यूसीएल के इंजीनियरों और भौतिकविदों के नए शोध के अनुसार, एक नई निर्माण प्रक्रिया जिसका उपयोग क्वांटम कंप्यूटर बनाने के लिए किया जा सकता है, लगभग शून्य विफलता दर प्राप्त करती है और इसे बढ़ाने की क्षमता है।

द स्टडी,प्रकाशितमेंउन्नत सामग्री, विश्वसनीय स्थिति के पहले सफल प्रयास का वर्णन करता हैएकल परमाणुएक सरणी में क्योंकि यह विचार पहली बार 25 साल पहले प्रस्तावित किया गया था।दृष्टिकोण की लगभग 100% सटीकता और मापनीयता दुनिया की सबसे जटिल समस्याओं से निपटने में सक्षम क्वांटम कंप्यूटर बनाने की संभावना को बढ़ाती है - हालांकि उस महत्वाकांक्षा को साकार करने के लिए अभी भी पर्याप्त इंजीनियरिंग चुनौतियों को दूर करने की आवश्यकता है।

सैद्धांतिक रूप से,क्वांटम कम्प्यूटिंगइसमें जटिल समस्याओं को हल करने की क्षमता है जिसे "शास्त्रीय" बाइनरी, ट्रांजिस्टर-आधारित कंप्यूटर कभी भी हल नहीं कर पाएंगे।एक सार्वभौमिक क्वांटम कंप्यूटर में गेट्स, जिसे क्वबिट्स (क्वांटम बिट्स) के रूप में जाना जाता है, का निर्माण एक ही परमाणु से किया जा सकता है।सिलिकॉन, उनके क्वांटम गुणों को स्थिर रखने के लिए बेहद कम तापमान पर ठंडा किया जाता है।फिर सूचना को संसाधित करने के लिए उन्हें विद्युत और चुंबकीय संकेतों के साथ हेरफेर किया जा सकता है, ठीक उसी तरह जैसे एक शास्त्रीय कंप्यूटर में एक बाइनरी ट्रांजिस्टर को शून्य या एक आउटपुट देने के लिए हेरफेर किया जाता है।

यह कंप्यूटर को क्वांटम यांत्रिकी की शक्ति का उपयोग करने की अनुमति देता है, भौतिकी के गहरे नियम जो यह निर्धारित करते हैं कि ब्रह्मांड कैसे काम करता है।इसमें सुपरपोज़िशन, या एक ही समय में कई अलग-अलग व्यवस्थाओं में होने की क्वैब की क्षमता और क्वांटम उलझाव जैसी घटनाएं शामिल हैं, जो कि क्वैब की अटूट रूप से जुड़ी होने की क्षमता है।

इन विशेषताओं का मतलब है कि जटिल समस्याओं को नए तरीकों से प्रस्तुत किया जा सकता है।असाधारण रूप से बड़ी संख्या में संभावित परिणामों वाली किसी समस्या के लिए, एक क्वांटम कंप्यूटर सामान्य कंप्यूटर की तरह एक समय में एक के बजाय एक साथ संभावनाओं पर विचार करने में सक्षम होता है - जिसे संसाधित करने में आज के सर्वश्रेष्ठ सुपर कंप्यूटर को लाखों साल लगेंगे।

क्वांटम कंप्यूटर बनाने के लिए विभिन्न तरीकों पर काम चल रहा है, लेकिन कोई भी अभी तक आवश्यक पैमाने और कम त्रुटि दर तक पहुंचने में कामयाब नहीं हुआ है।

क्वांटम कंप्यूटर बनाने का एक तरीका सिलिकॉन क्रिस्टल में व्यक्तिगत "अशुद्धता" परमाणुओं को सटीक रूप से स्थापित करना है, जो क्वैबिट बनाने के लिए उनके क्वांटम गुणों में हेरफेर की अनुमति देता है।इस दृष्टिकोण का एक लाभ यह है कि यह स्वाभाविक रूप से कम हैqubitत्रुटि दर और स्केलेबल सिलिकॉन माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक प्रौद्योगिकियों द्वारा समर्थित है।मानक दृष्टिकोण फॉस्फोरस को अशुद्धता परमाणु के रूप में उपयोग करता है, लेकिन क्योंकि एकल फॉस्फोरस परमाणुओं को केवल 70% सफलता दर के साथ ही तैनात किया जा सकता है, यह प्रणाली क्वांटम कंप्यूटर बनाने के लिए आवश्यक लगभग-शून्य विफलता दर से कुछ दूर रहती है।

इस अध्ययन में, यूसीएल के शोधकर्ताओं ने अनुमान लगाया कि क्वांटम कंप्यूटर बनाने के लिए आवश्यक कम विफलता दर प्राप्त करने के लिए फॉस्फोरस की तुलना में आर्सेनिक एक बेहतर सामग्री हो सकती है।

उन्होंने सिलिकॉन क्रिस्टल में आर्सेनिक परमाणुओं को सटीक रूप से डालने के लिए विनाइल रिकॉर्ड प्लेयर पर सुई के समान एकल परमाणुओं की पहचान करने और उनमें हेरफेर करने में सक्षम माइक्रोस्कोप का उपयोग किया।

फिर उन्होंने एकल आर्सेनिक परमाणुओं की 2x2 सरणी बनाने के लिए इस प्रक्रिया को दोहराया, जो कि क्वैबिट बनने के लिए तैयार थी।

यूसीएल इलेक्ट्रॉनिक और इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग के अध्ययन के पहले लेखक डॉ. टेलर स्टॉक ने कहा, "विकास में सबसे उन्नत क्वांटम कंप्यूटिंग सिस्टम अभी भी दोहरी समस्याओं से जूझ रहे हैं कि कैसे क्वबिट त्रुटि दर को कम किया जाए और कैसे संख्या बढ़ाई जाएqubits.

"सिलिकॉन में स्केलेबल क्वांटम कंप्यूटर बनाने के लिए विश्वसनीय, परमाणु-सटीक निर्माण का उपयोग किया जा सकता है। प्रचलित दृष्टिकोण यह था कि आर्सेनिक का उपयोग करके एकल-परमाणु निर्माण में फॉस्फोरस जैसी ही समस्याएं होंगी। लेकिन हमारी गणना के आधार पर, हमने महसूस किया कि एकल आर्सेनिक परमाणुफॉस्फोरस की तुलना में अधिक विश्वसनीय रूप से रखा जा सकता है, और हम इसे सफलतापूर्वक करने में सक्षम हैं।

"हम यह अनुमान लगाने में रूढ़िवादी रहे हैं कि हम 97% सटीकता के साथ परमाणुओं को रख सकते हैं, लेकिन हमें विश्वास है कि निकट भविष्य में इसे 100% तक बढ़ाया जा सकता है।"

फिलहाल, अध्ययन में विकसित विधि के लिए प्रत्येक परमाणु को एक समय में एक हाथ से स्थापित करने की आवश्यकता होती है, जिसमें कई मिनट लगते हैं।सैद्धांतिक रूप से इस प्रक्रिया को अनिश्चित काल तक दोहराया जा सकता है, लेकिन व्यावहारिक रूप से एक सार्वभौमिक क्वांटम कंप्यूटर बनाने के लिए प्रक्रिया को स्वचालित और औद्योगीकृत करना आवश्यक होगा - जिसका अर्थ है लाखों, दसियों लाख या यहां तक ​​कि अरबों क्यूबिट की सारणी बनाना।

लेखकों का कहना है कि सिलिकॉन सेमीकंडक्टर उद्योग, जिसकी कीमत वर्तमान में लगभग $550 बिलियन है, को इस क्षेत्र को आगे बढ़ाने में योगदान करने में सक्षम होना चाहिए, क्योंकि आर्सेनिक और सिलिकॉन दोनों का उपयोग आमतौर पर शास्त्रीय कंप्यूटिंग के लिए सेमीकंडक्टर के निर्माण में किया जाता है।इस अध्ययन में विकसित दृष्टिकोण वर्तमान अर्धचालक प्रसंस्करण के साथ अत्यधिक संगत होने की उम्मीद है और उम्मीद है कि इंजीनियरिंग चुनौतियों का समाधान होने के बाद इसे एकीकृत किया जा सकता है।

यूसीएल इलेक्ट्रॉनिक और इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग के अध्ययन के वरिष्ठ लेखक प्रोफेसर नील कर्सन ने कहा, "सिलिकॉन में परमाणुओं को बिल्कुल सटीक परिशुद्धता के साथ रखने की क्षमता और इस तरह से कि हम बड़े पैमाने पर बढ़ सकें, क्वांटम कंप्यूटिंग के क्षेत्र के लिए एक बड़ा मील का पत्थर है।"पहली बार हमने आवश्यक सटीकता और पैमाने को प्राप्त करने का एक तरीका प्रदर्शित किया है।

"अब हमारे सामने इसे और अधिक तेज़ी से और आसानी से करने में सक्षम होने के लिए एक बड़ी इंजीनियरिंग चुनौती है - लेकिन यह पहली बार है कि मुझे यकीन है कि एक सार्वभौमिक क्वांटम कंप्यूटर बनाया जा सकता है।"