குவாண்டம் கணினிகள் சூப்பர்கம்ப்யூட்டர்களின் உதவியுடன் பதிவுச்சிறப்பு அளவிலான மூலக்கூறை சிமுலேட் செய்தன

பெரிய மூலக்கூறு சிமுலேஷன் பதிவு, குவாண்டம் ஹார்ட்வேரால் மட்டுமன்றி குழுப்பணியால் வந்தது

குவாண்டம் கணினிகள் மூலக்கூறு சிமுலேஷனில் புதிய மைல்கல்லை எட்டியுள்ளன, ஆனால் அந்த சாதனை குவாண்டம் முன்னேற்றத்தைப் போலவே ஹைப்ரிட் கம்ப்யூட்டிங்கைப் பற்றியும் அதிகமாக பேசுகிறது. Cleveland Clinic, IBM மற்றும் Japan’s RIKEN ஆகிய நிறுவனங்களின் ஆராய்ச்சியாளர்கள் இரண்டு IBM Heron குவாண்டம் கணினிகளையும் Fugaku மற்றும் Miyabi-G சூப்பர்கம்ப்யூட்டர்களையும் இணைத்து, 12,635 அணுக்கள் கொண்ட ஒரு மூலக்கூறு உட்பட, மூலக்கூறுகளின் பண்புகளை முன்னெப்போதும் இல்லாத அளவில் சிமுலேட் செய்தனர்.

New Scientist வெளியிட்ட அறிக்கையின்படி, இது இதுவரை குவாண்டம் ஹார்ட்வேரைப் பயன்படுத்தி சிமுலேட் செய்யப்பட்ட மிகப்பெரிய மூலக்கூறு; முந்தைய பதிவை விட சுமார் 40 மடங்கு பெரியது. இந்த வேலை இரண்டு புரோட்டீன்-லிகேண்ட் காம்ப்ளெக்ஸ்களை மையமாகக் கொண்டது, ஏனெனில் அவற்றின் மின்னியல் பண்புகளைப் புரிந்துகொள்வது மருந்து கண்டுபிடிப்பு மற்றும் பயோமெடிக்கல் ஆராய்ச்சிக்குத் தீவிர முக்கியத்துவம் உடையது.

இந்த முடிவு, குவாண்டம் கணினிகள் இப்போது ரசாயனத்துக்கான பாரம்பரிய இயந்திரங்களை மாற்றிவிட முடியும் என்பதைக் குறிக்கவில்லை. உண்மையில், அதற்கு மாறான பாடமே அதிக பயனுள்ளது: இன்றைய குவாண்டம் சாதனங்கள் இன்னும் சிறியதும் பிழைகளுக்கு உட்படுபவையுமாக இருப்பதால், இப்பிரச்சினைகளை தனியாகத் தீர்க்க முடியாது; ஆனால் பெரிய கிளாசிக்கல் வேலைநெறிக்குள் சேர்க்கப்படும்போது மதிப்பைச் சேர்க்க முடியும். இதுவே இந்தக் காண்பிப்பை முக்கியமானதாக ஆக்குகிறது. குவாண்டம் ஆதாயத்திற்கான நடைமுறை சார்ந்த உடனடி பாதையை இது சுட்டிக்காட்டுகிறது, அந்த ஆதாயம் இப்போதைக்கு குறுகியதும் அதிக உதவியை நாடுவதுமானதாக இருந்தாலும் கூட.

ஹைப்ரிட் அணுகுமுறை எப்படி வேலை செய்தது

குழு சிமுலேஷனை நான்கு இயந்திரங்களில் பிரித்தது. குவாண்டம் கணினிகள் மூலக்கூறு துண்டுகளின் குறிப்பிட்ட பண்புகளை உள்ளடக்கிய தேர்ந்தெடுக்கப்பட்ட கணக்கீடுகளை கையாள்ந்தன; சூப்பர்கம்ப்யூட்டர்கள் மாதிரிப்பின் பிற பகுதிகளை நிர்வகித்து, விரிவான கணக்கீட்டு செயல்முறையை ஒருங்கிணைத்தன. இந்த வேலைநெறி குவாண்டம் மற்றும் கிளாசிக்கல் அமைப்புகளுக்கு இடையே 100 மணி நேரத்திற்கும் மேலாக முன்னும் பின்னுமாக நகர்ந்தது.

இந்த அமைப்பு துறையின் தற்போதைய நிலையை பிரதிபலிக்கிறது. எலக்ட்ரான் நடத்தை போன்ற குவாண்டம்-யாந்திரிகப் பிரச்சினைகளுக்கு குவாண்டம் சாதனங்கள் இயல்பாகப் பொருத்தமானவை, ஆனால் அவை இன்னும் noise, குறைந்த qubit எண்ணிக்கை மற்றும் செயல்பாட்டு கட்டுப்பாடுகளால் பாதிக்கப்படுகின்றன. இதற்கு மாறாக, சூப்பர்கம்ப்யூட்டர்கள் நம்பகமானதும் மிகுந்த சக்திவாய்ந்ததும், ஆனால் மிகக் கடினமான குவாண்டம் ரசாயன பணிகளுக்கு பெரும்பாலும் அணுகுமுறைகள்/approximation களைத் தேவைப்படுத்துகின்றன. ஹைப்ரிட் கட்டமைப்பு, முழுமையான குவாண்டம் எதிர்காலத்தைக் காத்திருப்பதற்குப் பதிலாக, அந்த பலங்களை ஒன்றிணைக்க முயல்கிறது; அந்த எதிர்காலம் இன்னும் பல ஆண்டுகள் தூரத்தில் இருக்கலாம்.

ஆராய்ச்சியாளர்கள் மூலக்கூறுகளைச் சுற்றி ஒரு நீர்ப்படலத்தையும் சேர்த்தனர்; இது சிமுலேஷனை உண்மையான ஆய்வக சூழல்களுக்குப் பிரதிபலித்தது. பல உயிரியல் தொடர்புகள் சூழல்மீது மிகுந்த சார்புடன் இருப்பதால், இது முக்கியம். அணுக்களின் எண்ணிக்கையால் மட்டுமே அளவிடப்படும் ஒரு பதிவு, அமைப்பு சூழலிலிருந்து பிரிக்கப்பட்டால் குறைவாக அர்த்தமுள்ளதாக இருக்கும். இங்கு, மூல உரை வெறும் பெரியதாக அல்ல, அறிவியல் ரீதியாக பொருத்தமான பெஞ்ச்மார்க்கை உருவாக்கும் முயற்சியைச் சுட்டிக்காட்டுகிறது.

மூலக்கூறு சிமுலேஷன் ஏன் முக்கியம்

குவாண்டம் கம்ப்யூட்டிங்கின் மிகவும் அடிக்கடி குறிப்பிடப்படும் பயன்பாடுகளில் ஒன்று ரசாயனத்தை சிமுலேட் செய்வதுதான். எலக்ட்ரான்கள், பந்தங்கள் மற்றும் மூலக்கூறு ஆற்றல்கள் குவாண்டம் அமைப்புகள்; அதனால் அவற்றை விவரிக்க குவாண்டம் ஹார்ட்வேர், கோட்பாட்டில், சிறந்த இயல்பான மொழியை வழங்குகிறது. இத்தகைய சிமுலேஷன்கள் போதுமான துல்லியமும் அளவளாவலுமாக மாறினால், மருந்துகள், ஊக்கிகள் மற்றும் பொருட்கள் தேடலை மேம்படுத்த முடியும்.

இந்த வாக்குறுதி பல ஆண்டுகளாக தெளிவாகவே இருந்தாலும், முன்னேற்றம் ஹார்ட்வேர் நிஜத்தால் கட்டுப்படுத்தப்பட்டுள்ளது. “இதுவரை மிகப்பெரிய மூலக்கூறு” என்ற சொற்றொடர் நாடகமயமாக தோன்றலாம்; ஆனால் இந்தத் துறை பெரும்பாலும் கவனமாக அமைக்கப்பட்ட காட்சிப்படுத்தல்கள்மூலம் முன்னேறியுள்ளது, அதில் குவாண்டம் புராசஸர்கள் பெரிய பிரச்சினையின் சிறிய, தந்திரமான பகுதியை மட்டும் கையாளுகின்றன. இந்த புதிய முடிவு அந்தப் pattern-ஐ பின்பற்றுகிறது, ஆனால் முந்தையதைவிட மிகப் பேராசிரியமான அளவில்.

எனவே, இந்த வேலை இரண்டு மூலக்கூறுகள் குறித்த தனித்த அறிவியல் பதிலாக அல்ல; பயனுள்ள பிரிவாக்க உத்திகள் மேம்பட்டு வருகின்றன என்ற சைகையாகவே முக்கியமானது. எந்த துணைப் பிரச்சினைகள் குவாண்டம் சிகிச்சையால் பயன் பெறுகின்றன என்பதை ஆராய்ச்சியாளர்கள் துல்லியமாகக் கண்டறிந்து, அந்த முடிவுகளை கிளாசிக்கல் pipeline-களில் திறம்பட மீண்டும் சேர்க்க முடிந்தால், fault-tolerant குவாண்டம் கணினிகள் வரும்வரை காத்திருக்காமலேயே உண்மையான அறிவியல் வேலைநெறிகளில் முன்னேற்றம் உருவாகலாம்.

இது என்ன நிரூபிக்கிறது, என்ன நிரூபிக்கவில்லை

கொடுக்கப்பட்ட மூல உரை ஒரு தெளிவான முடிவை ஆதரிக்கிறது: ஹைப்ரிட் குவாண்டம்-கிளாசிக்கல் அமைப்புகள் இப்போது முந்தைய குவாண்டம் ஹார்ட்வேர் பதிவுகளை விட அதிக அளவிலான மூலக்கூறு சிமுலேஷன்களில் பங்கேற்க முடியும். ஆனால், இந்த அணுகுமுறை ஏற்கனவே செலவு, துல்லியம் அல்லது வேகத்தில் சிறந்த கிளாசிக்கல் முறைகளை மீறுகிறது, அல்லது இன்று தொழில்துறை நடைமுறையை மாற்றுகிறது என்பதை இது தானாக நிரூபிப்பதில்லை.

அந்த வேறுபாடு முக்கியமானது. பதிவுகளை அமைக்கும் காட்சிப்படுத்தல்கள் மதிப்புடையவை, ஆனால் ஒவ்வொரு மைல்கல்லும் உடனடி வணிகப் பயன்பாடு என்று வாசகர்கள் கருதினால் அவை தவறாகப் புரிந்துகொள்ளப்படலாம். இங்கு, மேலும் நியாயமான விளக்கம் என்னவெனில், ஆராய்ச்சியாளர்கள் இன்றைய சத்தமுள்ள குவாண்டம் இயந்திரங்களுக்கும் ரசாயனமும் மருத்துவமும் சார்ந்த முக்கிய பிரச்சினைகளுக்கும் இடையே ஒரு செயல்பாட்டு பாலத்தை உருவாக்கி வருகின்றனர் என்பதே.

வேறு நிறுவனங்களில் உள்ள இரண்டு Heron அமைப்புகளின் பயன்பாடு இன்னொரு நடைமுறைத் தீமையையும் சுட்டிக்காட்டுகிறது: குவாண்டம் கம்ப்யூட்டிங் ஒரு ஆய்வக ஆர்வமாக இல்லாமல், பகிர்ந்திருக்கும் ஆராய்ச்சி உட்கட்டமைப்பின் ஒரு பகுதியாக மாறி வருகிறது. பெரிய சூப்பர்கம்ப்யூட்டிங் மையங்களுடன் இணைந்தால், குவாண்டம் புராசஸர்களை பரந்த அறிவியல் கணக்கீட்டு வேலைநெறிகளுக்குள் சிறப்புப் பெருக்கிகளாகக் கருதலாம்.

துறைக்கான முக்கியத்துவம்

குவாண்டம் கம்ப்யூட்டிங்கிற்கு, துறைக்கு மேலும் தேவைப்படும் வகையான முடிவு இதுதான்: குறிப்பிட்ட, தொழில்நுட்ப ரீதியாக நம்பகமான, மற்றும் அர்த்தமுள்ள பயன்பாட்டு வழக்குடன் இணைந்தது. இது புரட்சி என்று மிகைப்படுத்தவில்லை; ஆனால், பெரும்பாலும் பரபரப்பு ஹார்ட்வேரைக் கடந்துவிட்ட ஒரு துறையில் முன்னேற்றத்தை காட்டுகிறது. IBM, Cleveland Clinic மற்றும் RIKEN ஆகியவற்றின் கூட்டாண்மையும், முன்னேற்றம் எப்படி நடக்கும் என்பதைக் காட்டுகிறது: ஹார்ட்வேர் கட்டுபவர்கள், சூப்பர்கம்ப்யூட்டிங் நிறுவனங்கள், மற்றும் பயன்பாட்டு-மைய ஆராய்ச்சியாளர்களின் கூட்டணிகள் மூலம்.

மருந்து கண்டுபிடிப்பு மற்றும் பயோமெடிக்கல் மாடலிங்கிற்குப் பொறுத்தவரை, உடனடி விளைவுகள் இன்னும் ஆய்வுமட்டத்திலேயே உள்ளன. ஆனால் ஹைப்ரிட் வேலைநெறிகள் தொடர்ந்து மேம்பட்டால், விஞ்ஞானிகள் அதிகத் துல்லியத்துடன் ஆய்வு செய்யக்கூடிய மூலக்கூறுகள் மற்றும் தொடர்புகளின் வரம்பை அவை மெதுவாக விரிவாக்கலாம். பிணைப்பு நடத்தை மற்றும் மூலக்கூறு ஆற்றல் குறித்த புரிதலில் ஏற்படும் சிறிய மேம்பாடுகள்கூட வேட்புக் சேர்மங்களை முன்னுரிமைப்படுத்தும் முறையை பாதிக்க முடியும் என்பதால் இது முக்கியமானதாக இருக்கும்.

ஆழ்ந்த செய்தி என்னவெனில், குவாண்டம் கம்ப்யூட்டிங்கின் எதிர்காலம் மாற்றத்தின் மூலம் அல்ல, ஒருங்கிணைப்பின் மூலம், படிப்படியாக வரலாம். இந்த பதிவுச்சிறப்பு அளவிலான மூலக்கூறு சிமுலேஷன் அதற்கான ஒரு படி. குவாண்டம் கணினி தனியாக வெற்றிபெறவில்லை. அதற்கு அவசியமும் இல்லை.

இந்தக் கட்டுரை New Scientist வழங்கிய செய்தியினை அடிப்படையாகக் கொண்டது. மூல கட்டுரையைப் படிக்கவும்.