સ્વ-રિપેરિંગ ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટર્સ: ભૂલ-મુક્ત અને દોષ-સહિષ્ણુ

• લેખક:
• લેખક નામ

  ક્વોન્ટમરુન અગમચેતી
• ફેબ્રુઆરી 14, 2023

આંતરદૃષ્ટિનો સારાંશ

ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટીંગ એ કોમ્પ્યુટર પ્રોસેસીંગમાં દાખલારૂપ પરિવર્તનનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે. આ સિસ્ટમો જટિલ ગણતરીઓને મિનિટોમાં ઉકેલવાની ક્ષમતા ધરાવે છે જેને પૂર્ણ કરવામાં ક્લાસિકલ કોમ્પ્યુટરને વર્ષો, કેટલીકવાર સદીઓ લાગશે. જો કે, ક્વોન્ટમ ટેક્નોલોજીની સંપૂર્ણ સંભાવનાને સક્ષમ કરવા માટેનું પ્રથમ પગલું એ સુનિશ્ચિત કરવાનું છે કે તેઓ તેમના આઉટપુટને સ્વ-રિપેર કરી શકે છે.

સ્વ-રિપેરિંગ ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટિંગ સંદર્ભ

2019 માં, 54 ક્યુબિટ્સ ધરાવતી Google સાયકેમોર ચિપ 200 સેકન્ડમાં ગણતરી કરવામાં સક્ષમ હતી જે સામાન્ય રીતે ક્લાસિકલ કમ્પ્યુટરને પૂર્ણ કરવામાં 10,000 વર્ષનો સમય લાગશે. આ સિદ્ધિ Google ની ક્વોન્ટમ સર્વોચ્ચતાની ઉત્પ્રેરક હતી, જેણે ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટિંગમાં એક મોટી સફળતા તરીકે વિશ્વભરમાં માન્યતા પ્રાપ્ત કરી હતી. ત્યારબાદ, આનાથી ક્ષેત્રમાં વધુ સંશોધન અને પ્રગતિ થઈ.

2021 માં, સાયકેમોરે એ દર્શાવીને વધુ એક પગલું આગળ લીધું કે તે કોમ્પ્યુટેશનલ ભૂલોને ઠીક કરી શકે છે. જો કે, પ્રક્રિયાએ જ પછીથી નવી ભૂલો રજૂ કરી. ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટિંગમાં સામાન્ય સમસ્યા એ છે કે શાસ્ત્રીય પ્રણાલીઓની તુલનામાં તેમની ગણતરીના ચોકસાઈ દર હજુ પણ ઓછા છે. 

ડેટા સ્ટોર કરવા માટે બે સંભવિત સ્થિતિઓ (0 અને 1) સાથે બિટ્સ (દ્વિસંગી અંકો, જે કોમ્પ્યુટર ડેટાનું સૌથી નાનું એકમ છે) નો ઉપયોગ કરે છે તે કમ્પ્યુટર્સ પ્રમાણભૂત લક્ષણ તરીકે ભૂલ સુધારણા સાથે સજ્જ છે. જ્યારે બીટ 0 ને બદલે 1 અથવા ઊલટું થાય છે, ત્યારે આ પ્રકારની ભૂલ પકડી શકાય છે અને સુધારી શકાય છે.

ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટિંગમાં પડકાર વધુ જટિલ છે કારણ કે દરેક ક્વોન્ટમ બીટ, અથવા ક્યુબીટ, 0 અને 1 ની સ્થિતિમાં એકસાથે અસ્તિત્વ ધરાવે છે. જો તમે તેમની કિંમત માપવાનો પ્રયાસ કરશો, તો ડેટા ખોવાઈ જશે. લાંબા સમયથી સંભવિત ઉકેલ એ છે કે ઘણા ભૌતિક ક્યુબિટ્સને એક "લોજિકલ ક્વિબિટ" (ક્વોન્ટમ એલ્ગોરિધમ્સ દ્વારા નિયંત્રિત કરવામાં આવે છે) માં જૂથબદ્ધ કરવું. લોજિકલ ક્યુબિટ્સ પહેલાં અસ્તિત્વમાં હોવા છતાં, તેઓ ભૂલ સુધારણા માટે કાર્યરત ન હતા.

વિક્ષેપકારક અસર

કેટલીય સંશોધન સંસ્થાઓ અને AI લેબ્સ તાર્કિક ક્યુબિટ્સ કેવી રીતે બનાવવી તે અંગે અભ્યાસ કરી રહી છે જે સ્વયં સુધારી શકે છે. ઉદાહરણ તરીકે, યુ.એસ. સ્થિત ડ્યુક યુનિવર્સિટી અને સંયુક્ત ક્વોન્ટમ સંસ્થાએ એક લોજિકલ ક્વિટ બનાવ્યું જે 2021 માં એક એકમ તરીકે કાર્ય કરે છે. તેને ક્વોન્ટમ ભૂલ સુધારણા કોડ પર આધારિત કરીને, ખામીઓ વધુ સરળતાથી શોધી અને સુધારી શકાય છે. વધુમાં, ટીમે ક્યુબિટને દોષ-સહિષ્ણુ બનાવ્યું છે જેથી તે ભૂલોથી કોઈપણ નકારાત્મક અસરોને સમાવી શકે. આ પરિણામ પ્રથમ વખત હતું જ્યારે લોજિકલ ક્યુબિટ તેની રચનામાં અન્ય કોઈપણ જરૂરી પગલા કરતાં વધુ વિશ્વસનીય હોવાનું દર્શાવવામાં આવ્યું હતું.

યુનિવર્સિટી ઓફ મેરીલેન્ડની આયન-ટ્રેપ સિસ્ટમનો ઉપયોગ કરીને, ટીમ લેસર વડે 32 વ્યક્તિગત અણુઓને ચિપ પર ઇલેક્ટ્રોડ પર સ્થગિત કરતા પહેલા તેને ઠંડુ કરવામાં સક્ષમ હતી. લેસરો સાથે દરેક અણુની હેરફેર કરીને, તેઓ તેનો ઉપયોગ ક્યુબિટ તરીકે કરવામાં સક્ષમ હતા. સંશોધકોએ દર્શાવ્યું છે કે નવીન ડિઝાઇન તેની વર્તમાન ભૂલોની સ્થિતિમાંથી એક દિવસનું મફત ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટિંગ કરી શકે છે. ફોલ્ટ-સહિષ્ણુ લોજિકલ ક્યુબિટ્સ સમકાલીન ક્યુબિટ્સની ખામીઓની આસપાસ કામ કરી શકે છે અને વાસ્તવિક-વિશ્વ એપ્લિકેશન્સ માટે વિશ્વસનીય ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટર્સની કરોડરજ્જુ બની શકે છે.

સ્વ-સુધારણા અથવા સ્વ-રિપેરિંગ ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટર્સ વિના, આર્ટિફિશિયલ ઇન્ટેલિજન્સ (AI) સિસ્ટમ્સ બનાવવી અશક્ય છે જે સચોટ, પારદર્શક અને નૈતિક છે. આ અલ્ગોરિધમ્સને તેમની સંભવિતતાને પૂર્ણ કરવા માટે મોટા પ્રમાણમાં ડેટા અને કમ્પ્યુટિંગ પાવરની જરૂર પડે છે, જેમાં સ્વાયત્ત વાહનોને સુરક્ષિત બનાવવા અને ઇન્ટરનેટ ઓફ થિંગ્સ (IoT) ઉપકરણોને સપોર્ટ કરી શકે તેવા ડિજિટલ ટ્વિન્સનો સમાવેશ થાય છે.

સ્વ-રિપેરિંગ ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટિંગની અસરો

સ્વ-રિપેરિંગ ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટિંગમાં રોકાણોની વ્યાપક અસરોમાં નીચેનાનો સમાવેશ થઈ શકે છે: 

• ક્વોન્ટમ સિસ્ટમ્સ વિકસાવવી જે રીઅલ-ટાઇમમાં ભૂલોને પકડતી વખતે ડેટાના ઉચ્ચ વોલ્યુમ પર પ્રક્રિયા કરી શકે.
• સંશોધકો સ્વાયત્ત ક્વોન્ટમ સિસ્ટમ્સ વિકસાવી રહ્યા છે જે ફક્ત સ્વ-સમારકામ જ નહીં પરંતુ સ્વ-પરીક્ષણ પણ કરી શકે છે.
• કોમ્પ્યુટર બનાવવા માટે ક્વોન્ટમ રિસર્ચ અને માઇક્રોચિપ ડેવલપમેન્ટમાં ભંડોળમાં વધારો જે અબજો માહિતીની પ્રક્રિયા કરી શકે પરંતુ ઓછી ઊર્જાની જરૂર હોય.
• ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટર્સ કે જે ટ્રાફિક નેટવર્ક્સ અને સંપૂર્ણ સ્વચાલિત ફેક્ટરીઓ સહિત વધુ જટિલ પ્રક્રિયાઓને વિશ્વસનીય રીતે સમર્થન આપી શકે છે.
• તમામ ક્ષેત્રોમાં ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટિંગની સંપૂર્ણ ઔદ્યોગિક એપ્લિકેશન. આ દૃશ્ય ત્યારે જ શક્ય બનશે જ્યારે કંપનીઓ ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટિંગ આઉટપુટની સચોટતામાં નિર્ણય લેવા અથવા ઉચ્ચ-મૂલ્યની સિસ્ટમ ચલાવવા માટે પૂરતો વિશ્વાસ અનુભવે.

ધ્યાનમાં લેવાના પ્રશ્નો

• સ્થિર ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટર્સના અન્ય સંભવિત ફાયદા શું છે?
• આવી તકનીકો ભવિષ્યમાં તમારા કાર્યને કેવી રીતે અસર કરી શકે છે?