कंप्यूटर का मूल्यांकन कैसे करें जो अभी तक मौजूद नहीं हैं

सुपरकंप्यूटर के प्रदर्शन का मूल्यांकन करने के लिए, कंप्यूटर वैज्ञानिक एक मानक उपकरण की ओर मुड़ते हैं: लिनपैक एल्गोरिदम का एक सेट जो यह जांचने में मदद करता है कि एक मशीन बड़ी संख्या में चर के साथ समस्याओं को कैसे हल कर सकती है। लेकिन क्वांटम कंप्यूटरों के लिए कि एक दिन सामान्य कंप्यूटरों के लिए दुर्गम समस्याओं को हल करने में सक्षम होगा, प्रदर्शन को मापने के लिए ऐसा कोई मानक मौजूद नहीं है।

एक कारण यह है कि कंप्यूटर, जिन्हें कुछ गणनाओं को गति देने के लिए क्वांटम यांत्रिकी के नियमों का उपयोग करना होगा, अभी भी एक अल्पविकसित स्थिति में हैं, और ऐसे कंप्यूटरों के विभिन्न संभावित सर्किट एक-दूसरे के साथ प्रतिस्पर्धा कर रहे हैं। उनमें से कुछ में, क्वांटम बिट्स, या गणना के लिए उपयोग की जाने वाली मात्राएं, "कैप्चर" आयनों के अनुक्रम के गोले में संलग्न हैं, जबकि अन्य सुपरकंडक्टिंग धातुओं के टुकड़ों पर भरोसा करते हैं जो माइक्रोवेव विकिरण की प्रतिक्रिया में प्रतिध्वनित होते हैं। अल्पविकसित वास्तुशिल्प की तुलना "जैसा है अगर हम एक नर्सरी में गए, जो यह तय करने के लिए कि कौन से बच्चे प्रसिद्ध बास्केटबॉल खिलाड़ी बनेंगे," स्कॉट आरोनसन, ऑस्टिन में टेक्सास विश्वविद्यालय के एक आईटी विशेषज्ञ कहते हैं।

हालांकि, शोधकर्ता क्वांटम कंप्यूटर की गति को मापने के लिए पहले से ही प्रयास कर रहे हैं। जून 2019 में, मार्गेट मार्टनोसी, प्रिंसटन विश्वविद्यालय के एक आईटी विशेषज्ञ और उनके सहयोगियों ने आईबीएम से क्वांटम कंप्यूटर, बर्कले से रिगेटी कम्प्यूटिंग और कॉलेज पार्क में मैरीलैंड विश्वविद्यालय (यूएमडी) की तुलना प्रस्तुत की। फंसे हुए आयनों पर चलने वाली एक यूएमडी मशीन ने अन्य सुपरकंडक्टिंग कंप्यूटरों की तुलना में अधिकांशतः 12 परीक्षण एल्गोरिदम को संभाला, और टीम ने फीनिक्स इंटरनेशनल कंप्यूटर आर्किटेक्चर संगोष्ठी में यह घोषणा की। UMD के भौतिक विज्ञानी और IonQ के संस्थापक क्रिस्टोफर मुनरो ने भविष्यवाणी की है कि किसी दिन ऐसी तुलना मानक बन जाएगी। "ये खिलौना एल्गोरिदम हमें एक सरल जवाब देते हैं - यह काम किया या नहीं?" हालांकि, यहां तक ​​कि मार्टोनोसी ने चेतावनी दी है कि इन परीक्षणों में सावधानी बरतनी चाहिए। विश्लेषण यह भी जोर देता है कि क्वांटम कंप्यूटरों की तुलना करना कितना मुश्किल है, और इसके परिणामस्वरूप, डेवलपर्स उन मैट्रिक्स को चुनने के लिए स्वतंत्र हैं जो अपनी मशीनों को सर्वोत्तम संभव प्रकाश में उजागर करते हैं।

पारंपरिक कंप्यूटर ट्रांजिस्टर में एन्कोडेड जानकारी के बिट्स के साथ काम करते हैं जो शून्य या एक का संकेत देते हुए चालू और बंद कर सकते हैं। एक qubit एक साथ शून्य और एक दोनों को निरूपित कर सकता है, एक आयन में एक राज्य को कूटबद्ध कर सकता है, जिसका स्पिन शून्य, एकल हो सकता है, या एक साथ दोनों राज्यों में हो सकता है। क्यूबिट्स मशीन को क्रमिक रूप से करने के बजाय, आने वाले डेटा की एक सरणी को संसाधित करने की अनुमति देता है। लेकिन मशीन की वास्तविक क्षमताओं को इस बड़े पैमाने पर समानता के माध्यम से महसूस नहीं किया जाता है, लेकिन समस्याओं के लिए एक दृष्टिकोण के माध्यम से जिनके समाधान को क्वांटम तरंगों में कूटा जा सकता है। लहरें इस तरह से हस्तक्षेप करती हैं कि गलत फैसले डूब जाते हैं, और सही तैरते हैं।

एक क्वांटम कंप्यूटर, उदाहरण के लिए, बड़ी संख्या के कारक के आधार पर इंटरनेट एन्क्रिप्शन सिस्टम को क्रैक कर सकता है - एक शास्त्रीय कंप्यूटर के लिए यह एक बहुत ही मुश्किल काम है। लेकिन इस तरह की समस्याओं को हल करने के लिए 100,000 क्वांट की आवश्यकता होगी, साथ ही संवेदनशील क्वांटम तरंगों में त्रुटियों को ठीक करने के तरीके भी। शोधकर्ताओं का कहना है कि ऐसी मशीनें कई दशकों तक दिखाई नहीं देंगी। हालाँकि, केवल कुछ दर्जन शोरगुल वाले क्वांटम कंप्यूटर जल्द ही कुछ कार्यों में सामान्य लोगों के साथ प्रतिस्पर्धा करने में सक्षम होंगे, और डेवलपर्स इसे साबित करने के लिए पहले से ही उपयुक्त मैट्रिक्स की तलाश कर रहे हैं।

क्वांटम छलांग

रिगेटी कम्प्यूटिंग एक ऐसे अनुप्रयोग की तलाश में है जो एक सुपरकंडक्टिंग चिप के आधार पर क्वांटम कंप्यूटर को एक व्यावहारिक लाभ दे सके। अन्य कंपनियां प्रगति को मापने के लिए अन्य मैट्रिक्स को बढ़ावा दे रही हैं।

सबसे आम मीट्रिक में से एक समस्या का समाधान है जो एक नियमित कंप्यूटर, या तथाकथित के लिए बहुत अधिक है। क्वांटम श्रेष्ठता। सांता बारबरा भौतिक विज्ञानी, जॉन मार्टिनिस ने कहा कि यह एक 'हैलो दुनिया' की तरह है जो आपके क्वांटम कंप्यूटर के प्रदर्शन को प्रदर्शित करता है। '

Google के शोधकर्ताओं द्वारा चुना गया कार्य बेहद सार है। वास्तव में, वे अपने क्वांटम कंप्यूटर को क्वैब पर लगातार यादृच्छिक संचालन को दोहराने के लिए एक कार्यक्रम करते हैं। क्वांटम हस्तक्षेप के कारण, एक मशीन को शून्य और कुछ अन्य लोगों की तुलना में अधिक संभावना वाले लोगों के कुछ दृश्यों का उत्पादन करना चाहिए। यदि कोई हस्तक्षेप नहीं होता, तो उन और अन्य अनुक्रमों की घटना की संभावना समान होती। इसके अलावा, काम के परिणामों के सटीक वितरण की भविष्यवाणी करना शास्त्रीय कंप्यूटर की क्षमताओं से परे की संख्या में वृद्धि के साथ जाता है। इसलिए अगर Google शोधकर्ता इस विशेषता वितरण को 72 क्विट की अपनी मशीन के लिए माप सकते हैं, तो इसका मतलब यह होगा कि उन्होंने नियमित कंप्यूटर के लिए उपलब्ध नहीं होने वाली चीज़ को गिनकर क्वांटम श्रेष्ठता हासिल की है। हालांकि, यह गुप्त अभ्यास व्यावहारिक रूप से उपयोगी क्वांटम कंप्यूटरों के युग को नहीं खोलेगा, यूनिवर्सिटी ऑफ कैलिफोर्निया, डेविस के एक गणितज्ञ ग्रेग कूपरबर्ग कहते हैं। "यह पूरी तरह से बेकार काम को हल करने में श्रेष्ठता है।"

रिगेटी के शोधकर्ताओं, इसके विपरीत, यह प्रदर्शित करना चाहते हैं कि उनका क्वांटम कंप्यूटर कुछ उपयोगी कार्यों को अधिक सटीक, तेज या सामान्य से सस्ता करने में सक्षम है - उन्होंने इस मीट्रिक को क्वांटम लाभ कहा। "हम उन संपत्तियों को प्राप्त करना चाहते हैं जो हमें व्यावसायिक मूल्य का सबसे छोटा रास्ता दिखा सकते हैं," चाड रिगेटी, एक भौतिक विज्ञानी और स्टार्टअप के संस्थापक। उदाहरण के लिए, वे कहते हैं, एक क्वांटम कंप्यूटर हेज फंड में वित्तीय परिसंपत्तियों के जटिल इंटरैक्शन के लिए आदर्श हो सकता है।

सितंबर 2018 में, रिगेटी ने पहले उपयोगकर्ता को $ 1 मिलियन की पेशकश की, जो अपने कंप्यूटर पर क्वांटम फायदे हासिल करने में कामयाब रहा, जो सभी के लिए सुलभ था। वर्तमान संस्करण 16 सुपरकंडक्टिंग क्विबिट का उपयोग करता है। मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी के भौतिक विज्ञानी अराम हैरो कहते हैं, चूंकि लागत जैसे कारकों को मीट्रिक में शामिल किया गया है, इसलिए क्वांटम लाभ की इतनी सख्त परिभाषा नहीं है। "लेकिन अगर वे थोड़े धुंधले होते हैं, तो यह रिगेट्टी के लिए बहुत बड़ी बात नहीं है," हैरो कहते हैं।

आईबीएम के शोधकर्ताओं ने अपने मीट्रिक, क्वांटम वॉल्यूम की पहचान की है - यह पारंपरिक लोगों के साथ तुलना किए बिना क्वांटम कंप्यूटरों के प्रदर्शन को मापता है। इसमें यादृच्छिक गणनाओं पर एक क्वांटम कंप्यूटर की जांच करना शामिल है, जो वे Google पर करते हैं। यह दोनों की संख्याओं पर और कम्प्यूटेशनल चक्रों की संख्या पर निर्भर करता है जो एक मशीन अपनी क्वांटम स्थिति को धोने से पहले सामना कर सकती है।

आईबीएम रिसर्च सेंटर के एक भौतिक विज्ञानी जे गाम्बेटा ने कहा, 20 सुपरकंडक्टिंग क्वैब के साथ एक मशीन का उपयोग करके, आईबीएम वैज्ञानिक 16 इकाइयों की एक मात्रा में पहुंच गए हैं, और इसे सालाना दोगुना करने की योजना है। न्यूयॉर्क सिटी, न्यू यॉर्क में थॉमस वाटसन। वह कहते हैं कि सफलता के आवेदन स्वाभाविक रूप से अनुसरण करेंगे। "मुझे लगता है कि यह श्रेष्ठता जैसी किसी चीज पर ध्यान देने योग्य नहीं है। जब हम अधिक से अधिक उपलब्धियों की ओर बढ़ते हैं तो हम इसके बारे में जानते हैं। ”

और एक सीधी तुलना है, जैसे कि मार्टोनोसी की। उनके परीक्षणों में, एक 5-qubit आयन मशीन ने 90% मामलों में सभी समस्याओं को सही ढंग से हल किया, सुपरकंडक्टिंग qubit मशीनों की तुलना में जो 50% से अधिक मामलों में समस्याओं का समाधान करती थी। यह अंतर प्रौद्योगिकी की वर्तमान स्थिति को दर्शाता है, लेकिन उनकी क्षमता नहीं, मार्टनोसी कहते हैं। उदाहरण के लिए, एक सुपरकंडक्टिंग मशीन में, प्रत्येक क्वाइब केवल अपने पड़ोसियों के साथ बातचीत करता है, लेकिन यूएमडी मशीन में प्रत्येक आयन अन्य सभी आयनों के साथ बातचीत करता है, और यह इसे एक फायदा देता है। लेकिन आयनों वाली बड़ी मशीनों का अब यह फायदा नहीं होगा।

मार्टोनोसी का कहना है कि तुलना सभी क्वांटम कंप्यूटरों के प्रदर्शन में एक महत्वपूर्ण सुधार दिखाती है जब उन्हें क्वैट्स के शोर और उनकी कनेक्टिविटी में अंतर के लिए प्रोग्राम किया जाता है। "यह हार्डवेयर विकल्पों की एक विस्तृत विविधता पर काम करता है," वह कहती हैं। "और यह बहुत अच्छा है।"

हैरो आश्चर्य करता है कि लंबे समय में वर्तमान मीट्रिक कितनी उपयोगी होगी। वे कहते हैं कि क्वांटम कंप्यूटिंग में मुख्य कठिनाई ऐसी तकनीक है, जो हजारों की संख्या में हो सकती है। "और ये मैट्रिक्स स्केलिंग मुद्दों से बहुत कम संबंधित हैं।"