बिट्स के बजाय क्यूबिट्स: हमारे लिए क्वांटम कंप्यूटरों का क्या भविष्य है?

हमारे समय के मुख्य वैज्ञानिक कार्यों में से एक पहला उपयोगी क्वांटम कंप्यूटर बनाने की दौड़ थी। हजारों भौतिक विज्ञानी और इंजीनियर इसमें भाग लेते हैं। उनकी अवधारणाओं को आईबीएम, गूगल, अलीबाबा, माइक्रोसॉफ्ट और इंटेल द्वारा विकसित किया गया है। एक शक्तिशाली कंप्यूटिंग डिवाइस हमारी दुनिया को कैसे बदलता है, और यह इतना महत्वपूर्ण क्यों है?

एक पल के लिए कल्पना करें: एक पूर्ण क्वांटम कंप्यूटर बनाया गया है। वह हमारे जीवन का एक परिचित और प्राकृतिक तत्व बन गया। इतिहास के पाठों में शास्त्रीय कंप्यूटिंग अब केवल स्कूल में बोली जाती है। ठंडे बस्तियों में कहीं गहरे, शक्तिशाली मशीनें कृत्रिम बुद्धिमत्ता से लैस रोबोटों के काम का समर्थन करने के लिए खदानों से संचालित होती हैं। वे सभी खतरनाक और बस नीरस चीजें करते हैं। पार्क में घूमते हुए, आप चारों ओर देखते हैं और सभी प्रकार के रोबोट देखते हैं। हयूमनॉइड जीव कुत्ते चलते हैं, आइसक्रीम बेचते हैं, वायरिंग की मरम्मत करते हैं, इस क्षेत्र में स्वीप करते हैं। कुछ मॉडल पालतू जानवरों की जगह लेते हैं।

हमें ब्रह्मांड के सभी रहस्यों को उजागर करने और अपने अंदर देखने का अवसर मिला। दवा एक नए स्तर पर पहुंच गई है - हर हफ्ते अभिनव दवाओं का विकास होता है। हम अनुमान लगा सकते हैं और निर्धारित कर सकते हैं कि गैस और तेल जैसे दुर्लभ संसाधन कहां स्थित हैं। ग्लोबल वार्मिंग की समस्या हल हो गई है, ऊर्जा संरक्षण के तरीकों को अनुकूलित किया गया है, शहरों में अधिक ट्रैफिक जाम नहीं हैं। एक क्वांटम कंप्यूटर न केवल सभी रोबोट मशीनों को नियंत्रित करता है, बल्कि मुक्त गति भी प्रदान करता है: सड़कों पर स्थिति की निगरानी करता है, मार्गों को ठीक करता है और यदि आवश्यक हो तो ड्राइवरों से नियंत्रण को स्वीकार करता है। यही कारण है कि एक क्वांटम उम्र की तरह लग सकता है।

क्वांटम गोल्ड रश

आवेदन की संभावनाएं डगमगा रही हैं, इसलिए हर साल क्वांटम विकास में निवेश बढ़ रहा है। वैश्विक क्वांटम कंप्यूटिंग बाजार का मूल्य 2018 में $ 81.6 मिलियन था। Market.us विशेषज्ञों का सुझाव है कि 2026 तक यह 381.6 मिलियन अमेरिकी डॉलर तक पहुंच जाएगा। यानी 2019 से 2026 तक यह हर साल औसतन 21.26% बढ़ेगा।

यह वृद्धि सुरक्षा अनुप्रयोगों में क्वांटम क्रिप्टोग्राफी के बढ़ते उपयोग से होती है और क्वांटम कंप्यूटिंग बाजार में रुचि रखने वाले दलों द्वारा निवेश द्वारा संचालित होती है। इस साल की शुरुआत में, वैज्ञानिक पत्रिका नेचर के एक विश्लेषण के अनुसार, निजी निवेशकों ने दुनिया भर में कम से कम 52 क्वांटम प्रौद्योगिकी कंपनियों को वित्त पोषित किया है। आईबीएम, गूगल, अलीबाबा, माइक्रोसॉफ्ट, इंटेल, डी-वेव सिस्टम जैसे बड़े खिलाड़ी व्यावहारिक रूप से लागू क्वांटम कंप्यूटर बनाने के लिए संघर्ष कर रहे हैं।

हां, जबकि इस क्षेत्र में प्रतिवर्ष बहने वाला धन एक छोटी लागत (तुलना के लिए: 2018 में, AI में निवेश 9.3 बिलियन अमेरिकी डॉलर) का प्रतिनिधित्व करता है। लेकिन ये संख्या एक अपरिपक्व उद्योग के लिए महत्वपूर्ण हैं जो अभी तक प्रदर्शन संकेतकों का दावा नहीं कर सकते हैं।

क्वांटम समस्याओं का समाधान

आपको यह समझने की आवश्यकता है कि आज तकनीक अभी भी प्रारंभिक अवस्था में है। क्वांटम मशीनों, एकल प्रयोगात्मक प्रणालियों के केवल प्रोटोटाइप बनाना संभव था। वे छोटी जटिलता के निश्चित एल्गोरिदम को निष्पादित करने में सक्षम हैं। पहला 2-qubit कंप्यूटर 1998 में बनाया गया था, और उपकरणों को उचित स्तर पर लाने के लिए मानवता को 21 साल लग गए, तथाकथित "क्वांटम श्रेष्ठता"। यह शब्द कैलिफोर्निया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी के प्रोफेसर जॉन प्रेस्किल द्वारा गढ़ा गया था। और इसका अर्थ है सबसे शक्तिशाली शास्त्रीय कंप्यूटरों की तुलना में क्वांटम उपकरणों की समस्याओं को तेजी से हल करना।

इस क्षेत्र में एक सफलता कैलिफोर्निया स्थित Google द्वारा बनाई गई थी। सितंबर 2019 में, निगम ने घोषणा की कि 200 सेकंड में उनके 53-क्विट साइकोमोर डिवाइस ने गणना की, जिसमें सबसे आधुनिक सुपर कंप्यूटर के लिए 10,000 साल लगेंगे। बयान के कारण बहुत विवाद हुआ। आईबीएम ऐसी गणनाओं से स्पष्ट रूप से असहमत है। कंपनी ने अपने ब्लॉग पर लिखा कि उनका समिट सुपर कंप्यूटर 2.5 दिन में कर देगा। और जो कुछ भी आवश्यक है वह डिस्क की भंडारण क्षमता को बढ़ाना है। हालाँकि वास्तव में यह अंतर इतना बड़ा नहीं था, लेकिन Google वास्तव में "क्वांटम श्रेष्ठता" हासिल करने वाला पहला व्यक्ति था। और यह कंप्यूटर अनुसंधान में एक महत्वपूर्ण मील का पत्थर है। लेकिन इससे ज्यादा नहीं। Sycamore करतब केवल प्रदर्शन उद्देश्यों के लिए है। इसका कोई व्यावहारिक अनुप्रयोग नहीं है और वास्तविक समस्याओं को हल करने के लिए बेकार है।

मुख्य समस्या हार्डवेयर है। यदि पारंपरिक कंप्यूटिंग बिट्स का मान 0 या 1 है, तो एक अजीब क्वांटम दुनिया में, एक ही समय में दोनों राज्यों में क्वांट हो सकता है। इस संपत्ति को सुपरपोजिशन कहा जाता है। क्विबिंट्स कताई टॉपिंग की तरह हैं: वे एक साथ दक्षिणावर्त और वामावर्त घूमते हैं, वे ऊपर और नीचे चलते हैं। यदि आपको यह भ्रामक लगता है, तो आप एक महान कंपनी में हैं। रिचर्ड फेनमैन ने एक बार कहा था: "यदि आपको लगता है कि आप क्वांटम यांत्रिकी को समझते हैं, तो आप इसे नहीं समझेंगे।" एक ऐसे शख्स के बोल्ड बोल जिन्हें नोबेल पुरस्कार मिला ... क्वांटम मैकेनिक्स के लिए।

तो, क्वैब बेहद अस्थिर हैं और बाहरी प्रभावों के अधीन हैं। प्रयोगशाला की खिड़कियों के नीचे से गुजरने वाली एक मशीन, शीतलन प्रणाली का आंतरिक शोर, एक ब्रह्मांडीय कण - कोई भी बेतरतीब व्यवधान, कोई भी अंतर्क्रिया उनके समकालिकता का उल्लंघन करती है और वे विघटित हो जाती हैं। यह कंप्यूटिंग के लिए विनाशकारी है।

क्वांटम कंप्यूटिंग के विकास के लिए महत्वपूर्ण सवाल यह है कि कई जांच में से कौन सा हार्डवेयर समाधान क्वैट्स की स्थिरता सुनिश्चित करेगा। जो कोई भी सुसंगतता के उल्लंघन की समस्या को हल करता है और क्वांटम कंप्यूटर बनाता है, जैसे कि GPUs नोबेल पुरस्कार प्राप्त करेंगे और दुनिया के सबसे अमीर व्यक्ति बन जाएंगे।

व्यावसायीकरण का रास्ता

2011 में, कनाडाई कंपनी डी-वेव सिस्टम्स इंक। क्वांटम कंप्यूटर बेचने के लिए पहला, हालांकि उनकी उपयोगिता कुछ गणितीय समस्याओं तक सीमित है। और आने वाले महीनों में, लाखों डेवलपर्स क्लाउड के माध्यम से क्वांटम प्रोसेसर का उपयोग शुरू करने में सक्षम होंगे - आईबीएम अपने 53-बिट डिवाइस तक पहुंच प्रदान करने का वादा करता है। अब तक क्यू नेटवर्क नामक कार्यक्रम के तहत 20 कंपनियों को इस तरह का विशेषाधिकार प्राप्त है। इनमें सैमसंग इलेक्ट्रॉनिक्स, ऑटोमेकर होंडा मोटर और डेमलर, रासायनिक कंपनियां जेएसआर और नागसे, जेपी मॉर्गन चेस एंड कंपनी शामिल हैं। और बार्कलेज।

आज क्वांटम कंप्यूटिंग के साथ प्रयोग करने वाली अधिकांश कंपनियां उन्हें भविष्य के अभिन्न अंग के रूप में देखती हैं। अब उनका मुख्य मिशन यह पता लगाना है कि क्वांटम कंप्यूटिंग में क्या काम होता है और क्या नहीं। और व्यापार के लिए तकनीक को पेश करने वाला पहला व्यक्ति हो जब यह तैयार हो।

परिवहन संगठन। वोक्सवैगन, डी-वेव के साथ मिलकर एक क्वांटम एप्लिकेशन विकसित कर रहा है - एक ट्रैफिक कंट्रोल सिस्टम। नया कार्यक्रम बड़े शहरों में सार्वजनिक परिवहन संगठनों और टैक्सी कंपनियों को अधिक कुशलता से अपने बेड़े का उपयोग करने और यात्री प्रतीक्षा समय को कम करने में सक्षम करेगा।

ऊर्जा क्षेत्र। एक्सॉनमोबिल और आईबीएम क्वांटम एनर्जी कंप्यूटिंग के लिए जोर दे रहे हैं। वे कई नई ऊर्जा प्रौद्योगिकियों के विकास, ऊर्जा दक्षता में सुधार और ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन को कम करने पर ध्यान केंद्रित करते हैं। ऊर्जा क्षेत्र का सामना करने वाले कार्यों का दायरा और जटिलता आधुनिक पारंपरिक कंप्यूटरों के दायरे से परे हैं और क्वांटम लोगों पर परीक्षण के लिए उपयुक्त हैं।

दवा कंपनियों। एक्सेंचर लैब्स ने क्वांटम सॉफ्टवेयर कंपनी 1QBit के साथ भागीदारी की। अनुसंधान से सिर्फ 2 महीनों में, वे अवधारणा का परीक्षण करने के लिए चले गए - परमाणु स्तरों पर मॉडलिंग जटिल आणविक बातचीत के आवेदन। क्वांटम कंप्यूटिंग की शक्ति के लिए धन्यवाद, बड़े अणुओं का विश्लेषण करना संभव हो गया है। इससे समाज को क्या मिलेगा? कम से कम साइड इफेक्ट के साथ अभिनव दवाएं।

वित्तीय क्षेत्र। क्वांटम सिद्धांत के सिद्धांतों पर आधारित प्रौद्योगिकियां तेजी से बैंकों के हित को आकर्षित कर रही हैं। वे लेनदेन, लेनदेन और अन्य प्रकार के डेटा को जल्द से जल्द संसाधित करने में रुचि रखते हैं। बार्कलेज और जेपी मॉर्गन चेज़ (आईबीएम के साथ), साथ ही नेटवेस्ट (फुजित्सु के साथ) पहले से ही अपने विशेष सॉफ्टवेयर विकास प्रयोगों का संचालन कर रहे हैं।

ऐसे बड़े निगमों द्वारा गोद लेने और उद्यमी क्वांटम अग्रदूतों के आगमन ने क्वांटम की व्यावसायिक व्यवहार्यता की बात की है। हम पहले से ही देखते हैं कि वास्तविक दुनिया के कार्यों के लिए क्वांटम कंप्यूटिंग का उपयोग कैसे किया जाता है - ऊर्जा दक्षता में सुधार से लेकर वाहन मार्गों के अनुकूलन तक। और महत्वपूर्ण बात यह है कि जैसे-जैसे विकसित होगा प्रौद्योगिकी का मूल्य बढ़ेगा।