क्या है हकीकत में Quantum Computing का सच,क्या ये वास्तव में दूसरे computers से बेहतर है?

Quantum computing एक तेजी से उभरती हुई technology है जो classical कंप्यूटरों के लिए बहुत जटिल समस्याओं को हल करने के लिए quantum mechanics के नियमों का उपयोग करती है। 

ये मशीनें classical computers से बहुत अलग हैं जो लगभग आधी सदी से भी अधिक समय से हैं। यहाँ इस transformative technology पर एक प्राइमर है।

हमें Quantum computers की आवश्यकता क्यों है?

कुछ समस्याओं के लिए, Super कंप्यूटर उतने सुपर नहीं हैं।

जब वैज्ञानिक और इंजीनियर कठिन समस्याओं का सामना करते हैं, तो वे सुपर कंप्यूटर का उपयोगरुख करते हैं। ये बहुत बड़े classical कंप्यूटर हैं, जिनमें अक्सर हजारों classical CPU और GPU core होते हैं। हालाँकि, सुपर कंप्यूटर भी कुछ प्रकार की समस्याओं को हल करने के लिए संघर्ष करते हैं।

यदि कोई सुपरकंप्यूटर stumped हो जाता है, तो शायद ऐसा इसलिए है क्योंकि बड़ी classical मशीन को ज्यादा जटिलता के साथ एक समस्या को हल करने के लिए कहा गया होगा। जब classical कंप्यूटर विफल हो जाते हैं, तो यह अक्सर काम की complexity के कारण होता है।

Complex समस्याएं ऐसी समस्याएं हैं जिनमें बहुत से variables जटिल तरीकों से एक दूसरे से जुड़े होते हैं। एक Molecule में अलग-अलग atoms के व्यवहार की मॉडलिंग एक जटिल समस्या है, क्योंकि सभी अलग-अलग electron एक दूसरे के साथ जुड़े होते हैं। Global शिपिंग नेटवर्क में कुछ सौ टैंकरों के लिए आदर्श मार्गों को छांटना भी जटिल है।

Quantum computers तेज क्यों होते हैं?

आइए उदाहरण देखें जो दिखाता है कि शास्त्रीय कंप्यूटर के विफल होने पर क्वांटम कंप्यूटर कैसे सफल हो सकते हैं:

Protein sequences के एक बड़े database को छाँटने जैसे कठिन कार्यों में एक सुपर कंप्यूटर महान हो सकता है। लेकिन यह उस डेटा में subtle पैटर्न को देखना इसके लिए मुश्किल साबित होगा और subtle पैटर्न यह निर्धारित करता है कि वे प्रोटीन कैसे व्यवहार करते हैं।

Protein amino acid के लंबे तार होते हैं जो जटिल आकार में तब्दील होने पर उपयोगी biological मशीन बन जाते हैं। यह पता लगाना कि प्रोटीन कैसे गुना होगा, biological और चिकित्सा के लिए महत्वपूर्ण implications के साथ एक समस्या है।

एक classical सुपरकंप्यूटर किसी उत्तर पर पहुंचने से पहले रासायनिकी chain को मोड़ने के हर संभव तरीके की जांच करने के लिए अपने कई प्रोसेसर का लाभ उठाते हुए,brute बल के साथ एक प्रोटीन को मोड़ने का प्रयास कर सकता है।

लेकिन जैसे-जैसे प्रोटीन sequences लंबे और अधिक जटिल होते जाते हैं, सुपरकंप्यूटर ठप हो जाता है। 100 amino एसिड की एक chain theoretically रूप से कई खरबों तरीकों में से किसी एक में fold हो सकती है। अलग-अलग fold के सभी संभावित संयोजनों को संभालने के लिए किसी भी कंप्यूटर में कार्यशील मेमोरी नहीं होती है।

Quantum algorithm इसी प्रकार की जटिल समस्याओं के लिए एक नया दृष्टिकोण लेते हैं – multidimensional spaces बनाना जहां व्यक्तिगत डेटा बिंदुओं को जोड़ने वाले पैटर्न उभर कर आते हैं। प्रोटीन फोल्डिंग समस्या के मामले में, वह पैटर्न फोल्ड का संयोजन हो सकता है जिसके उत्पादन के लिए कम से कम ऊर्जा की आवश्यकता होती है। फोल्ड का वह संयोजन ही समस्या का समाधान है।

Classical कंप्यूटर इन computational रिक्त स्थान नहीं बना सकते हैं, इसलिए वे इन पैटर्नों को नहीं ढूंढ सकते हैं। प्रोटीन के मामले में, पहले से ही प्रारंभिक quantum algorithm हैं जो classical कंप्यूटरों की laborious जाँच प्रक्रियाओं के बिना, पूरी तरह से नए, अधिक कुशल तरीकों से तह पैटर्न पा सकते हैं। जैसे-जैसे quantum hardware scale और ये algorithm आगे बढ़ते हैं, वे प्रोटीन फोल्डिंग समस्याओं से निपट सकते हैं जो किसी भी सुपर कंप्यूटर के लिए बहुत जटिल हैं।

Quantum Computer कैसे काम करते हैं?

Quantum कंप्यूटर elegant मशीन हैं, इन्हें छोटे और सुपर कंप्यूटर की तुलना में कम ऊर्जा की आवश्यकता होती है। quantum प्रोसेसर एक wafer है जो लैपटॉप में पाए जाने वाले से बहुत बड़ा नहीं है और एक quantum हार्डवेयर सिस्टम एक कार के आकार के बारे में है, जो superconducting प्रोसेसर को उसके अल्ट्रा-कोल्ड ऑपरेशनल तापमान पर रखने के लिए ज्यादातर कूलिंग सिस्टम से बना है।

एक classical प्रोसेसर अपने कार्यों को करने के लिए bits का उपयोग करता है। एक quantum कंप्यूटर multidimensional quantum algorithm को चलाने के लिए qubits (CUE-bits) का उपयोग करता है।

Superfluids

आपका डेस्कटॉप कंप्यूटर काम करने के लिए पर्याप्त ठंडा होने के लिए पंखे का उपयोग करता है और quantum प्रोसेसर को बहुत ठंडा होना चाहिए – पूर्ण शून्य से एक डिग्री का सौवां हिस्सा। इसे प्राप्त करने के लिए,quantum computers में superconductors बनाने के लिए सुपर-कूल्ड Superfluids का उपयोग किया जाता है।

Superconductors

उन ultra-low तापमानों पर प्रोसेसर में कुछ सामग्री एक और महत्वपूर्ण quantum mechanical प्रभाव प्रदर्शित करती है: electron बिना प्रतिरोध के उनके माध्यम से आगे बढ़ते हैं। यह उन्हें “superconductors” बनाता है।

जब electron superconductors से गुजरते हैं तो वे “Cooper pairs” बनाते हुए मेल खाते हैं। ये जोड़े quantum tunneling के रूप में जानी जाने वाली प्रक्रिया के माध्यम से बाधाओं, या इंसुलेटर में चार्ज ले सकते हैं। एक इन्सुलेटर के दोनों ओर रखे गए दो superconductors Josephson जंक्शन बनाते हैं।

नियंत्रण

Quantum कंप्यूटर Josephson जंक्शनों को superconducting qubits के रूप में उपयोग करते हैं। इन qubits पर microwave photons को फायर करके, उनके व्यवहार को नियंत्रित किया जा सकते हैं और उन्हें quantum जानकारी की अलग-अलग इकाइयों को पकड़ने, बदलने और पढ़ने के लिए प्राप्त कर सकते हैं।

Superposition

A qubit अपने आप में बहुत उपयोगी नहीं है। लेकिन यह एक महत्वपूर्ण कार्य कर सकता है: quantum जानकारी को Superposition की स्थिति में रखना, जो कि qubit के सभी संभावित configurations के संयोजन को दर्शा देगा। Superposition में qubits के समूह जटिल, multidimensional computational रिक्त स्थान बना सकते हैं। इन स्थानों में जटिल समस्याओं को नए तरीकों से प्रस्तुत किया जा सकता है।

Entanglement

Entanglement एक quantum mechanical प्रभाव है जो दो अलग-अलग चीजों के व्यवहार को सहसंबंधित करता है। जब दो qubit उलझ जाते हैं, तो एक qubit में परिवर्तन सीधे दूसरे को प्रभावित करता है। Quantum algorithm जटिल समस्याओं के समाधान खोजने के लिए उन संबंधों का लाभ उठाते हैं।

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