सुपरकंडक्टिंग क्वांटम प्रोसेसर काफी कम वायरिंग के साथ अच्छा प्रदर्शन करता है

क्वांटम कंप्यूटर, कंप्यूटिंग सिस्टम जो क्वांटम यांत्रिक प्रभावों का उपयोग करके जानकारी संसाधित करते हैं, कुछ कम्प्यूटेशनल कार्यों में शास्त्रीय कंप्यूटर से बेहतर प्रदर्शन कर सकते हैं। ये कंप्यूटर क्वांटम जानकारी की बुनियादी इकाइयों, क्वैबिट पर निर्भर करते हैं, जो सुपरपोजिशन और एनटेंगलमेंट के रूप में जाने जाने वाले क्वांटम प्रभावों के कारण कई राज्यों (0, 1 या दोनों एक साथ) में मौजूद हो सकते हैं।

हाल के वर्षों में विकसित किए गए कई क्वांटम कंप्यूटर पारंपरिक सुपरकंडक्टर्स पर आधारित हैं, ऐसी सामग्रियां जो बेहद कम तापमान पर शून्य का विद्युत प्रतिरोध प्रदर्शित करती हैं। विश्वसनीय रूप से संचालित करने और अतिचालकता प्रदर्शित करने के लिए, इन सामग्रियों पर आधारित सर्किट को मिलीकेल्विन तापमान तक ठंडा करने की आवश्यकता होती है।

क्वांटम कंप्यूटरों में, प्रत्येक क्वबिट को आमतौर पर अपनी स्वयं की नियंत्रण रेखा की आवश्यकता होती है। इसका मतलब यह है कि इंजीनियरों को कई तारों को पेश करने की आवश्यकता है जो विद्युत पल्स (यानी, सिग्नल लाइनें) ले जाते हैं, और आवश्यक तारों की संख्या क्वैबिट की संख्या के साथ बढ़ जाती है। जैसे-जैसे क्वांटम कंप्यूटर बड़े होते जाते हैं, यह समस्याग्रस्त हो सकता है, क्योंकि प्रोसेसर बनाना और विश्वसनीय रूप से संचालित करना कठिन हो जाता है।

डिजिटल क्वांटम कंप्यूटिंग सिस्टम विकसित करने वाली कंपनी Seeqc Inc. के शोधकर्ताओं ने हाल ही में एक नया क्वांटम प्रोसेसर पेश किया है जो काफी कम वायरिंग की आवश्यकता के बावजूद, विश्वसनीय रूप से और मिलिकेल्विन तापमान पर काम कर सकता है। इस प्रोसेसर को प्रकाशित एक पेपर में पेश किया गया हैप्रकृति इलेक्ट्रॉनिक्स, का एक अनोखा डिज़ाइन है जिसमें क्वैब और उनके नियंत्रण इलेक्ट्रॉनिक्स दो अलग-अलग लेकिन जुड़े हुए सुपरकंडक्टिंग चिप्स पर एकीकृत होते हैं।

कालेब जोर्डा, जैकब बर्नहार्ट और उनके सहयोगियों ने अपने पेपर में लिखा, "सुपरकंडक्टिंग क्वांटम कंप्यूटिंग प्लेटफॉर्म के विकास में काफी स्केलिंग चुनौतियों का सामना करना पड़ता है क्योंकि प्रत्येक क्वबिट को नियंत्रित करने के लिए व्यक्तिगत सिग्नल लाइनों की आवश्यकता होती है।" "यह वायरिंग ओवरहेड कमरे के तापमान पर नियंत्रण इलेक्ट्रॉनिक्स और मिलिकेल्विन तापमान पर काम करने वाले क्वैबिट के बीच एकीकरण के निम्न स्तर का परिणाम है। एक आशाजनक विकल्प क्रायोजेनिक सुपरकंडक्टिंग डिजिटल नियंत्रण इलेक्ट्रॉनिक्स का उपयोग करना है जो कि क्वैबिट के साथ सह-अस्तित्व में है।"

वायरिंग चुनौती पर काबू पाना

वायरिंग संबंधी उन समस्याओं को दूर करने के लिए, जो अब तक बड़े पैमाने के क्वांटम प्रोसेसर के विकास में बाधा बनी हुई हैं, इस शोध टीम ने एक नया मल्टी{1}}चिप मॉड्यूल डिज़ाइन किया है। इस मॉड्यूल में दो अलग-अलग चिप्स होते हैं, एक होस्टिंग क्वैबिट और दूसरा कंट्रोल इलेक्ट्रॉनिक्स।

शोधकर्ताओं ने विशेष रूप से एकल - फ्लक्स क्वांटम नियंत्रण इलेक्ट्रॉनिक्स, सुपरकंडक्टिंग डिजिटल सर्किट का उपयोग किया जो छोटे मात्रात्मक चुंबकीय संकेतों के माध्यम से बहुत कम और सटीक विद्युत दालों को उत्पन्न करता है। इन सर्किटों को होस्ट करने वाली चिप को उस चिप से जोड़ा गया था जिसमें फ्लिप{2}}चिप बॉन्डिंग नामक दृष्टिकोण का उपयोग करके सुपरकंडक्टिंग सर्किट शामिल थे।

इस दृष्टिकोण में चिप्स को आमने-सामने रखना और फिर उन्हें सूक्ष्म धातु उभारों के माध्यम से जोड़ना शामिल है। जोर्डा, बर्नहार्ट और उनके सहयोगियों द्वारा विकसित संपूर्ण मल्टी-चिप मॉड्यूल एक क्रायोजेनिक सेटअप के अंदर संचालित होता है जो इसे मिलिकेल्विन तापमान पर बनाए रखता है।

लेखकों ने लिखा, "हम एक सक्रिय क्वांटम प्रोसेसर इकाई प्रस्तुत करते हैं जिसमें क्विबिट्स और सिंगल {{0} फ्लक्स क्वांटम नियंत्रण इलेक्ट्रॉनिक्स को फ्लिप {{2} चिप बॉन्डिंग के माध्यम से एक सिंगल मल्टी {1} चिप मॉड्यूल में एकीकृत किया जाता है।" "हमारा सिस्टम कई क्वैबिट्स में नियंत्रण दालों को वितरित करने के लिए डिजिटल डिमल्टीप्लेक्सिंग का उपयोग करता है, इस प्रकार नियंत्रण रेखाओं की रैखिक स्केलिंग को क्वैबिट्स की संख्या तक तोड़ देता है। इस दृष्टिकोण के साथ, हम 99% से ऊपर और 99.9% तक एकल-क्विबिट निष्ठा प्रदर्शित करते हैं।"

उन्नत क्वांटम प्रोसेसर के लिए एक नया दृष्टिकोण

इस शोध टीम द्वारा डिज़ाइन किए गए क्वांटम प्रोसेसर में अतीत में पेश किए गए कई अन्य सुपरकंडक्टिंग क्वांटम प्रोसेसर की तुलना में उल्लेखनीय फायदे हैं। प्रारंभिक परीक्षणों में, यह व्यापक वायरिंग की आवश्यकता के बिना क्वैबिट पर उत्कृष्ट नियंत्रण बनाए रखते हुए, उल्लेखनीय रूप से अच्छा प्रदर्शन करता हुआ पाया गया।

भविष्य में, नए डिज़ाइन को बड़े क्वांटम प्रोसेसर बनाने के लिए बढ़ाया जा सकता है जिसमें कई अतिरिक्त क्यूबिट होते हैं और इस प्रकार संभावित रूप से अधिक जटिल कम्प्यूटेशनल समस्याओं से निपट सकते हैं। इसके अलावा, यह अन्य समान मल्टी-चिप क्वांटम मॉड्यूल की शुरूआत को प्रेरित कर सकता है जो विश्वसनीय रूप से संचालित होते हैं और अपग्रेड करने में आसान होते हैं।