवाय अभियांत्रिकी अडचणांवर लक्षणीय प्रगती करण्याची क्षमता हे क्षेत्राच्या परिपक्वतेचा महत्वाचा सूचक आहे. अगोदरच्या क्वांटम प्रोसेसरांनी संकल्पनेचा पुरावा प्रदर्शित केला परंतु व्यावहारिक मर्यादांसोबत संघर्ष केला जे उपयोगिता मर्यादित केली. त्या अभियांत्रिकी आव्हानांचे समाधान करणे क्वांटम गुणधर्म राखून हे आहे जे प्रयोगशाळेच्या कुतुहलाला वास्तविक-जगत स्थापनेचा विश्वासार्ह मार्ग असलेली तंत्र वेगळे करते — आणि ही वायरिंग प्रगती त्या दिशेकडे एक अर्थवान पाऊल दर्शवते.
हा लेख Phys.org द्वारे रिपोर्टिंग वर आधारित आहे. मूळ लेख वाचा.
