Microsoft ने क्वांटम प्रोसेसर 'Majorana 1' पेश किया

• दुनिया का पहला quantum processor Majorana 1 पेश किया गया, जो topological qubits पर चलता है
• Microsoft ने topoconductor नामक एक अभिनव पदार्थ का उपयोग करके Majorana 1 विकसित किया
  • यह practical quantum computing की दिशा में एक अहम मोड़ है
  • quantum computer को विज्ञान और पूरे समाज में परिवर्तन लाने के लिए large-scale विस्तार और quantum error correction की विश्वसनीयता अनिवार्य है
  • आज की घोषणा इस लक्ष्य को तेजी से हासिल करने की दिशा में एक प्रमुख प्रगति है
• Majorana 1: दुनिया का पहला QPU जिसमें topological core है। इसे एक ही chip पर अधिकतम दस लाख qubits तक scale किया जा सकता है
• A hardware-protected topological qubit:
  • शोध परिणाम Nature paper और Station Q meeting में साझा किए गए
  • इसकी खासियतें हैं छोटा आकार, तेज गति और digital-based control
• स्थिर quantum computation के लिए device roadmap:
  • single-qubit device से शुरू होकर quantum error correction सक्षम array तक विस्तार का रास्ता
• दुनिया का पहला fault-tolerant prototype(FTP) बनाने की दिशा:
  • DARPA US2QC program के अंतिम चरण के माध्यम से, आने वाले कुछ वर्षों में scalable quantum computer prototype पूरा करने का लक्ष्य

नए प्रकार के पदार्थ का उपयोग

• Microsoft ने topoconductor नाम का एक अभिनव पदार्थ विकसित किया
  • यह पदार्थ Indium Arsenide (semiconductor) और Aluminum (superconductor) को मिलाकर topological superconductivity की अवस्था बनाता है
  • तापमान को अत्यंत निम्न स्तर तक घटाने और magnetic field को नियंत्रित करने पर, nanowire के सिरों पर Majorana Zero Modes(MZMs) बनाए जा सकते हैं
  • इसमें electron बिना जोड़ी बने वितरित अवस्था में quantum information को store कर सकते हैं
• इस संरचना में quantum information को पढ़ना कठिन था, लेकिन quantum dot का उपयोग कर इसे हल किया गया
  • quantum dot के जरिए charge में बदलाव मापा जाता है और उसकी reflectance में परिवर्तन देखकर nanowire की even/odd (= parity) अवस्था समझी जाती है
• शुरुआती माप में लगभग 1% error rate था, और इसे और कम करने का स्पष्ट रास्ता पहचाना गया
• यह भी पुष्टि हुई कि बाहरी ऊर्जा (जैसे electromagnetic waves) जोड़ी को तोड़ सकती है, लेकिन ऐसा millisecond स्तर पर बहुत कम होता है
• अंततः यह अनोखा पदार्थ quantum information की सुरक्षा के लिए अनुकूल साबित हुआ, और इसे मापने का एक स्थिर तरीका भी स्थापित किया गया

digital precision के जरिए quantum control में बदलाव

• यह strategy measurement-based computation अपनाती है, जिससे पारंपरिक analog control पर निर्भरता घटती है
• पारंपरिक तरीके में हर qubit को rotate करने के लिए जटिल और अत्यंत सटीक signals चाहिए होते हैं
• इसके विपरीत Microsoft की measurement-based approach सरल digital pulses के जरिए quantum state को पढ़ती और computation करती है
• इससे quantum error correction(QEC) की प्रक्रिया सरल होती है, और एक साथ बड़ी संख्या में qubits को manage करना कहीं आसान हो जाता है

physics से engineering तक

• Microsoft ने single-qubit device tetron के आधार पर एक scalable architecture पेश किया
  • tetron दो समानांतर topological wires और उन्हें जोड़ने वाली superconducting structure से मिलकर बना है
  • हर wire के दोनों सिरों पर MZM मौजूद होते हैं, इसलिए चार MZM मिलकर एक tetron बनाते हैं
• शोध टीम पहले ही tetron के भीतर single nanowire की parity माप चुकी है, और दूसरे quantum dot का उपयोग करके superposition experiment भी कर चुकी है
• अगला चरण 4×2 tetron array बनाकर multi-qubit environment का परीक्षण करना है, और अंततः quantum error correction तक पहुंचने वाला roadmap स्थापित करना है
• topological qubit की अंतर्निहित protection और Microsoft के custom error correction code के संयोजन से आवश्यक physical qubits की संख्या और operation clock को काफी optimize किया जा सकता है

DARPA ने इस approach को मान्यता दी

• DARPA के Underexplored Systems for Utility-Scale Quantum Computing(US2QC) program में Microsoft अंतिम चरण में पहुंच गया है
• इसका मतलब है कि Microsoft की topological qubit आधारित quantum computer बनाने की योजना को विश्वसनीय माना गया है
• अंतिम चरण में Microsoft का लक्ष्य है कि सिर्फ कुछ वर्षों में fault-tolerant prototype(FTP) पूरा किया जाए, ताकि practical-scale quantum computing की दिशा में रफ्तार बढ़े
• यह prototype पूरा होने पर उन समस्याओं को quantum तरीके से हल करने की दिशा में बड़ा मोड़ साबित हो सकता है जिन्हें मौजूदा supercomputer से हल करना कठिन है

quantum computing की क्षमता को साकार करना

• 18 महीने पहले Microsoft ने जो quantum supercomputer roadmap पेश किया था, उसमें अब दूसरा milestone हासिल कर लिया गया है
  • पहला था topological qubit के लिए proof of concept
  • दूसरा था वास्तविक device में topological qubit को लागू करना
• कंपनी पहले ही एक chip पर आठ topological qubits रख चुकी है, और इस system में दस लाख qubits तक scale होने की क्षमता है
• बड़े quantum computer से नए materials की design, molecular simulation जैसी उन समस्याओं को हल करने की उम्मीद है जिन्हें मौजूदा supercomputer आसानी से नहीं सुलझा पाते
• DARPA के साथ सहयोग के जरिए Microsoft practical quantum computing को तेज करेगा और आगे की प्रगति साझा करता रहेगा

[kuber]

रूपकात्मक व्याख्या में, किसी खास बिंदु पर quantum phenomenon को observe करने वाले पुराने तरीके की बजाय किसी खास रेखा पर quantum phenomenon को observe करने से error के प्रति resistance बढ़ता है और कई चीजें अधिक आसान हो जाती हैं, ऐसा लगता है.

जो भी हो, Science के दायरे की समस्या को Engineering के दायरे की समस्या तक खींच लाया गया है, इसलिए शायद पहले Intel जिस तरह हर साल performance को दोगुना तक बढ़ाता था, वैसे exponential performance improvement की उम्मीद की जा सकती है.

बेशक, अभी quantum computer का ENIAC युग चल रहा है या Intel 386 युग, यह अभी भी अज्ञात है.

[bus710]

दूसरे लेखों में ठोस, द्रव, गैस नहीं बल्कि चौथे रूप की बात कर रहे थे.... पानी-विज्ञान में अनाड़ी मैं तो बस ऊपर-ऊपर से ही उसे ऐसा मानकर चल रहा हूँ haha