Google ने दावा किया है कि उसके क्वांटम प्रोसेसर विलो ने पहला “सत्यापन योग्य” क्वांटम लाभ हासिल कर लिया है – एक तकनीकी बेंचमार्क जिसका अर्थ है कि क्वांटम कंप्यूटर व्यवहार में शास्त्रीय कंप्यूटर से बेहतर प्रदर्शन कर सकता है।
Google के सीईओ सुंदर पिचाई ने X.com पर लिखा, “यह सफलता क्वांटम कंप्यूटिंग के पहले वास्तविक दुनिया के अनुप्रयोग की दिशा में एक महत्वपूर्ण कदम है, और हम यह देखने के लिए उत्साहित हैं कि यह कहां जाता है।”
घोषणा के साथ एक ओपन-एक्सेस पेपर भी शामिल था प्रकृति जिसमें Google क्वांटम AI और सहयोगी टीम ने इसके सेटअप और निष्कर्षों का वर्णन किया। प्रयास के केंद्र में एक विशेष प्रकार का क्वांटम माप है जिसे आउट-ऑफ-टाइम-ऑर्डर कोरिलेटर (ओटीओसी) कहा जाता है। माप से पता चलता है कि जानकारी कैसे फैलती है और क्वांटम प्रणाली के अंदर बिखर जाती है। यह सिस्टम की एक फिल्म को आगे और पीछे चलाने जैसा है, यह देखने के लिए कि अंतिम स्थिति शुरुआत को कितना “याद” रखती है। यदि यह बहुत याद रखता है, तो सिस्टम व्यवस्थित है; यदि यह जल्दी भूल जाता है, तो यह अराजक है।
श्री पिचाई ने अपने X.com पोस्ट में लिखा, “विलो ने एल्गोरिदम चलाया – जिसे हमने क्वांटम इकोज़ नाम दिया है – दुनिया के सबसे तेज़ सुपर कंप्यूटरों में से एक पर सर्वश्रेष्ठ शास्त्रीय एल्गोरिदम की तुलना में 13,000 गुना तेज़।” “यह नया एल्गोरिदम परमाणु चुंबकीय अनुनाद का उपयोग करके एक अणु में परमाणुओं के बीच बातचीत को समझा सकता है, जो दवा खोज और सामग्री विज्ञान में संभावित भविष्य के उपयोग की दिशा में मार्ग प्रशस्त करता है।”
“और परिणाम सत्यापन योग्य है, जिसका अर्थ है कि इसके परिणाम को अन्य क्वांटम कंप्यूटरों द्वारा दोहराया जा सकता है या प्रयोगों द्वारा पुष्टि की जा सकती है।”
दोहरी धार वाली तलवार
कल्पना करें कि आप ताश के पत्तों का एक नया डेक ले रहे हैं, जो सूट और नंबर के अनुसार बिल्कुल सही क्रम में हो। आप इसे एक बार फेंट लें. आदेश गड़बड़ा गया है लेकिन आप शायद इसे फिर से समझ सकते हैं। अब, इसे सौ बार फेरने की कल्पना करें। कार्ड अब पूरी तरह से यादृच्छिक, अराजक स्थिति में हैं। यह प्रक्रिया काफी हद तक वैसी ही है जैसी जटिल क्वांटम प्रणालियों में सूचना के साथ होती है।
एक क्वांटम प्रणाली कई छोटे कणों, जैसे इलेक्ट्रॉनों या फोटॉनों से बनी होती है, जो नियमों के एक विशिष्ट सेट के अनुसार एक दूसरे के साथ बातचीत करते हैं। जैसे-जैसे वे परस्पर क्रिया करते हैं, वे उलझ जाते हैं, एक विशेष क्वांटम कनेक्शन जहां एक कण का भाग्य तुरंत दूसरे के भाग्य से जुड़ा होता है, चाहे वे कितने भी दूर क्यों न हों।
कई कणों वाले सिस्टम में, उलझाव का यह जाल जल्दी ही अविश्वसनीय रूप से जटिल हो जाता है। आप जिस भी जानकारी से शुरुआत करते हैं – मान लीजिए, एक कण की स्थिति – वह फैल जाती है और पूरे सिस्टम में फैल जाती है। थोड़े ही समय के बाद, प्रणाली वह बन जाती है जिसे वैज्ञानिक अर्गोडिक या अराजक कहते हैं। यह उन भौतिकविदों के लिए एक बड़ी समस्या पैदा करता है जो इन प्रणालियों का अध्ययन करना चाहते हैं। यदि आप सिस्टम की किसी संपत्ति को मापने का प्रयास करते हैं, तो परिणाम आमतौर पर केवल शोर होता है। मूल जानकारी इतनी अच्छी तरह से मिश्रित हो गई है कि अब आप अंतर्निहित प्रक्रिया का विवरण नहीं देख सकते हैं। यह एक ऐसे डेक को देखकर कार्ड गेम के नियमों को समझने की कोशिश करने जैसा है जिसे हजारों बार घुमाया गया हो। आप बस इतना बता सकते हैं कि यह गड़बड़ है।
यह हाथापाई प्रभाव उन मूलभूत नियमों के बारे में सीखना लगभग असंभव बना देता है जो क्वांटम प्रणाली के व्यवहार को नियंत्रित करते हैं। वही चीजें जो क्वांटम सिस्टम को इतना शक्तिशाली और दिलचस्प बनाती हैं – उनकी जटिलता और उलझाव – उन्हें समझने में अविश्वसनीय रूप से कठिन भी बनाती हैं। इस प्रकार, वैज्ञानिकों के लिए केंद्रीय चुनौती अराजकता से परे देखने का एक तरीका ढूंढना है, किसी तरह जानकारी को “अनस्क्रैच” करना और उन नियमों की एक झलक प्राप्त करना है जो शो चला रहे हैं। क्वांटम भौतिकी में यह एक प्रमुख लक्ष्य रहा है: यह ब्रह्मांड को उसके सबसे मौलिक स्तर पर समझने और शक्तिशाली क्वांटम कंप्यूटर बनाने दोनों की कुंजी है।
इसे हल करने के लिए, Google क्वांटम AI और सहयोगी टीम एक नई तकनीक की खोज कर रही है: OTOC। मूल विचार यह है कि क्वांटम जानकारी को फैलने और बिखरने दिया जाए, फिर सिस्टम को एक सटीक ‘किक’ दिया जाए और अंत में पूरी प्रक्रिया को पीछे की ओर चलाया जाए। फिर जानकारी वहीं वापस चली जाती है जहां से शुरू हुई थी। बीच में इसे मिली किक के कारण, इसकी वापसी की जानकारी इसकी शुरुआत के तरीके से थोड़ी अलग है। इस ‘प्रतिध्वनि’ की तुलना मूल से करके, वैज्ञानिक जानकारी द्वारा की गई यात्रा और इसे निर्देशित करने वाले नियमों के बारे में आश्चर्यजनक रूप से जान सकते हैं।
शोधकर्ताओं का मानना था कि और भी अधिक जटिल गूँज पैदा करके, यानी समय-उलट प्रक्रिया को कई बार चलाकर, वे छिपे हुए क्वांटम कनेक्शन को प्रकट कर सकते हैं जिन्हें कोई अन्य विधि प्रकट नहीं कर सकती है।
क्वांटम ‘टाइम मशीन’ का निर्माण
अपने विचार का परीक्षण करने के लिए, वैज्ञानिकों ने Google के विलो, एक शक्तिशाली सुपरकंडक्टिंग क्वांटम प्रोसेसर का उपयोग किया। इस उपकरण ने उन्हें कई क्वांटम बिट्स, या क्वैबिट्स की इंटरैक्शन को सटीक रूप से नियंत्रित करने की अनुमति दी, जो क्वांटम कंप्यूटर के बुनियादी निर्माण खंड हैं। उनका मुख्य प्रयोग एक अत्यधिक अराजक क्वांटम प्रणाली का निर्माण करना और इसका अध्ययन करने के लिए इको ट्रिक का उपयोग करना था। उनके द्वारा उपयोग किए जाने वाले विशिष्ट माप को दूसरे क्रम का ओटीओसी कहा जाता है, जिसमें जानकारी को समय में दो पूर्ण “राउंड ट्रिप” करने देना शामिल है: आगे, पीछे, आगे और फिर पीछे।
उनकी पद्धति का सबसे महत्वपूर्ण हिस्सा यह साबित करने के लिए एक परीक्षण था कि वे जो देख रहे थे वह एक वास्तविक क्वांटम घटना थी जिसे हस्तक्षेप कहा जाता है।
क्वांटम दुनिया में कण तरंगों की तरह व्यवहार करते हैं। कभी-कभी ये तरंगें मिलकर एक बड़ी लहर (रचनात्मक हस्तक्षेप) बना सकती हैं, और कभी-कभी वे एक-दूसरे को रद्द कर सकती हैं (विनाशकारी हस्तक्षेप)। यह देखने के लिए कि क्या ऐसा हो रहा है, प्रयोग के बीच में, शोधकर्ताओं ने यादृच्छिक संचालन डाला जिसने प्रत्येक क्वांटम तरंग के चरण को प्रभावी ढंग से बदल दिया। यदि वे जो अंतिम परिणाम माप रहे थे वह संख्याओं को जोड़ने की तरह संभावनाओं का एक साधारण योग था, तो ये यादृच्छिक जिगल्स रद्द हो जाएंगे और उनका कोई प्रभाव नहीं पड़ेगा। लेकिन यदि परिणाम एक विशिष्ट, समन्वित तरीके से जुड़ने वाली तरंगों पर निर्भर करता है, तो उन्हें हिलाने से अंतिम पैटर्न पूरी तरह से गड़बड़ हो जाएगा।
यह परीक्षण यह साबित करने के लिए डिज़ाइन किया गया था कि ओटीओसी सिग्नल क्वांटम हस्तक्षेप से बनाया जा रहा था।
छिपा हुआ संकेत देखना
में प्रकाशित टीम के परिणामों के अनुसार प्रकृतिप्रयोग सफल रहा। सबसे पहले, शोधकर्ताओं ने पुष्टि की कि उनकी इको ट्रिक उम्मीद के मुताबिक काम करती है। उन्होंने पाया कि मानक माप के निरर्थक शोर में बदल जाने के बाद भी ओटीओसी सिग्नल मजबूत और सिस्टम के विशिष्ट नियमों के बारे में जानकारी से भरपूर रहा। यह स्पष्ट था कि ओटीओसी अराजकता से जानकारी को सफलतापूर्वक “अन-स्क्रेमिंग” कर रहा था।
हालाँकि, बड़ी खोज हस्तक्षेप परीक्षण से हुई। जब टीम ने प्रक्रिया के बीच में क्वांटम तरंगों को हिलाया, तो दूसरे क्रम के ओटीओसी का अंतिम माप नाटकीय रूप से बदल गया। यह निर्णायक प्रमाण था कि सिग्नल रचनात्मक हस्तक्षेप का परिणाम था। अपनी यात्रा के दौरान क्वांटम जानकारी द्वारा अपनाए गए कई अलग-अलग रास्तों को सिर्फ यादृच्छिक रूप से नहीं जोड़ा जा रहा था: वे एक अधिक मजबूत सिग्नल बनाने के लिए एक सटीक, क्वांटम तरीके से संयोजन कर रहे थे।
यह इस बात की खोज करने जैसा था कि एक तालाब में कई अलग-अलग लहरें एक ही समय में एक सटीक स्थान पर मिलकर एक, आश्चर्यजनक रूप से बड़ी लहर बना रही हैं।
यह बड़ी लहर क्वांटम वास्तविकता की एक छिपी हुई परत थी – यह इस बात का संकेत है कि सिस्टम के बुनियादी निर्माण खंड समय और स्थान में लंबी दूरी पर कैसे बातचीत कर रहे थे। शोधकर्ता न केवल इस छिपे हुए संकेत को देखने में कामयाब रहे, बल्कि उन्होंने दिखाया कि यह मुख्य चीज़ थी जिसे वे माप रहे थे, एक जटिल, कई-शरीर क्वांटम प्रभाव का प्रत्यक्ष अवलोकन जिसे उनकी विशेष समय-उलट तकनीक के बिना देखना असंभव है।
क्वांटम लाभ
दावा किए गए परिणाम का क्वांटम कंप्यूटिंग के भविष्य पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ेगा। पहला यह है कि, यदि इसे मान्य किया जाता है, तो यह नियमित कंप्यूटर क्या कर सकता है और क्वांटम कंप्यूटर क्या कर सकता है, के बीच एक स्पष्ट रेखा खींचता है। वही क्वांटम हस्तक्षेप जो ओटीओसी को इतना शक्तिशाली माप बनाता है, एक शास्त्रीय कंप्यूटर के लिए गणना करना भी अविश्वसनीय रूप से कठिन बना देता है।
एक नियमित कंप्यूटर के लिए, इस प्रक्रिया का अनुकरण करने का प्रयास एक कम्प्यूटेशनल आपदा होगी। इसे उन खरबों तरंगों पर नज़र रखनी होगी जो जुड़ रही हैं और रद्द हो रही हैं, जहाँ उनमें से किसी एक में भी एक छोटी सी त्रुटि पूरी गणना को बर्बाद कर सकती है। शोधकर्ताओं ने अनुमान लगाया कि 65 क्यूबिट पर अपने सबसे बड़े प्रयोग को शास्त्रीय रूप से अनुकरण करने में दुनिया के सबसे तेज़ सुपर कंप्यूटरों में से एक को तीन साल से अधिक समय लगेगा। उनके क्वांटम प्रोसेसर को कुछ ही घंटों में जवाब मिल गया।
अध्ययन के व्यावहारिक अनुप्रयोग भी हैं। टीम ने दिखाया कि कैसे उनके परीक्षण का उपयोग हैमिल्टनियन लर्निंग नामक प्रक्रिया के लिए किया जा सकता है। चूंकि ओटीओसी सिग्नल क्वांटम सिस्टम की नियम पुस्तिका (यानी इसके हैमिल्टनियन) के एक अद्वितीय फिंगरप्रिंट की तरह है, इसका उपयोग यह पता लगाने के लिए किया जा सकता है कि वे नियम क्या हैं। एक वास्तविक भौतिक प्रणाली से ओटीओसी को मापकर और इसकी तुलना अपने क्वांटम कंप्यूटर पर चल रहे सिमुलेशन से करके, वैज्ञानिक अपने सिमुलेशन में नियमों को तब तक समायोजित कर सकते हैं जब तक कि उंगलियों के निशान पूरी तरह से मेल नहीं खाते।
इस प्रकार टीम सिस्टम के मूलभूत गुणों के बारे में छिपी हुई जानकारी ‘सीखने’ में सक्षम थी। यह शोधकर्ताओं को नई सामग्रियों के गुणों की खोज करने या जटिल रासायनिक प्रतिक्रियाओं को इस तरह से समझने की अनुमति दे सकता है जो पहले संभव नहीं था।