কোয়ান্টাম কম্পিউটার ব্রেকথ্রু রিয়েল টাইমে কিউবিট ওঠানামা ট্র্যাক করে

Qubits হল একটি কোয়ান্টাম কম্পিউটারের মৌলিক একক, যা বিজ্ঞানীরা আশা করেন একদিন আজকের সবচেয়ে শক্তিশালী মেশিনগুলিকে ছাড়িয়ে যাবে। কিন্তু qubits অত্যন্ত সংবেদনশীল হয়. এগুলি তৈরি করতে ব্যবহৃত উপকরণগুলিতে প্রায়শই ছোট ছোট ত্রুটি থাকে যা বিজ্ঞানীরা এখনও পুরোপুরি বুঝতে পারেন না। এই মাইক্রোস্কোপিক অপূর্ণতা প্রতি সেকেন্ডে শত শত বার অবস্থান পরিবর্তন করতে পারে। যখন তারা সরে যায়, তারা কত দ্রুত একটি কিউবিট শক্তি হারায় এবং এর সাথে মূল্যবান কোয়ান্টাম তথ্য পরিবর্তন করে।

সম্প্রতি অবধি, স্ট্যান্ডার্ড টেস্টিং পদ্ধতিগুলি কিউবিট কর্মক্ষমতা পরিমাপ করতে এক মিনিট পর্যন্ত সময় নেয়। এই দ্রুত ওঠানামা ক্যাপচার করা খুব ধীর ছিল। পরিবর্তে, গবেষকরা শুধুমাত্র গড় শক্তি হারানোর হার নির্ধারণ করতে পারেন, যা কিউবিটের সত্য এবং প্রায়শই অস্থির আচরণকে লুকিয়ে রাখে।

এটা অনেকটা শক্তিশালী ঘোড়াকে লাঙ্গল টানতে বলার মতো, যখন তার পথে প্রতিনিয়ত এমন গতিতে বাধা আসে যে কেউ প্রতিক্রিয়া জানাতে পারে না। প্রাণীটি সক্ষম হতে পারে, তবে অপ্রত্যাশিত বাধাগুলি কাজটিকে আরও কঠিন করে তোলে।

FPGA চালিত রিয়েল টাইম Qubit কন্ট্রোল

Niels Bohr Institute’s Center for Quantum Devices এবং Novo Nordisk ফাউন্ডেশন কোয়ান্টাম কম্পিউটিং প্রোগ্রামের একটি গবেষণা দল, পোস্টডক্টরাল গবেষক ডঃ ফ্যাব্রিজিও বেরিটার নেতৃত্বে, একটি রিয়েল-টাইম অভিযোজিত পরিমাপ ব্যবস্থা তৈরি করেছে যা কিউবিট শক্তির ক্ষতি (শিথিলকরণ) হারের পরিবর্তনগুলিকে ট্র্যাক করে৷ প্রকল্পটিতে নরওয়েজিয়ান ইউনিভার্সিটি অফ সায়েন্স অ্যান্ড টেকনোলজি, লিডেন ইউনিভার্সিটি এবং চালমার ইউনিভার্সিটির বিজ্ঞানীদের সহযোগিতা জড়িত ছিল।

নতুন পদ্ধতিটি একটি দ্রুত ক্লাসিক্যাল কন্ট্রোলারের উপর নির্ভর করে যা মিলিসেকেন্ডের মধ্যে একটি কিউবিটের শিথিলকরণ হারের অনুমান আপডেট করে। এটি পুরানো পদ্ধতির মতো সেকেন্ড বা মিনিট পিছিয়ে থাকার পরিবর্তে ওঠানামার স্বাভাবিক গতির সাথে মেলে।

এটি অর্জনের জন্য, দলটি একটি ফিল্ড-প্রোগ্রামেবল গেট অ্যারে (এফপিজিএ) ব্যবহার করেছে, এক ধরনের ক্লাসিক্যাল প্রসেসর যা অত্যন্ত দ্রুত অপারেশনের জন্য ডিজাইন করা হয়েছে। FPGA-তে সরাসরি পরীক্ষা চালানোর মাধ্যমে, তারা দ্রুত একটি “সর্বোত্তম অনুমান” তৈরি করতে পারে যে কিউবিট কত দ্রুত শক্তি হারাচ্ছে, মাত্র কয়েকটি পরিমাপ ব্যবহার করে। এটি ঐতিহ্যগত কম্পিউটারে ধীরগতির ডেটা স্থানান্তরের প্রয়োজনীয়তা দূর করে।

এই ধরনের নির্দিষ্ট কাজের জন্য প্রোগ্রামিং FPGAs চ্যালেঞ্জিং হতে পারে। তবুও, গবেষকরা প্রতিটি কিউবিট পরিমাপের পরে কন্ট্রোলারের অভ্যন্তরীণ বায়েসিয়ান মডেল আপডেট করতে সক্ষম হন। এটি সিস্টেমটিকে ক্রমাগত রিয়েল টাইমে কিউবিটগুলির অবস্থা সম্পর্কে তার বোঝার পরিমার্জন করার অনুমতি দেয়।

ফলস্বরূপ, নিয়ামক এখন qubit এর পরিবর্তিত পরিবেশের সাথে তাল মিলিয়ে চলে। পরিমাপ এবং সামঞ্জস্যগুলি ওঠানামার মতো একই টাইমস্কেলে ঘটে, যা পূর্বে প্রদর্শিত হওয়ার চেয়ে সিস্টেমটিকে প্রায় একশ গুণ দ্রুততর করে তোলে।

কাজ থেকেও নতুন কিছু জানা গেল। বিজ্ঞানীরা আগে জানতেন না যে সুপারকন্ডাক্টিং কিউবিটগুলিতে কত দ্রুত ওঠানামা ঘটে। এই পরীক্ষাগুলি এখন সেই অন্তর্দৃষ্টি প্রদান করেছে।

বাণিজ্যিক কোয়ান্টাম হার্ডওয়্যার উন্নত নিয়ন্ত্রণ পূরণ করে

এফপিজিএগুলি দীর্ঘদিন ধরে অন্যান্য বৈজ্ঞানিক এবং প্রকৌশল ক্ষেত্রে ব্যবহার করা হয়েছে। এই ক্ষেত্রে, গবেষকরা OPX1000 নামক কোয়ান্টাম মেশিন থেকে বাণিজ্যিকভাবে উপলব্ধ FPGA-ভিত্তিক কন্ট্রোলার ব্যবহার করেছেন। সিস্টেমটি পাইথনের মতো একই ভাষায় প্রোগ্রাম করা যেতে পারে, যা অনেক পদার্থবিদ ইতিমধ্যেই ব্যবহার করছেন, এটি সারা বিশ্বের গবেষণা গোষ্ঠীর কাছে আরও অ্যাক্সেসযোগ্য করে তোলে।

উন্নত কোয়ান্টাম হার্ডওয়্যারের সাথে এই কন্ট্রোলারের একীকরণ সম্ভব হয়েছে সহযোগী অধ্যাপক মর্টেন কেজারগার্ড এবং চালমারস ইউনিভার্সিটির নেতৃত্বে নিলস বোর ইনস্টিটিউট গবেষণা গোষ্ঠীর মধ্যে ঘনিষ্ঠ সহযোগিতার মাধ্যমে, যেখানে কোয়ান্টাম প্রসেসিং ইউনিট ডিজাইন ও নির্মিত হয়েছিল। “নিয়ন্ত্রক যুক্তি, পরিমাপ এবং ফিডফরোয়ার্ডের মধ্যে খুব শক্ত একীকরণ সক্ষম করে: এই উপাদানগুলি আমাদের পরীক্ষাকে সম্ভব করেছে,” বলেছেন মর্টেন কেগার্ড৷

কোয়ান্টাম কম্পিউটারের জন্য কেন রিয়েল-টাইম ক্রমাঙ্কন গুরুত্বপূর্ণ

কোয়ান্টাম প্রযুক্তিগুলি শক্তিশালী নতুন ক্ষমতার প্রতিশ্রুতি দেয়, যদিও বাস্তবিক বড় আকারের কোয়ান্টাম কম্পিউটারগুলি এখনও বিকাশের অধীনে রয়েছে। অগ্রগতি প্রায়শই ধীরে ধীরে ঘটে, তবে কখনও কখনও বড় পদক্ষেপ এগিয়ে যায়।

এই পূর্বে লুকানো গতিবিদ্যা উন্মোচন করে, ফলাফলগুলি পরিবর্তন করে কিভাবে বিজ্ঞানীরা সুপারকন্ডাক্টিং কোয়ান্টাম প্রসেসর পরীক্ষা এবং ক্রমাঙ্কন সম্পর্কে চিন্তা করেন। বর্তমান উপকরণ এবং উত্পাদন পদ্ধতির সাথে, নির্ভরযোগ্যতা উন্নত করতে রিয়েল-টাইম মনিটরিং এবং সমন্বয়ের দিকে অগ্রসর হওয়া প্রয়োজন বলে মনে হচ্ছে। ফলাফলগুলি উপলব্ধ প্রযুক্তির সৃজনশীল ব্যবহারের পাশাপাশি একাডেমিক গবেষণা এবং শিল্পের মধ্যে অংশীদারিত্বের গুরুত্বও তুলে ধরে।

“আজকাল, সাধারণভাবে কোয়ান্টাম প্রসেসিং ইউনিটগুলিতে, সামগ্রিক কর্মক্ষমতা সেরা কিউবিট দ্বারা নির্ধারিত হয় না, তবে সবচেয়ে খারাপ কিউবিট দ্বারা: এইগুলির উপর আমাদের ফোকাস করতে হবে৷ আমাদের কাজ থেকে আশ্চর্যের বিষয় হল যে একটি ‘ভাল’ কিউবিট মিনিট বা ঘন্টার পরিবর্তে এক সেকেন্ডের ভগ্নাংশের মধ্যে একটি ‘খারাপ’ হতে পারে৷

“আমাদের অ্যালগরিদমের সাহায্যে, দ্রুত কন্ট্রোল হার্ডওয়্যার মূলত রিয়েল টাইমে সনাক্ত করতে পারে কোন কিউবিটটি ‘ভাল’ বা ‘খারাপ’। আমরা ঘন্টা বা দিনের চেয়ে কয়েক সেকেন্ডে ‘খারাপ’ কিউবিটের দরকারী পরিসংখ্যানও সংগ্রহ করতে পারি।

ফ্যাব্রিজিও বলেছেন, “আমরা এখনও যে ওঠানামা দেখেছি তার একটি বড় অংশ ব্যাখ্যা করতে পারি না। কোয়ান্টাম প্রসেসরকে দরকারী আকারে স্কেল করার জন্য কিউবিট বৈশিষ্ট্যের এই ধরনের ওঠানামার পিছনে পদার্থবিদ্যা বোঝা এবং নিয়ন্ত্রণ করা প্রয়োজন।”