परम शून्य से 1 डिग्री ऊपर क्वांटम कंप्यूटिंग इतनी बड़ी बात क्यों?

दशकों से, क्वांटम कंप्यूटिंग की खोज बेहद कम तापमान की आवश्यकता से जूझ रही है, जो पूर्ण शून्य (0 केल्विन या -273.15 डिग्री सेल्सियस) से ऊपर की डिग्री का मात्र अंश है। ऐसा इसलिए है क्योंकि क्वांटम घटनाएँ जो क्वांटम कंप्यूटरों को उनकी अद्वितीय कम्प्यूटेशनल क्षमताएँ प्रदान करती हैं, उन्हें केवल हमारे परिचित शास्त्रीय दुनिया की गर्मी से अलग करके ही उपयोग किया जा सकता है।

एक एकल क्वांटम बिट या "क्यूबिट", जो शास्त्रीय कंप्यूटिंग के केंद्र में बाइनरी "शून्य या एक" बिट के बराबर है, को कार्य करने के लिए एक बड़े प्रशीतन उपकरण की आवश्यकता होती है। हालाँकि, कई क्षेत्रों में जहां हम क्वांटम कंप्यूटरों से सफलता मिलने की उम्मीद करते हैं - जैसे कि नई सामग्री या दवाओं को डिजाइन करने में - हमें समानांतर में काम करने वाले बड़ी संख्या में क्यूबिट या यहां तक कि पूरे क्वांटम कंप्यूटर की आवश्यकता होगी। क्वांटम कंप्यूटर जो विश्वसनीय गणनाओं के लिए आवश्यक, त्रुटियों को प्रबंधित कर सकते हैं और स्वयं-सही कर सकते हैं, उनके पैमाने में विशाल होने का अनुमान है। Google, IBM और PsiQuantum जैसी कंपनियाँ शीतलन प्रणालियों से भरे संपूर्ण गोदामों के भविष्य की तैयारी कर रही हैं और एकल क्वांटम कंप्यूटर को चलाने के लिए बड़ी मात्रा में बिजली की खपत करती हैं।

लेकिन अगर क्वांटम कंप्यूटर थोड़े अधिक तापमान पर भी काम कर सकें, तो उन्हें संचालित करना बहुत आसान हो सकता है - और अधिक व्यापक रूप से उपलब्ध हो सकता है। नेचर में प्रकाशित नए शोध में, हमारी टीम ने एक निश्चित प्रकार का क्वबिट दिखाया है - व्यक्तिगत इलेक्ट्रॉनों का स्पिन - 1K के आसपास के तापमान पर काम कर सकता है, जो पहले के उदाहरणों की तुलना में कहीं अधिक गर्म है।

कम तापमान पर शीतलन प्रणालियाँ कम कुशल हो जाती हैं। इसे और भी बदतर बनाने के लिए, आज हम क्वैबिट को नियंत्रित करने के लिए जिन प्रणालियों का उपयोग करते हैं, वे ENIAC और 1940 के दशक के अन्य विशाल कंप्यूटरों की याद दिलाते हुए तारों की गड़बड़ी को आपस में जोड़ते हैं। ये प्रणालियाँ ताप बढ़ाती हैं और क्वैबिट को एक साथ काम करने में भौतिक बाधाएँ पैदा करती हैं।हम जितना अधिक क्वबिट्स को रटने का प्रयास करते हैं, समस्या उतनी ही अधिक कठिन होती जाती है। एक निश्चित बिंदु पर वायरिंग की समस्या विकराल हो जाती है।उसके बाद, नियंत्रण प्रणालियों को क्वैबिट के समान चिप्स में बनाने की आवश्यकता होती है। हालाँकि, ये एकीकृत इलेक्ट्रॉनिक्स तारों की बड़ी गड़बड़ी की तुलना में और भी अधिक बिजली का उपयोग करते हैं - और अधिक गर्मी खत्म करते हैं।