క్వాంటం కంప్యూటింగ్‌లో పురోగతుల శ్రేణి
ఇప్పుడు క్లాసికల్ లేదా సాంప్రదాయిక కంప్యూటర్‌గా సూచించబడే సాధారణ కంప్యూటర్ 0 సె మరియు 1 సె (సున్నాలు మరియు వన్స్) యొక్క ప్రాథమిక భావనపై పనిచేస్తుంది. మేము అడిగినప్పుడు కంప్యూటర్ మన కోసం ఒక పనిని చేయడానికి, ఉదాహరణకు గణిత గణన లేదా అపాయింట్‌మెంట్ బుకింగ్ లేదా రోజువారీ జీవితానికి సంబంధించిన ఏదైనా, ఇచ్చిన క్షణంలో ఈ పని 0 సె మరియు 1ల స్ట్రింగ్‌గా మార్చబడుతుంది (లేదా అనువదించబడుతుంది) (దీనిని తర్వాత అంటారు ఇన్‌పుట్), ఈ ఇన్‌పుట్ ఒక అల్గారిథమ్ ద్వారా ప్రాసెస్ చేయబడుతుంది (కంప్యూటర్‌లో పనిని పూర్తి చేయడానికి అనుసరించాల్సిన నియమాల సమితిగా నిర్వచించబడింది). ఈ ప్రాసెసింగ్ తర్వాత, 0సె మరియు 1ల కొత్త స్ట్రింగ్ తిరిగి ఇవ్వబడుతుంది (అవుట్‌పుట్ అని పిలుస్తారు), మరియు ఇది ఆశించిన ఫలితం కోసం ఎన్‌కోడ్ చేస్తుంది మరియు వినియోగదారు కంప్యూటర్ ఏమి చేయాలనుకుంటున్నారో దానికి “సమాధానం”గా సరళమైన వినియోగదారు-స్నేహపూర్వక సమాచారంగా తిరిగి అనువదించబడుతుంది. . అల్గోరిథం ఎంత స్మార్ట్‌గా లేదా తెలివిగా కనిపించినా మరియు పని యొక్క క్లిష్టత స్థాయి ఏదైనా కావచ్చు, కంప్యూటర్ అల్గోరిథం ఈ ఒక్క పనిని మాత్రమే చేస్తుంది - బిట్‌ల స్ట్రింగ్‌ను మార్చడం - ఇక్కడ ప్రతి బిట్ 0 లేదా 1. ది కంప్యూటర్‌లో (సాఫ్ట్‌వేర్ చివరలో) తారుమారు జరుగుతుంది మరియు మెషీన్ స్థాయిలో ఇది ఎలక్ట్రికల్ సర్క్యూట్‌ల ద్వారా సూచించబడుతుంది (కంప్యూటర్ మదర్‌బోర్డ్‌లో). హార్డ్‌వేర్ పరిభాషలో ఈ ఎలక్ట్రికల్ సర్క్యూట్‌ల ద్వారా కరెంట్ ప్రవహించినప్పుడు, అది మూసివేయబడుతుంది మరియు కరెంట్ లేనప్పుడు తెరిచి ఉంటుంది.
క్లాసికల్ Vs క్వాంటం కంప్యూటర్
అందువల్ల, క్లాసికల్ కంప్యూటర్‌లలో, బిట్ అనేది రెండు సాధ్యమయ్యే స్థితులలో ఉండే ఒకే ఒక్క సమాచారం – 0 లేదా 1. అయితే, మనం దీని గురించి మాట్లాడినట్లయితే క్వాంటం కంప్యూటర్లు, అవి సాధారణంగా క్వాంటం బిట్‌లను ఉపయోగిస్తాయి (దీనిని 'క్విట్స్' అని కూడా పిలుస్తారు). ఇవి రెండు స్థితులతో కూడిన క్వాంటం సిస్టమ్‌లు, అయినప్పటికీ, సాధారణ బిట్ (0 లేదా 1గా నిల్వ చేయబడతాయి) వలె కాకుండా, క్విట్‌లు చాలా ఎక్కువ సమాచారాన్ని నిల్వ చేయగలవు మరియు ఈ విలువల యొక్క ఏదైనా ఊహలో ఉండవచ్చు. మెరుగైన మార్గంలో వివరించడానికి, క్విట్‌ని ఊహాత్మక గోళంగా భావించవచ్చు, ఇక్కడ క్విట్ గోళంపై ఏదైనా బిందువు కావచ్చు. క్వాంటం కంప్యూటింగ్ సబ్‌టామిక్ కణాల సామర్థ్యాన్ని ఏ సమయంలోనైనా ఒకటి కంటే ఎక్కువ రాష్ట్రాల్లో ఉనికిలో ఉంచుతుంది మరియు ఇప్పటికీ పరస్పరం ప్రత్యేకమైనదిగా ఉంటుందని చెప్పవచ్చు. మరోవైపు, క్లాసికల్ బిట్ రెండు స్థితులలో మాత్రమే ఉంటుంది - ఉదాహరణకు గోళంలోని రెండు ధ్రువాల చివర. సాధారణ జీవితంలో మనం ఈ 'సూపర్‌పొజిషన్'ని చూడలేము ఎందుకంటే ఒక వ్యవస్థను పూర్తిగా వీక్షించిన తర్వాత, ఈ సూపర్‌పొజిషన్‌లు అదృశ్యమవుతాయి మరియు అటువంటి సూపర్‌పొజిషన్‌ల అవగాహన అస్పష్టంగా ఉండటానికి ఇదే కారణం.
కంప్యూటర్‌లకు దీని అర్థం ఏమిటంటే, క్విట్‌లను ఉపయోగించే క్వాంటం కంప్యూటర్లు క్లాసికల్ కంప్యూటర్ కంటే తక్కువ శక్తిని ఉపయోగించి భారీ మొత్తంలో సమాచారాన్ని నిల్వ చేయగలవు మరియు తద్వారా క్వాంటం కంప్యూటర్‌లో కార్యకలాపాలు లేదా గణనలు చాలా వేగంగా చేయబడతాయి. కాబట్టి, ఒక క్లాసికల్ కంప్యూటర్ 0 లేదా 1ని తీసుకోవచ్చు, ఈ కంప్యూటర్‌లోని రెండు బిట్‌లు నాలుగు సాధ్యమైన స్థితులలో ఉండవచ్చు (00, 01, 10 లేదా 11), కానీ ఏ సమయంలోనైనా ఒక రాష్ట్రం మాత్రమే సూచించబడుతుంది. ఒక క్వాంటం కంప్యూటర్, మరోవైపు సూపర్‌పొజిషన్‌లో ఉండే కణాలతో పనిచేస్తుంది, సూపర్‌పొజిషన్ యొక్క లక్షణం కంప్యూటర్‌లను 'బైనరీ పరిమితి' నుండి విముక్తి చేయడం వల్ల ఒకే సమయంలో రెండు క్విట్‌లు ఖచ్చితమైన నాలుగు స్థితులను సూచించడానికి అనుమతిస్తుంది. ఇది ఏకకాలంలో నడుస్తున్న నాలుగు కంప్యూటర్‌లకు సమానం మరియు మేము ఈ క్విట్‌లను జోడిస్తే, క్వాంటం కంప్యూటర్ యొక్క శక్తి విపరీతంగా పెరుగుతుంది. క్వాంటం కంప్యూటర్లు 'క్వాంటం ఎంటాంగిల్‌మెంట్' అని పిలువబడే క్వాంటం ఫిజిక్స్ యొక్క మరొక ఆస్తిని కూడా ఉపయోగించుకుంటాయి, దీనిని ఆల్బర్ట్ ఐన్‌స్టీన్ నిర్వచించారు, ఎంటాంగిల్‌మెంట్ అనేది క్వాంటం కణాలను వాటి స్థానంతో సంబంధం లేకుండా కనెక్ట్ చేయడానికి మరియు కమ్యూనికేట్ చేయడానికి అనుమతించే ఆస్తి. విశ్వం తద్వారా ఒకరి స్థితిని మార్చడం తక్షణమే మరొకరిపై ప్రభావం చూపుతుంది. 'సూపర్‌పోజిషన్' మరియు 'ఎంటాంగిల్‌మెంట్' యొక్క ద్వంద్వ సామర్థ్యాలు సూత్రప్రాయంగా చాలా శక్తివంతమైనవి. అందువల్ల, క్లాసికల్ కంప్యూటర్‌లతో పోల్చినప్పుడు క్వాంటం కంప్యూటర్ ఏమి సాధించగలదో ఊహించలేము. ఇదంతా చాలా ఉత్సాహంగా మరియు సూటిగా అనిపిస్తుంది, అయితే, ఈ దృష్టాంతంలో సమస్య ఉంది. క్వాంటం కంప్యూటర్, క్విట్‌లను (సూపర్‌పోజ్డ్ బిట్స్) ఇన్‌పుట్‌గా తీసుకుంటే, దాని అవుట్‌పుట్ కూడా అదే విధంగా క్వాంటం స్థితిలో ఉంటుంది, అంటే సూపర్‌పోజ్డ్ బిట్‌లను కలిగి ఉండే అవుట్‌పుట్, అది ఏ స్థితిలో ఉందో బట్టి కూడా మారుతూ ఉంటుంది. ఈ రకమైన అవుట్‌పుట్ జరగదు. t నిజంగా మాకు మొత్తం సమాచారాన్ని అందుకోవడానికి అనుమతిస్తుంది మరియు అందువల్ల క్వాంటం కంప్యూటింగ్ కళలో అతిపెద్ద సవాలు ఈ క్వాంటం అవుట్‌పుట్ నుండి ఎక్కువ సమాచారాన్ని పొందే మార్గాలను కనుగొనడం.
క్వాంటం కంప్యూటర్ ఇక్కడ ఉంటుంది!
సమాచారాన్ని ప్రాసెస్ చేయడానికి పూర్తిగా కొత్త విధానాన్ని తీసుకునే క్వాంటం మెకానిక్స్ ప్రిన్సిపాల్స్ ఆధారంగా క్వాంటం కంప్యూటర్‌లను శక్తివంతమైన యంత్రాలుగా నిర్వచించవచ్చు. వారు ఎల్లప్పుడూ ఉనికిలో ఉన్న కానీ సాధారణంగా దాచబడిన సంక్లిష్టమైన ప్రకృతి నియమాలను అన్వేషించడానికి ప్రయత్నిస్తారు. అటువంటి సహజ దృగ్విషయాలను అన్వేషించగలిగితే, క్వాంటం కంప్యూటింగ్ సమాచారాన్ని ప్రాసెస్ చేయడానికి కొత్త రకాల అల్గారిథమ్‌లను అమలు చేయగలదు మరియు ఇది మెటీరియల్ సైన్స్, డ్రగ్ డిస్కవరీ, రోబోటిక్స్ మరియు ఆర్టిఫిషియల్ ఇంటెలిజెన్స్‌లో వినూత్న పురోగతికి దారితీయవచ్చు. క్వాంటం కంప్యూటర్ ఆలోచనను 1982లో అమెరికన్ సైద్ధాంతిక భౌతిక శాస్త్రవేత్త రిచర్డ్ ఫేన్‌మాన్ ప్రతిపాదించారు. నేడు, సాంకేతిక సంస్థలు (IBM, Microsoft, Google, Intel వంటివి) మరియు విద్యాసంస్థలు (MIT, మరియు ప్రిన్స్‌టన్ యూనివర్సిటీ వంటివి) క్వాంటంపై పనిచేస్తున్నాయి. ప్రధాన స్రవంతి క్వాంటం కంప్యూటర్‌ను రూపొందించడానికి కంప్యూటర్ నమూనాలు. ఇంటర్నేషనల్ బిజినెస్ మెషీన్స్ కార్ప్. (IBM) ఇటీవల దాని శాస్త్రవేత్తలు శక్తివంతమైన క్వాంటం కంప్యూటింగ్ ప్లాట్‌ఫారమ్‌ను నిర్మించారని మరియు యాక్సెస్ కోసం అందుబాటులో ఉంచవచ్చు కానీ చాలా పనులను నిర్వహించడానికి ఇది సరిపోదని పేర్కొంది. ప్రస్తుతం అభివృద్ధి చేయబడుతున్న 50-క్విట్ ప్రోటోటైప్ ఈరోజు క్లాసికల్ కంప్యూటర్లు చేసే అనేక సమస్యలను పరిష్కరించగలదని మరియు భవిష్యత్తులో 50-100 క్విట్ కంప్యూటర్లు చాలా వరకు ఖాళీని పూరించగలవని, అంటే కేవలం కొన్ని వందల క్విట్‌లతో కూడిన క్వాంటం కంప్యూటర్ చేయగలదని వారు అంటున్నారు. తెలిసిన వాటిలో అణువుల కంటే ఎక్కువ గణనలను ఏకకాలంలో నిర్వహించండి విశ్వం. వాస్తవికంగా చెప్పాలంటే, క్వాంటం కంప్యూటర్ వాస్తవానికి క్లాసికల్ కంప్యూటర్‌ను కష్టతరమైన పనులలో అధిగమించగల మార్గం ఇబ్బందులు మరియు సవాళ్లతో నిండి ఉంటుంది. ఇటీవల ఇంటెల్ కంపెనీ యొక్క కొత్త 49-క్విట్ క్వాంటం కంప్యూటర్ ఈ "క్వాంటం ఆధిపత్యం" వైపు ఒక అడుగును సూచిస్తుందని ప్రకటించింది, కేవలం 17 నెలల క్రితం మాత్రమే 2-బిట్ క్విట్ సిస్టమ్‌ను ప్రదర్శించిన కంపెనీకి ఒక పెద్ద పురోగతి. వాస్తవ ప్రపంచ ఫలితాలను అందించగల క్వాంటం కంప్యూటర్‌లను రూపొందించడంలో క్విట్‌ల సంఖ్యను విస్తరించడం కీలకం అనే అవగాహన ఆధారంగా ప్రాజెక్ట్‌ను విస్తరించడం వారి ప్రాధాన్యత.
క్వాంటం కంప్యూటర్‌ను నిర్మించడానికి మెటీరియల్ కీలకం
మెటీరియల్ సిలికాన్ దశాబ్దాలుగా కంప్యూటింగ్‌లో అంతర్భాగంగా ఉంది, ఎందుకంటే దాని కీలకమైన సామర్థ్యాలు సాధారణ (లేదా క్లాసికల్) కంప్యూటింగ్‌కు బాగా సరిపోతాయి. అయితే, క్వాంటం కంప్యూటింగ్‌కు సంబంధించినంతవరకు, సిలికాన్-ఆధారిత పరిష్కారాలు ప్రధానంగా రెండు కారణాల వల్ల అవలంబించబడలేదు, మొదట సిలికాన్‌పై తయారు చేయబడిన క్విట్‌లను నియంత్రించడం కష్టం, మరియు రెండవది, సిలికాన్ క్విట్‌లు ఇతర వాటితో పాటు స్కేల్ చేయగలదా అనేది ఇప్పటికీ అస్పష్టంగా ఉంది. పరిష్కారాలు. ఒక పెద్ద పురోగతిలో ఇంటెల్ ఇటీవల అభివృద్ధి చేసింది1 సాంప్రదాయ సిలికాన్‌పై ఉత్పత్తి చేయబడిన 'స్పిన్ క్విట్' అని పిలువబడే కొత్త రకం క్విట్. స్పిన్ క్విట్‌లు సెమీకండక్టర్ ఎలక్ట్రానిక్‌లను దగ్గరగా పోలి ఉంటాయి మరియు అవి సిలికాన్ పరికరంలో ఒకే ఎలక్ట్రాన్ యొక్క స్పిన్‌ను ప్రభావితం చేయడం ద్వారా మరియు చిన్న, మైక్రోవేవ్ పల్స్‌తో కదలికను నియంత్రించడం ద్వారా వాటి క్వాంటం శక్తిని అందిస్తాయి. ఇంటెల్ ఈ దిశలో ముందుకు సాగడానికి దారితీసిన రెండు ప్రధాన ప్రయోజనాలు ఏమిటంటే, ముందుగా ఇంటెల్ ఒక సంస్థగా ఇప్పటికే సిలికాన్ పరిశ్రమలో భారీగా పెట్టుబడి పెట్టింది మరియు తద్వారా సిలికాన్‌లో సరైన నైపుణ్యం ఉంది. రెండవది, సిలికాన్ క్విట్‌లు మరింత ప్రయోజనకరంగా ఉంటాయి ఎందుకంటే అవి సంప్రదాయ క్విట్‌ల కంటే చిన్నవిగా ఉంటాయి మరియు అవి ఎక్కువ కాలం పాటు పొందికను కలిగి ఉంటాయని భావిస్తున్నారు. క్వాంటం కంప్యూటింగ్ సిస్టమ్‌లను స్కేల్ చేయాల్సిన అవసరం వచ్చినప్పుడు ఇది చాలా ముఖ్యమైనది (ఉదా. 100-క్విట్ నుండి 200-క్విట్ వరకు). ఇంటెల్ ఈ నమూనాను పరీక్షిస్తోంది మరియు వేలకొద్దీ చిన్న క్విట్ శ్రేణులను కలిగి ఉన్న చిప్‌లను ఉత్పత్తి చేయాలని కంపెనీ భావిస్తోంది మరియు అటువంటి ఉత్పత్తిని పెద్దమొత్తంలో చేసినప్పుడు క్వాంటం కంప్యూటర్‌లను స్కేలింగ్ చేయడానికి చాలా మంచిది మరియు నిజమైన గేమ్‌చేంజర్ కావచ్చు.
లో ప్రచురించబడిన ఇటీవలి పరిశోధనలో సైన్స్, ఫోటోనిక్ స్ఫటికాల కోసం కొత్తగా రూపొందించిన నమూనా (అనగా ఫోటోనిక్ చిప్‌పై అమలు చేయబడిన క్రిస్టల్ డిజైన్) USAలోని యూనివర్శిటీ ఆఫ్ మేరీల్యాండ్‌లోని బృందంచే అభివృద్ధి చేయబడింది, ఇది క్వాంటం కంప్యూటర్‌లను మరింత అందుబాటులోకి తెస్తుందని వారు పేర్కొన్నారు.2. ఈ ఫోటాన్‌లు తెలిసిన అతి చిన్న మొత్తంలో కాంతి మరియు ఈ స్ఫటికాలు కాంతి పరస్పర చర్యకు కారణమయ్యే రంధ్రాలతో స్థిరపడ్డాయి. స్ఫటికం ద్వారా కాంతి వంగి మరియు బౌన్స్ అయ్యే విధానాన్ని వేర్వేరు రంధ్ర నమూనాలు మారుస్తాయి మరియు ఇక్కడ వేల త్రిభుజాకార రంధ్రాలు తయారు చేయబడ్డాయి. క్వాంటం కంప్యూటర్‌లను సృష్టించే ప్రక్రియకు ఒకే ఫోటాన్‌ల యొక్క ఇటువంటి ఉపయోగం చాలా ముఖ్యమైనది ఎందుకంటే కంప్యూటర్లు పెద్ద సంఖ్యలను మరియు ప్రస్తుత కంప్యూటర్లు చేయలేని రసాయన ప్రతిచర్యలను లెక్కించగల సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంటాయి. చిప్ రూపకల్పన క్వాంటం కంప్యూటర్‌ల మధ్య ఫోటాన్‌ల బదిలీ ఎటువంటి నష్టాలు లేకుండా జరిగేలా చేస్తుంది. ఈ నష్టం కూడా క్వాంటం కంప్యూటర్‌లకు పెద్ద సవాలుగా పరిగణించబడుతుంది మరియు అందువల్ల ఈ చిప్ సమస్యను చూసుకుంటుంది మరియు సమర్థవంతమైన మార్గాన్ని అనుమతిస్తుంది క్వాంటం ఒక సిస్టమ్ నుండి మరొక వ్యవస్థకు సమాచారం.
భవిష్యత్తు
క్వాంటం కంప్యూటర్లు ఏ సంప్రదాయ సూపర్‌కంప్యూటర్‌కు మించిన గణనలను అమలు చేస్తాయని వాగ్దానం చేస్తాయి. పదార్థం యొక్క ప్రవర్తనను పరమాణు స్థాయికి అనుకరించడాన్ని సాధ్యం చేయడం ద్వారా కొత్త పదార్థాల ఆవిష్కరణలో విప్లవాత్మక మార్పులు చేయగల సామర్థ్యం వారికి ఉంది. ఇది డేటాను వేగంగా మరియు మరింత సమర్ధవంతంగా ప్రాసెస్ చేయడం ద్వారా కృత్రిమ మేధస్సు మరియు రోబోటిక్స్‌పై ఆశను కూడా పెంచుతుంది. వాణిజ్యపరంగా లాభదాయకమైన క్వాంటం కంప్యూటింగ్ సిస్టమ్‌ను డెలివరీ చేయడం రాబోయే సంవత్సరాల్లో ఏదైనా ప్రధాన సంస్థల ద్వారా చేయవచ్చు, ఎందుకంటే ఈ పరిశోధన ఇప్పటికీ ఓపెన్‌గా ఉంది మరియు అందరికీ మంచి గేమ్. రాబోయే ఐదు నుండి ఏడు సంవత్సరాలలో ప్రధాన ప్రకటనలు ఆశించబడతాయి మరియు ఆదర్శంగా జరుగుతున్న పురోగతుల శ్రేణితో చెప్పాలంటే, ఇంజనీరింగ్ సమస్యలను పరిష్కరించాలి మరియు 1 మిలియన్ లేదా అంతకంటే ఎక్కువ క్విట్‌ల క్వాంటం కంప్యూటర్ వాస్తవంగా ఉండాలి.
***
{ఉదహరించబడిన మూలం(ల) జాబితాలో దిగువ ఇవ్వబడిన DOI లింక్‌ను క్లిక్ చేయడం ద్వారా మీరు అసలు పరిశోధనా పత్రాన్ని చదవవచ్చు}
మూల (లు)
1. కాస్టెల్‌వెచ్చి డి. 2018. క్వాంటం-కంప్యూటింగ్ రేసులో సిలికాన్ ప్రాబల్యాన్ని పొందింది. ప్రకృతి. 553(7687) https://doi.org/10.1038/d41586-018-00213-3
2. సబ్యసాచి బి. మరియు ఇతరులు. 2018. టోపోలాజికల్ క్వాంటం ఆప్టిక్స్ ఇంటర్‌ఫేస్. సైన్స్. 359(6376) https://doi.org/10.1126/science.aaq0327
