वाशिंगटन डीसी: इंजीनियरों ने पाया कि सिलिकॉन चिप्स के अंदर परमाणु नाभिक “टॉक” कैसे करें, स्केलेबल क्वांटम कंप्यूटरों के लिए दरवाजा खोलते हैं।
साउथ वेल्स विश्वविद्यालय (UNSW) के शोधकर्ताओं ने इलेक्ट्रॉनों के माध्यम से परमाणु नाभिक संवाद करने का एक तरीका खोज लिया है, जिससे उन्हें आज के कंप्यूटर चिप्स में उपयोग किए जाने वाले तराजू पर उलझाव प्राप्त करने की अनुमति मिलती है। यह सफलता स्केलेबल, सिलिकॉन-आधारित क्वांटम कंप्यूटिंग को वास्तविकता के बहुत करीब लाती है।
UNSW इंजीनियरों ने क्वांटम कंप्यूटिंग में एक महत्वपूर्ण अग्रिम बनाया है: उन्होंने ‘क्वांटम उलझा हुआ राज्यों’ का निर्माण किया – जहां दो अलग -अलग कण इतने गहराई से जुड़ जाते हैं कि वे अब स्वतंत्र रूप से व्यवहार नहीं करते हैं – दो परमाणु नाभिक के स्पिन का उपयोग करते हुए।
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उलझाव के ऐसे राज्य प्रमुख संसाधन हैं जो क्वांटम कंप्यूटर को पारंपरिक लोगों पर अपना बढ़त देते हैं।
यह शोध 18 सितंबर को जर्नल साइंस में प्रकाशित किया गया था, और बड़े पैमाने पर क्वांटम कंप्यूटर बनाने की दिशा में एक महत्वपूर्ण कदम है – 21 वीं सदी की सबसे रोमांचक वैज्ञानिक और तकनीकी चुनौतियों में से एक।
लीड लेखक डॉ। होली स्टेम्प का कहना है कि उपलब्धि मौजूदा प्रौद्योगिकी और विनिर्माण प्रक्रियाओं का उपयोग करके क्वांटम कंप्यूटिंग के लिए आवश्यक भविष्य के माइक्रोचिप्स के निर्माण की क्षमता को अनलॉक करती है।
वह कहती हैं, “हम सबसे साफ -सुथरे, सबसे अलग क्वांटम ऑब्जेक्ट्स को एक -दूसरे से बात करने में सफल रहे, जिस पैमाने पर मानक सिलिकॉन इलेक्ट्रॉनिक डिवाइस वर्तमान में गढ़े हुए हैं,” वह कहती हैं।
क्वांटम कंप्यूटर इंजीनियरों का सामना करने वाली चुनौती दो विरोधी जरूरतों को संतुलित करने के लिए है: कंप्यूटिंग तत्वों को बाहरी हस्तक्षेप और शोर से परिरक्षण करना, जबकि अभी भी उन्हें सार्थक संगणना करने के लिए बातचीत करने में सक्षम है।
यही कारण है कि पहले ऑपरेटिंग क्वांटम कंप्यूटर होने की दौड़ में अभी भी कई अलग -अलग प्रकार के हार्डवेयर हैं: कुछ तेजी से संचालन करने के लिए बहुत अच्छे हैं, लेकिन शोर से पीड़ित हैं; दूसरों को शोर से अच्छी तरह से परिरक्षित किया जाता है, लेकिन संचालित करना और स्केल करना मुश्किल है।
UNSW टीम ने एक मंच में निवेश किया है – आज तक – दूसरे शिविर में रखा जा सकता है। उन्होंने क्वांटम जानकारी को एनकोड करने के लिए एक सिलिकॉन चिप में प्रत्यारोपित फास्फोरस परमाणुओं के परमाणु स्पिन का उपयोग किया है।
साइंटिया प्रोफेसर एंड्रिया मोरेलो, UNSW SCHOOL of Electrical Engineering & amp; दूरसंचार।
“पिछले 15 वर्षों में, हमारे समूह ने उन सभी सफलताओं का बीड़ा उठाया है, जिन्होंने इस तकनीक को क्वांटम कंप्यूटिंग दौड़ में एक वास्तविक दावेदार बना दिया है। हमने पहले ही प्रदर्शित किया है कि हम क्वांटम की जानकारी को 30 सेकंड से अधिक समय तक पकड़ सकते हैं – एक अनंत काल, क्वांटम दुनिया में – और 1% से कम त्रुटियों के साथ क्वांटम लॉजिक संचालन कर सकते हैं,” मोरेलो ने कहा।
“हम एक सिलिकॉन डिवाइस में इसे प्राप्त करने वाले दुनिया में पहले थे, लेकिन यह सब एक कीमत पर आया: एक ही अलगाव जो परमाणु नाभिक को इतना साफ बनाता है, उन्हें बड़े पैमाने पर क्वांटम प्रोसेसर में एक साथ जोड़ना मुश्किल हो जाता है,” मोरेलो ने कहा।
अब तक, कई परमाणु नाभिक को संचालित करने का एकमात्र तरीका उनके लिए एक ठोस के अंदर एक साथ बहुत करीब रखा जाना था, और एक और एक ही इलेक्ट्रॉन से घिरा हुआ था।
डॉ। होली स्टेम्प कहते हैं, “ज्यादातर लोग एक इलेक्ट्रॉन के बारे में सोचते हैं, लेकिन क्वांटम भौतिकी हमें बताती है कि यह अंतरिक्ष में ‘फैलने’ की क्षमता रखता है, ताकि यह कई परमाणु नाभिक के साथ बातचीत कर सके।”
डॉ। होली ने कहा, “फिर भी, जिस सीमा पर इलेक्ट्रॉन फैल सकता है, वह काफी सीमित है। इसके अलावा, एक ही इलेक्ट्रॉन में अधिक नाभिक जोड़ने से प्रत्येक नाभिक को व्यक्तिगत रूप से नियंत्रित करना बहुत चुनौतीपूर्ण हो जाता है,” डॉ होली ने कहा।
“रूपक के माध्यम से कोई यह कह सकता है कि, अब तक, नाभिक एक ध्वनि-प्रूफ कमरे में रखे गए लोगों की तरह थे,” डॉ होली कहते हैं।
उसने जारी रखा, “वे एक -दूसरे से बात कर सकते हैं जब तक वे सभी एक ही कमरे में हैं, और बातचीत वास्तव में स्पष्ट है। लेकिन वे बाहर से कुछ भी नहीं सुन सकते हैं, और केवल बहुत सारे लोग हैं जो कमरे के अंदर फिट हो सकते हैं। बातचीत का यह तरीका ‘पैमाने’ नहीं है,”
“इस सफलता के साथ, यह ऐसा है जैसे हमने लोगों को अन्य कमरों में संवाद करने के लिए टेलीफोन दिया। सभी कमरे अभी भी अच्छे और शांत हैं, लेकिन अब हम कई और लोगों के बीच बातचीत कर सकते हैं, भले ही वे बहुत दूर हों।”
‘टेलीफोन’, वास्तव में, इलेक्ट्रॉन हैं। मार्क वैन ब्लेंकेंस्टीन, कागज पर एक अन्य लेखक, बताते हैं कि वास्तव में उप-परमाणु स्तर पर क्या हो रहा है।
“अंतरिक्ष में फैलने की उनकी क्षमता से, दो इलेक्ट्रॉन एक -दूसरे को कुछ दूरी पर ‘छू सकते हैं।
“हमारे नाभिक के बीच की दूरी लगभग 20 नैनोमीटर थी – एक मानव बाल की चौड़ाई का एक हजारवां हिस्सा,” डॉ। स्टेम्प कहते हैं।
“यह ज्यादा नहीं लगता है, लेकिन इस पर विचार करें: यदि हमने प्रत्येक नाभिक को किसी व्यक्ति के आकार में स्केल किया है, तो नाभिक के बीच की दूरी सिडनी और बोस्टन के बीच उसी के बारे में होगी!” डॉ। स्टेम्प को जोड़ा गया।
वह कहती हैं कि 20 नैनोमीटर वह पैमाना है जिस पर आधुनिक सिलिकॉन कंप्यूटर चिप्स नियमित रूप से व्यक्तिगत कंप्यूटर और मोबाइल फोन में काम करने के लिए निर्मित होते हैं।
प्रयोगों की विदेशी प्रकृति के बावजूद, शोधकर्ताओं का कहना है कि ये उपकरण मौलिक रूप से सभी वर्तमान कंप्यूटर चिप्स के निर्माण के तरीके के साथ संगत हैं। फॉस्फोरस परमाणुओं को मेलबर्न विश्वविद्यालय में प्रोफेसर डेविड जैमिसन की टीम द्वारा चिप में पेश किया गया था, जो जापान में केओ विश्वविद्यालय में प्रोफेसर कोहेई इटोह द्वारा आपूर्ति की गई एक अल्ट्रा-प्योर सिलिकॉन स्लैब का उपयोग कर रहा था।
परमाणु नाभिक की आवश्यकता को एक ही इलेक्ट्रॉन से जोड़ने की आवश्यकता को दूर करके, UNSW टीम ने परमाणु नाभिक के आधार पर सिलिकॉन क्वांटम कंप्यूटरों के पैमाने पर सबसे बड़े सड़क को अलग कर दिया है।