वैज्ञानिकों ने क्वांटम बग को ठीक किया जो साफ दिखाई दे रहा था (एक तरह से)

सिलिकॉन स्पिन क्यूबिट्स लंबे समय से क्वांटम कंप्यूटिंग के होनहार ओवरअचीवर्स रहे हैं: इन्हें उन्हीं सेमीकंडक्टर विधियों से बनाया जा सकता है जो आज के कंप्यूटर चिप्स का उत्पादन करती हैं, जो तकनीकी रूप से ब्लैक-टाई इवेंट में उस सूट में पहुंचने के बराबर है जो पहले से आपके पास है। पकड़, निश्चित रूप से, यह है कि जब आप एक साथ कई क्यूबिट्स को नियंत्रित करने का प्रयास करते हैं, तो उनके संचालन कम सटीक हो जाते हैं - थोड़ा सा बिल्लियों को चराने जैसा, अगर बिल्लियाँ उप-परमाणु होतीं और अप्रत्याशित रूप से फेज-शिफ्ट करने की प्रवृत्ति रखतीं। व्यावहारिक, बड़े पैमाने के क्वांटम कंप्यूटर बनाने के लिए कई क्यूबिट्स को एक साथ नियंत्रित करना आवश्यक है जबकि त्रुटियों को न्यूनतम रखा जाए, जो क्षेत्र की लंबे समय से चली आ रही "हाँ, लेकिन कैसे?" समस्या रही है।

RIKEN सेंटर फॉर इमर्जेंट मैटर साइंस के शोधकर्ताओं और उनके सहयोगियों ने अब इसे हल करने की दिशा में महत्वपूर्ण प्रगति की है। नेचर फिजिक्स में प्रकाशित एक अध्ययन में, टीम ने एक साथ काम कर रहे कई सिलिकॉन स्पिन क्यूबिट्स के अत्यधिक सटीक नियंत्रण का प्रदर्शन किया। उनके प्रयोगों में एक साझा माइक्रोवेव नियंत्रण लाइन से जुड़े पाँच क्यूबिट्स की एक सरणी का उपयोग किया गया - क्योंकि जाहिर है क्वांटम बिट्स भी एक अच्छे साझा संसाधन की दक्षता की सराहना करते हैं। एक साथ संचालन के दौरान त्रुटियों के एक प्रमुख कारण की पहचान करके, वैज्ञानिकों ने उन त्रुटियों को कम करने और सटीकता बनाए रखने की एक तकनीक विकसित की, यह साबित करते हुए कि आप वास्तव में अपने क्यूबिट्स रख सकते हैं और उन्हें नियंत्रित भी कर सकते हैं।

RIKEN के शोध वैज्ञानिक और सह-प्रथम लेखक लियोन कैमेनज़िंड, जिन्होंने प्रयोगों का पर्यवेक्षण किया, ने इसके महत्व को समझाया: "यह दर्शाता है कि उच्च-निष्ठा नियंत्रण बनाए रखा जा सकता है यहां तक कि जब कई क्यूबिट्स एक ही समय में संचालित होते हैं और सिलिकॉन-आधारित क्वांटम प्रोसेसर को स्केल करने की दिशा में एक महत्वपूर्ण कदम का प्रतिनिधित्व करता है।" जो वैज्ञानिक-भाषा में "हमने इसे काम कर दिया, और यह एक बड़ी बात है" के लिए है।

पारंपरिक कंप्यूटरों के विपरीत, जो जानकारी को बिट्स के रूप में संग्रहीत करते हैं जो या तो 0 या 1 का प्रतिनिधित्व करते हैं, क्वांटम कंप्यूटर क्वांटम बिट्स, या क्यूबिट्स का उपयोग करते हैं, जो दोनों अवस्थाओं के संयोजन में मौजूद हो सकते हैं - क्यों एक चुनें जब आप मौलिक रूप से उपयोगी तरीके से अनिर्णायक हो सकते हैं? सिलिकॉन स्पिन क्यूबिट्स इस जानकारी को सिलिकॉन के भीतर सीमित व्यक्तिगत इलेक्ट्रॉनों के स्पिन का उपयोग करके संग्रहीत करते हैं। विश्वसनीय क्वांटम गणना करने के लिए इन इलेक्ट्रॉन स्पिन्स पर अत्यंत सटीक नियंत्रण की आवश्यकता होती है, जो कहना आसान है लेकिन करना मुश्किल है जब आप टॉडलर्स से भरे कमरे के क्वांटम समकक्ष से निपट रहे हों।

माइक्रोवेव सिग्नल वह नियंत्रण प्रदान करते हैं, लेकिन एक साथ कई क्यूबिट्स का संचालन करने से अवांछित प्रभाव उत्पन्न हो सकते हैं जो उनकी सटीकता में हस्तक्षेप करते हैं। शोधकर्ताओं ने इस समस्या का अधिकांश हिस्सा AC स्टार्क शिफ्ट नामक एक घटना में खोजा। यह प्रभाव तब होता है जब माइक्रोवेव नियंत्रण सिग्नल एक क्यूबिट के प्रभावी ऊर्जा स्तरों को बदल देते हैं, जिससे इसकी क्वांटम अवस्था के चरण में परिवर्तन होता है। वे चरण बदलाव व्यक्तिगत क्यूबिट्स के इच्छित संचालन को बाधित कर सकते हैं, विशेष रूप से जब कई एक साथ नियंत्रित किए जा रहे हों - क्वांटम रसोई में बहुत सारे रसोइयों का एक उत्कृष्ट उदाहरण।

समस्या का मुकाबला करने के लिए, टीम ने एक अंशांकन विधि बनाई जो इन अवांछित बदलावों की भरपाई करती है। क्यूबिट्स के हर संभावित संयोजन को अलग-अलग कैलिब्रेट करने के बजाय - जो एक संयोजनात्मक दुःस्वप्न होगा - तकनीक क्यूबिट्स के जोड़ों के बीच किए गए अंशांकन पर निर्भर करती है। यह दृष्टिकोण बड़ी संख्या में क्वांटम बिट्स वाले सिस्टम के लिए अधिक व्यावहारिक बनाता है। "क्यूबिट्स के हर संभावित संयोजन के लिए पूरी तरह से अलग अंशांकन प्रक्रिया की आवश्यकता के बजाय, हमारी विधि अवांछित चरण बदलावों की भरपाई के लिए क्यूबिट्स के जोड़ों के बीच अंशांकन का उपयोग करती है," यी-ह्सिएन वू बताते हैं, जो पहले लेखक हैं और जिन्होंने अपने पीएचडी शोध के हिस्से के रूप में प्रयोग किए। दूसरे शब्दों में, उन्होंने एक ही थकाऊ कार्य को अनंत काल तक करने से बचने का रास्ता खोज लिया, जो दक्षता और वू के मानसिक संतुलन दोनों के लिए एक जीत है।

शोधकर्ताओं ने अपनी अंशांकन तकनीक को एक बेहतर उपकरण डिजाइन और सावधानीपूर्वक समायोजित माइक्रोवेव नियंत्रण स्पंदों के साथ जोड़ा। उनके परिणामों से पता चला कि असाधारण रूप से उच्च सटीकता बनाए रखी जा सकती है यहां तक कि जब कई क्यूबिट