नए परीक्षण ने क्वांटम कंप्यूटरों की तुलना की और दिखाया कि वे व्यावहारिक अनुप्रयोग से कितने दूर हैं

क्वांटम कंप्यूटरों की तुलना करने के लिए विकसित एक नया बेंचमार्क, ने उन्नत मशीनों के बीच महत्वपूर्ण अंतर उजागर किए और प्रदर्शित किया कि यह तकनीक अभी भी उन कुछ गणना कार्यों को पूरा करने से काफी पीछे है जिनके लिए इसे बनाया गया था।

क्वांटम यूनिवर्सल ऑपरेशन परफॉर्मेंस सिस्टम (QUOPS) नामक इस परीक्षण को संयुक्त राज्य अमेरिका में सैंडिया नेशनल लैबोरेटरीज के नेतृत्व वाली टीम द्वारा विकसित किया गया था। शोधकर्ताओं ने गूगल, आईबीएम और क्वांटिन्यूम की प्रणालियों पर इस बेंचमार्क को लागू किया ताकि न केवल मशीनों की गति को मापा जा सके, बल्कि उन संबंधित क्वांटम सर्किटों के आकार को भी मापा जा सके जिन्हें वे सफलतापूर्वक निष्पादित कर सकते हैं।

सबसे महत्वपूर्ण परिणाम यह था कि भौतिक हार्डवेयर पर दर्ज किया गया सर्वश्रेष्ठ प्रदर्शन 1824 QUOPS था। हालांकि, क्वांटम कंप्यूटिंग के लिए गंभीर चुनौतियों माने जाने वाले कार्यों के लिए 250 मिलियन से 340 मिलियन QUOPS की आवश्यकता होती है।

इसका मतलब है कि इन वर्तमान क्वांटम कंप्यूटरों को इस स्तर के अनुप्रयोग तक पहुंचने के लिए अपनी कम्प्यूटेशनल शक्ति में लगभग 100 हजार गुना वृद्धि करने की आवश्यकता है।

आर्किटेक्चर और प्रदर्शन की तुलना

परीक्षणों ने विश्लेषण किए गए कंप्यूटरों के बीच ध्यान देने योग्य अंतर दिखाए, जो उनके निर्माण के लिए उपयोग की जाने वाली आर्किटेक्चर से संबंधित हैं। क्वांटिन्यूम का आयन ट्रैप प्रोसेसर Helios-1, मूल्यांकित प्रणालियों में सबसे जटिल गणनाओं को संभालने में सक्षम था, जिसने 1500 QUOPS से अधिक का परिणाम प्राप्त किया। इस आर्किटेक्चर का लाभ क्यूबिट्स की लचीली व्यवस्था है, जो उन्हें किसी भी अन्य क्यूबिट के साथ इंटरैक्ट करने की अनुमति देती है। फिर भी, आयनों को स्थानांतरित करने में समय लगता है, जो प्रणाली को अपेक्षाकृत धीमा बनाता है।

गूगल और आईबीएम के सुपरकंडक्टिंग प्रोसेसर एक अलग दृष्टिकोण का उपयोग करते हैं। उनमें क्यूबिट्स को चिप पर कठोर जाली में व्यवस्थित किया जाता है, जो कुछ क्यूबिट्स के बीच संचार को सीमित करता है। परिणामस्वरूप, इन प्रणालियों ने लगभग 200 QUOPS के परिणाम दिखाए। दूसरी ओर, सुपरकंडक्टिंग मशीनें काफी तेज हैं; गूगल का प्रोसेसर विलो प्रति सेकंड 20 मिलियन संचालन की गति तक पहुंच गया।

गति मापने की सीमाएं

परिणाम यह भी दर्शाते हैं कि केवल क्वांटम कंप्यूटर की गति को मापना भ्रामक क्यों हो सकता है। मशीन बहुत तेजी से ऑपरेशन कर सकती है, लेकिन फिर भी उपयोगी कार्य को हल करने के लिए पर्याप्त बड़ा सर्किट लागू नहीं कर सकती है। QUOPS इसी अंतर को पकड़ने का प्रयास करता है।

क्वांटम कंप्यूटिंग की क्षमता अत्यंत जटिल समस्याओं से जुड़ी हुई है, जैसे कि डिजिटल सुरक्षा में व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले RSA-2048 क्रिप्टोग्राफी को तोड़ना और रासायनिक अनुप्रयोगों के लिए जटिल अणुओं का अनुकरण करना। इन गणनाओं को निष्पादित करने के लिए लगभग 250 से 340 मिलियन QUOPS की आवश्यकता होती है, जबकि भौतिक हार्डवेयर पर वर्तमान में उच्चतम परिणाम केवल 1824 QUOPS रहा है।

इस प्रकार, व्यवहार में वर्तमान क्षमता और इन कार्यों को हल करने के लिए आवश्यक क्षमता के बीच लगभग पांच परिमाण का अंतर है। इस विशाल अंतर को पाटने के लिए प्रौद्योगिकी के विभिन्न पहलुओं में प्रगति की आवश्यकता होगी, जिसमें त्रुटि दर में उल्लेखनीय कमी, भौतिक क्यूबिट्स की संख्या में वृद्धि या अधिक कुशल क्वांटम कंप्यूटर आर्किटेक्चर का विकास शामिल है।

लेखक समस्या की जटिलता को सारांशित करते हुए तर्क देते हैं कि कम्प्यूटेशनल शक्ति को पांच गुना बढ़ाना होगा, जो क्वांटम कंप्यूटिंग के लिए दोष-सहिष्णु दृष्टिकोणों के महत्व पर जोर देता है। तुलना यह भी दर्शाती है कि सभी मूल्यांकित पहलुओं में स्पष्ट रूप से बेहतर कोई आर्किटेक्चर मौजूद नहीं है: Helios-1 ने बड़े सर्किट चलाए, लेकिन धीमी गति से, जबकि गूगल और आईबीएम ने बहुत उच्च गति हासिल की, लेकिन कम QUOPS स्कोर के साथ। ये अंतर सीधे प्रत्येक प्रणाली के विकास के दौरान लिए गए चयन से संबंधित हैं।

शोधकर्ताओं के लिए एक सामान्य मानक की उपस्थिति क्वांटम कंप्यूटिंग के विकास को अधिक पारदर्शी तरीके से ट्रैक करने में मदद कर सकती है। क्यूबिट्स की संख्या या विशिष्ट ऑपरेशनों की गति जैसे अलग-थलग संकेतकों का विश्लेषण करने के बजाय, QUOPS मशीनों की वास्तविक क्षमता को उस आकार के सर्किट को निष्पादित करने के लिए मापने पर केंद्रित है। लक्ष्य वैज्ञानिकों और प्रौद्योगिकी विकास के अन्य हितधारकों को प्रणालियों की प्रगति को ट्रैक करने और उनकी कम्प्यूटेशनल क्षमताओं को स्वतंत्र रूप से सत्यापित करने की अनुमति देना है। 'क्वांटम कंप्यूटरों की कम्प्यूटेशनल शक्ति का बेंचमार्किंग' नामक इस बेंचमार्क पर शोध को arXiv सर्वर पर प्रकाशित किया गया था। लेख 'नोवो टेस्टे कोलोका कंप्यूटadores quânticos lado a lado e revela quanto falta para máquinas úteis no mundo real' पहली बार Olhar Digital में प्रकाशित हुआ था।