सार:
हालांकि क्वांटम कंप्यूटरों में लंबे समय से अद्भुत कंप्यूटिंग क्षमता है, लेकिन उन्हें सूचना भंडारण में हमेशा चुनौतियों का सामना करना पड़ा है। अब, ज्यूरिख में स्विस फेडरल इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी (ईटीएच ज्यूरिख) की एक शोध टीम ने एक नई क्वांटम कंप्यूटिंग आर्किटेक्चर का प्रस्ताव दिया है जो माइक्रोस्ट्रक्चर में यांत्रिक कंपन पैदा करके जानकारी संग्रहीत करता है, क्वांटम मेमोरी के आकार को काफी कम करता है और भविष्य में प्रोग्राम करने योग्य सार्वभौमिक क्वांटम कंप्यूटरों की नींव रखने की उम्मीद है।
अनुसंधान टीम द्वारा विकसित नई क्वांटम चिप "मैकेनिकल रेज़ोनेटर" नामक एक छोटे घटक का उपयोग करती है। जब किसी सिस्टम को क्वांटम जानकारी को संरक्षित करने की आवश्यकता होती है, तो ये संरचनाएं अत्यधिक उच्च आवृत्तियों पर कंपन करना शुरू कर देती हैं, और जानकारी इन कंपन स्थितियों में संग्रहीत होती है। पूरी चिप की लंबाई लगभग 7.5 मिमी, चौड़ाई 2.5 मिमी और ऊंचाई 1 मिमी है, और यह केवल एक छोटे नाखून के आकार की है।
ईटीएच ज्यूरिख के क्वांटम भौतिक विज्ञानी, प्रोजेक्ट लीडर यिवेन चू का कहना है कि यह प्रणाली एक तरह से गिटार की तरह काम करती है। गिटार के तार संगीत नोट्स उत्पन्न करने के लिए कंपन करते हैं, और नए क्वांटम चिप्स क्वांटम जानकारी को संरक्षित और संसाधित करने के लिए मानव श्रवण की सीमा से कहीं अधिक सूक्ष्म यांत्रिक कंपन का उपयोग करते हैं। हालाँकि, ये कंपन ध्वनियाँ नहीं हैं, बल्कि एक क्वांटम राज्य वाहक हैं।
वर्तमान में मुख्यधारा के सुपरकंडक्टिंग क्वांटम कंप्यूटर आमतौर पर एक उच्च एकीकृत डिजाइन को अपनाते हैं, जिसमें कंप्यूटिंग कार्यों और सूचना भंडारण दोनों के लिए जिम्मेदार क्यूबिट होते हैं। हालाँकि इस पद्धति की संरचना सरल है, लेकिन क्वैब द्वारा जानकारी संग्रहीत करने का समय अपेक्षाकृत कम है, और जटिल और दीर्घकालिक संचालन करते समय डेटा आसानी से खो जाता है। इस समस्या को हल करने के लिए, मौजूदा सिस्टम आम तौर पर मेमोरी के रूप में उपयोग करने के लिए अतिरिक्त विद्युत चुम्बकीय अनुनादकों को जोड़ते हैं। ये अनुनादक अस्थायी रूप से क्वांटम अवस्थाओं को संरक्षित करने में सक्षम हैं, जिससे जरूरत पड़ने पर क्वैब उन्हें फिर से पढ़ सकते हैं। हालाँकि, ये संरचनाएँ अक्सर माइक्रोवेव गुंजयमान गुहाओं पर निर्भर करती हैं, और माइक्रोवेव तरंग दैर्ध्य अक्सर सेंटीमीटर रेंज में होते हैं, इसलिए संबंधित घटक आकार भी बड़े होते हैं।
क्वांटम कंप्यूटरों के लिए, जिन्हें पूर्ण शून्य के करीब तापमान पर काम करना चाहिए, अंतरिक्ष एक अत्यंत मूल्यवान संसाधन है। पूरे सिस्टम को एक बड़े क्रायोजेनिक कूलिंग डिवाइस में रखने की आवश्यकता है, और भारी विद्युत चुम्बकीय मेमोरी मॉड्यूल सिस्टम विस्तार क्षमताओं को महत्वपूर्ण रूप से सीमित कर देगा। ETH ज्यूरिख टीम ने बिल्कुल अलग दृष्टिकोण चुना।
वे क्वांटम जानकारी को फोटॉन के रूप में विद्युत चुम्बकीय तरंगों में नहीं, बल्कि यांत्रिक कंपनों में संग्रहीत करते हैं जिन्हें "फोनन" कहा जाता है। चूँकि ठोस पदार्थों में ध्वनि तरंगों के प्रसार की गति प्रकाश की गति से बहुत कम होती है, इसलिए उनकी संगत तरंग दैर्ध्य भी बहुत कम हो जाती है। इसका मतलब यह है कि अधिक सूचना भंडारण इकाइयों को एक ही स्थान पर समायोजित किया जा सकता है। शोध टीम ने कहा कि यह नया आर्किटेक्चर आधुनिक डिजिटल कंप्यूटरों में सीपीयू और रैम के बीच संबंध के समान, पहली बार क्वांटम प्रोसेसर और क्वांटम वर्किंग मेमोरी की जिम्मेदारियों को स्पष्ट रूप से अलग करता है। सुपरकंडक्टिंग क्वैबिट गणना और नियंत्रण के लिए जिम्मेदार हैं, जबकि मैकेनिकल रेज़ोनेटर कार्यशील मेमोरी के रूप में कार्य करते हैं और संचालन के दौरान अस्थायी डेटा को सहेजते हैं।
शोधकर्ताओं का मानना है कि यह डिज़ाइन न केवल भंडारण घनत्व में सुधार करता है, बल्कि सिस्टम संगठन दक्षता में भी सुधार करता है। क्योंकि क्वांटम प्रोसेसिंग और क्वांटम स्टोरेज को दोबारा विभाजित किया गया है, प्रत्येक घटक उन कार्यों पर ध्यान केंद्रित कर सकता है जिनमें वह सबसे अच्छा है, जिससे समग्र प्रदर्शन में सुधार होता है।
प्रयोग के दौरान, टीम ने बुनियादी क्वांटम लॉजिक संचालन और अधिक जटिल क्वांटम कंप्यूटिंग कार्यों को पूरा करने के लिए इस आर्किटेक्चर का सफलतापूर्वक उपयोग किया है, और वास्तविक प्रणालियों में इस डिजाइन की व्यवहार्यता को सत्यापित किया है। शोधकर्ताओं का मानना है कि यह क्वांटम कंप्यूटिंग आर्किटेक्चर में वास्तव में प्रोग्राम करने योग्य सिस्टम की दिशा में एक महत्वपूर्ण कदम है।
चू यिवेन ने कहा कि क्वांटम प्रोसेसर और क्वांटम मेमोरी के बीच कुशल सहयोग भविष्य के क्वांटम कंप्यूटरों के लिए उन समस्याओं को हल करने में सक्षम होने के लिए एक महत्वपूर्ण आधार है जिन्हें पारंपरिक कंप्यूटर संभाल नहीं सकते हैं। उनका मानना है कि आधुनिक कंप्यूटर के समान श्रम के स्पष्ट विभाजन के साथ एक वास्तुकला स्थापित करके ही क्वांटम कंप्यूटर बड़े पैमाने पर विकास हासिल कर सकते हैं।
वर्तमान में, यह उपलब्धि अभी भी प्रायोगिक अनुसंधान चरण में है और वाणिज्यिक क्वांटम कंप्यूटरों से अभी भी दूर है। हालाँकि, उद्योग के अंदरूनी सूत्रों का मानना है कि जैसे-जैसे क्वांटम हार्डवेयर के पैमाने का विस्तार जारी है, क्वांटम जानकारी को कुशलतापूर्वक कैसे संग्रहीत और याद किया जाए, यह भविष्य की क्वांटम कंप्यूटिंग क्षमताओं को निर्धारित करने में एक महत्वपूर्ण कारक बन जाएगा। क्वांटम मेमोरी बनाने के लिए यांत्रिक कंपन का उपयोग करने का यह नया विचार क्वांटम कंप्यूटिंग प्लेटफार्मों की अगली पीढ़ी के लिए एक महत्वपूर्ण तकनीकी मार्ग प्रदान कर सकता है।
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