Google का Willow quantum chip हार्डवेयर पर सत्यापित की जा सकने वाली quantum advantage का प्रदर्शन करता है

• "quantum computing के वास्तविक अनुप्रयोगों की ओर एक बड़ा कदम, Google का ‘Quantum Echoes’ algorithm"
• Quantum Echoes algorithm Google के Willow quantum chip पर चलता है, और इसे दुनिया के पहले सत्यापित किए जा सकने वाले (Verifiable) quantum advantage के उदाहरण के रूप में पेश किया गया है
• यह algorithm molecular structure की गणना कर सकता है, प्राकृतिक प्रणालियों का simulation कर सकता है, और मौजूदा ultra-fast supercomputers से 13,000 गुना तेज performance दिखाता है
• Quantum Echoes quantum signals के ‘echo’ को वापस लाकर मापने की विधि का उपयोग करता है, जिससे सूक्ष्म interference को amplify करके अत्यंत सटीक गणना संभव होती है
• UC Berkeley के साथ किए गए प्रयोगों में इसने molecules की geometric structure का सटीक अनुमान लगाया, और molecules के बीच की दूरी की ऐसी जानकारी भी पकड़ी जो पारंपरिक NMR तरीकों से पता नहीं चलती थी
• इस उपलब्धि को drug development, materials science, fusion research जैसे वास्तविक औद्योगिक क्षेत्रों में quantum computing के प्रवेश के लिए एक अहम turning point माना जा रहा है

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Quantum Echoes algorithm का आगमन और महत्व

• Google ने इस शोध के जरिए साबित किया कि quantum computers ultra-fast supercomputers से आगे निकलते हुए भी अपने परिणामों को सत्यापित कर सकते हैं
  • इसका मतलब सिर्फ “quantum supremacy” नहीं, बल्कि ऐसी ‘verifiable’ computation है जिसे दोहराए गए प्रयोगों में उसी परिणाम के साथ पुन: उत्पन्न किया जा सके
• Willow chip पर लागू OTOC (Out-of-Time-Order Correlator) algorithm सिग्नल को आगे बढ़ाने, फिर एक qubit को perturb करने, और उसके बाद उसे उल्टी दिशा में वापस लाकर ‘echo’ मापने के तरीके पर आधारित है
  • quantum interference (constructive interference) प्रभाव के कारण सिग्नल amplify हो जाता है, जिससे बहुत छोटे बदलावों का भी पता लगाया जा सकता है
• Willow chip 105 qubits की array का उपयोग करता है, और कम error rate तथा तेज computation speed की मदद से यह सटीक measurement संभव बनाता है

Willow chip और तकनीकी आधार

• Willow, Google का 2024 में घोषित नवीनतम quantum chip है, जो error suppression technology में बड़ा सुधार लाकर लगभग 30 वर्षों से चले आ रहे एक कठिन सवाल को हल करने वाला platform है
• पहले के Random Circuit Sampling benchmark में Willow ने quantum state complexity को अधिकतम करते हुए अपनी उत्कृष्ट performance साबित की थी
• Quantum Echoes सिर्फ complexity experiment नहीं, बल्कि physical experiments को model करने वाला computation का एक नया रूप है, जिसमें precision और complexity दोनों को सत्यापित करना एक चुनौतीपूर्ण test है

molecular structure calculation और experimental verification

• Google और UC Berkeley ने मिलकर quantum-based molecular geometry calculation पर प्रयोग किया
  • 15 और 28 atoms वाले दो molecules पर Quantum Echoes algorithm लागू किया गया
  • परिणाम पारंपरिक NMR (nuclear magnetic resonance) के नतीजों से मेल खाते थे, और साथ ही molecules के बीच की दूरी से जुड़ी नई जानकारी भी मिली जिसे मौजूदा तकनीकों से observe नहीं किया जा सकता था
• इससे यह संभावना साबित हुई कि Quantum Echoes संरचना को मापने वाले ‘molecular ruler’ जैसे नए tool में बदल सकता है
  • खास तौर पर दवाओं की binding structure, battery materials, polymers जैसे नई materials के analysis में इसकी बड़ी संभावना है

वास्तविक अनुप्रयोगों की ओर प्रगति

• इस उपलब्धि को इस रूप में देखा जा रहा है कि quantum computers medicine, life sciences, materials research जैसी वास्तविक औद्योगिक समस्याओं के समाधान के करीब पहुंच रहे हैं
• Quantum Echoes ऐसा व्यावहारिक उदाहरण है जो दिखाता है कि quantum machines प्रकृति की interactions को बेहद सटीक रूप से model कर सकती हैं
  • उदाहरण: drug candidates के proteins से binding structure का analysis, नए conductive materials की molecular arrangement की पहचान
• Google फिलहाल ‘Milestone 3’, यानी लंबी आयु वाले logical qubit के implementation की दिशा में आगे बढ़ रहा है
  • यह आगे चलकर पूरी तरह error-corrected quantum computer के विकास की एक प्रमुख सीढ़ी है

आगे की संभावनाएं

• Quantum Echoes को quantum computation की accuracy, reproducibility, applicability—इन तीनों को एक साथ साबित करने वाले पहले शोध के रूप में दर्ज किया गया है
• Google ने इस शोध के जरिए “quantum-scope” की अवधारणा पेश की है, जो ऐसी नई tool की संभावना दिखाती है जिससे प्रकृति की उन घटनाओं की जांच की जा सके जिन्हें पहले observe नहीं किया जा सकता था
• इस तरह की प्रगति को ऐसे turning point के रूप में देखा जा रहा है जो बताता है कि quantum technology अब laboratory चरण से निकलकर industrial application चरण में प्रवेश कर चुकी है

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Hacker News राय

• अगर मेरे पास Bitcoin होता, तो मैं quantum computers की प्रगति को लेकर काफी चिंतित होता, खासकर इस DEFCON talk को देखने के बाद(https://www.youtube.com/watch?v=OkVYJx1iLNs)
  • कुछ public-key cryptography तरीके quantum algorithms के प्रति कमजोर हैं, लेकिन Bitcoin blockchain के मुख्य हिस्से सीधे प्रभावित नहीं होते। Quantum computer से एक private key तोड़ने में भी कई दिन से कई हफ्ते लगेंगे, इसलिए पर्याप्त advance warning मिल सकती है। लेकिन WhatsApp, Signal जैसे end-to-end encrypted messages की security ज्यादा चिंता की बात है। बीच में एकत्र किए गए messages भविष्य में decrypt किए जा सकते हैं, इसलिए ज्यादा मजबूत cryptography पर जल्दी switch करना बेहतर है। हाल ही में Signal ने इस क्षेत्र में महत्वपूर्ण प्रगति दिखाई है (https://arstechnica.com/security/2025/10/why-signals-post-quantum-makeover-is-an-amazing-engineering-achievement/) (https://arxiv.org/pdf/2505.15917)
  • quantum computing का खतरा पहले से ही व्यापक रूप से पहचानी गई समस्या है। इसे हल करने के लिए पर्याप्त समय है और दुनिया भर में mitigation का काम जारी है। अगर quantum cryptographic attacks की चिंता है, तो सिर्फ cryptocurrency नहीं, बल्कि banking, brokerage accounts, email, SMS और लगभग सभी digital services जोखिम में होंगी
  • जब भी मैं कहता था कि quantum computing cryptocurrency security के लिए खतरा बन सकती है, मुझे हमेशा काफी pushback मिलता था। तब एहसास होता है कि HODLer (crypto investors) बहुत हैं। आखिरकार cryptocurrency में निवेश कुछ हद तक quantum computing के practical होने पर दांव लगाने जैसा है
• क्या “verifiable” का मतलब यह है कि “दो बार चलाओ और वही result आ जाए”? Quantum verifiability का मतलब है कि वही quantum computer या उसी स्तर के किसी दूसरे quantum computer पर वही answer बार-बार निकल सके और उस पर भरोसा किया जा सके
  • मेरी समझ में 'verifiability' का मतलब यह होना चाहिए कि सिर्फ classical computers इस्तेमाल करने वाला कोई skeptic भी सैद्धांतिक रूप से मान सके कि quantum device ने सही काम किया है। Mahadev(https://arxiv.org/abs/1804.01082), Aaronson(https://arxiv.org/abs/2209.06930) जैसे कामों की तरह यहां कठोर प्रमाण की जरूरत है। पहले के RCS experiments में यह क्षमता नहीं थी, इसलिए अगर यह सचमुच 'verifiable quantum supremacy' है तो यह बड़ी प्रगति होगी, लेकिन paper में इस पर खास चर्चा नहीं है। Press release के विपरीत, यह supremacy सिद्ध करने से ज्यादा बस एक "संभावित दिशा" दिखाने जैसा लगता है
  • paper में कहीं भी 'verifiability' की अवधारणा को साफ तौर पर नहीं समझाया गया है। मेरी समझ के मुताबिक, पहले के quantum supremacy experiments जटिल probability distributions से sampling वाली समस्या थे, जिनमें यह verify करना मुश्किल था कि काम सही हुआ या नहीं। इसके विपरीत, इस experiment में measurement values स्पष्ट संख्याओं के रूप में आती हैं (जैसे दूसरे experimental systems या computers से सीधे तुलना की जा सके), इसलिए measurements की तुलना की जा सकती है। हालांकि, पिछले experiments में samples के expected values लगभग 0 के पास थे, इसलिए उन्हें वास्तव में observe करना मुश्किल था। ध्यान रहे, आधिकारिक व्याख्या न होने के कारण यह मेरी अटकल है
  • इसका मतलब सिर्फ ‘मेरी machine पर काम करता है’ से आगे बढ़कर यह है कि algorithm कई quantum computers पर लगातार एक जैसा काम करता है
  • इस experiment का मुख्य बिंदु यह है कि यह पहली बार ‘quantum supremacy’ के verified उदाहरण के रूप में पेश किया जा रहा है। मूल पाठ में “इतिहास में पहली बार, quantum computer ने सफलतापूर्वक ऐसा verifiable algorithm चलाया जो supercomputer की क्षमता से आगे जाता है” जैसा उल्लेख है
  • इसका मतलब N बार दोहराना है, सिर्फ 2 बार चलाना नहीं
• "सबसे तेज supercomputer से भी 13,000 गुना तेज", "quantum verifiability का मतलब है कि हमारे या उसी स्तर के quantum computer पर लगातार वही result आता है", "NMR के results से मेल खाते हुए भी NMR से न मिल सकने वाली अतिरिक्त जानकारी निकाली गई" — इन बातों को देखकर लगता है कि शायद अब सच में quantum supremacy सिद्ध हो गई है
  • paper को जल्दी से देखने पर लगता है कि "NMR से सामान्यतः न मिल सकने वाली जानकारी" से मतलब Hamiltonian का Jacobian और Hessian निकालना है। यानी सिर्फ quantum experiment चलाकर system की dynamics को सीधे simulate किया जा सकता है। Jacobian और Hessian सभी parameters के लिए first और second derivatives की matrices होती हैं
• मैं इस result और दावे पर classical computation के विशेषज्ञों की राय सुनना चाहूंगा। पहले भी quantum supremacy घोषित होने के बाद दूसरी टीमों ने optimized classical algorithms से बेहतर results दिखाए हैं
• संबंधित papers साझा कर रहा हूं
  idea paper: Quantum Computation of Molecular Structure Using Data from Challenging-To-Classically-Simulate Nuclear Magnetic Resonance Experiments(https://journals.aps.org/prxquantum/abstract/10.1103/PRXQuantum.3.030345).
  दूसरे quantum computer पर result verification (अभी तक नहीं हुआ): Observation of constructive interference at the edge of quantum ergodicity(https://www.nature.com/articles/s41586-025-09526-6)
• मैं जानना चाहता हूं कि यह result अभी भी RCS problem है या उससे मिलता-जुलता कुछ है। जहां तक मेरी समझ है, अभी के quantum computers आखिरकार ‘quantum computer खुद को simulate करे’ जैसी चीज़ों तक ही सीमित हैं
  • पहले के चर्चित random circuit sampling(RCS) experiments और यह वाला काफी अलग हैं। RCS का result unencrypted random bitstring होता है, इसलिए हर run में बदल जाता है। Randomness होने के कारण reproducibility नहीं होती, और सच कहें तो उसमें खास दिलचस्प content भी नहीं होता (मुख्य बिंदु बस यह है कि उसे सिर्फ quantum computer efficiently generate कर सकता है)। इस experiment में हर run पर वही result मिल सकता है, structured circuit इस्तेमाल होने से control भी कहीं ज्यादा आसान है। Bonus के तौर पर molecular spectroscopy से इसका संबंध है, इसलिए scale छोटा होने पर भी आगे meaningful उपयोग की कुछ संभावना दिखती है (random bitstring generation से ज्यादा उपयोगी)
  • यह experiment RCS problem या number theory से जुड़ा नहीं है। प्रस्तुति के अनुसार यह “Quantum Echoes” नाम के algorithm पर आधारित है। Experimental setup के बाद एक qbit को perturb किया जाता है और पूरे system में उसकी ‘echo’ observe की जाती है। इससे NMR में पहले से किए जाते रहे classical experiments की नकल की गई, और ऐसा data भी मिला जिसे पारंपरिक तरीकों से पाना कठिन था
• यह तो किसी वास्तविक उपयोगी computation जैसा लग रहा है, क्या यह पहले के results से अलग है?
  • वास्तविक दुनिया में यह अभी भी पूरी तरह बेकार के स्तर पर है। और इसे वास्तव में verifiable भी नहीं कहा जा सकता
• मेरी जानकारी में quantum chips में implement किए जा सकने वाले gates की सीमाओं के कारण algorithms का सिर्फ एक हिस्सा ही चल पाता है। क्या quantum chip सच में एक universal computer है?
• “hardware पर इतिहास में पहली बार verifiable quantum supremacy हासिल करने वाला algorithm दिखाया गया” — Google वगैरह से ऐसी घोषणा मैं पहले भी कई बार सुन चुका हूं
  • इस बार मुख्य शब्द "verifiable" है। यानी ऐसा result जो classical तरीके से बहुत लंबा समय लेने वाली computation को quantum computer पर बार-बार consistently reproduce करके दिखाए। इसके उलट RCS जैसी चीजों में output हर बार बदलता है, इसलिए verification संभव नहीं होती
  • अगर यह सच है, तो यह उम्मीद के मुताबिक ही है। Quantum supremacy खुद एक spectrum है — ‘हमारे उपलब्ध resources और techniques से निकाले जा सकने वाले classical answer की तुलना’ से लेकर ‘formally verifiable useful output’ तक
  • सिर्फ Google की बात करें तो यह उनका तीसरा ऐसा दावा है
  • इस बार यह Nature paper के साथ घोषित हुआ है, इसलिए इसे पहले से अलग मायने में देखा जा सकता है(https://www.nature.com/articles/s41586-025-09526-6)
• मैं quantum expert नहीं हूं, लेकिन 10 साल से अधिक समय से ऐसी खबरें आती रही हैं और फिर भी कोई वास्तव में काम की चीज सामने नहीं आई, ऐसा लगता है
  • physics research funding जुटाने के लिए यह बहुत अच्छी खबर है। भले ही इसका उपयोग न हो, फिर भी यह राजनीति या surveillance पर खर्च होने से बेहतर है
  • मैं भी expert नहीं हूं, इसलिए अच्छा होगा अगर कोई और इसे पूरक रूप से समझाए। मेरी समझ में सब कुछ अभी शुरुआती चरण में है। सिर्फ यह साबित कर देना कि quantum algorithms संभव हैं, अपने आप में बहुत मायने रखता है। (शायद इस article का दावा भी यही है) अगर यह सिद्ध हो गया है, तो अगला कदम ज्यादा qubits, ज्यादा entangled pairs और कम error rates हासिल करना होगा ताकि इसे वास्तविक समस्याओं पर लागू किया जा सके। ऐसी घोषणाएं आम तौर पर सच होने की संभावना रखती हैं, लेकिन ‘बहुत छोटे दायरे’ में। यानी कुछ ऐसा जैसे, "वर्तमान सर्वोच्च गति से 10,000 गुना तेज factorization algorithm विकसित!" लेकिन वास्तव में वह सिर्फ 103 तक ही factorize कर पाता हो
  • जब कंपनियां मुनाफे के हिसाब से चलती हैं, तो असली scientific reputation या आगे के research की जगह investors और shareholders के लिए बढ़ा-चढ़ाकर marketing होने लगती है। ऐसे भड़काऊ दावे उन shareholders को लक्षित करते हैं जिन्हें वास्तविक substance परखने की क्षमता कम होती है और जो सिर्फ भविष्य के returns में रुचि रखते हैं। विज्ञान को corporations पर छोड़ने पर यह एक स्वाभाविक परिणाम है