क्वांटम सिमुलेटर

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क्वांटम सिमुलेटर स्फटिक की इस तस्वीर में आयनों का प्रतिदीप्ति, यह दर्शाता है कि क्वैबिट्स सभी एक ही अवस्था में हैं (या तो 1 या 0)। सही प्रायोगिक स्थितियों के तहत, आयन स्फटिक अनायास इस लगभग पूर्ण त्रिकोणीय स्फटिक संरचना संरचना का निर्माण करता है। साभार: ब्रिटन/एनआईएसटी
विपाशित क्वांटम सिमुलेटर चित्रण: अनुरूपक का दिल बेरिलियम आयनों का एक द्वि-आयामी स्फटिक है (ग्राफिक में नीला क्षेत्र); प्रत्येक आयन का सबसे बाहरी इलेक्ट्रॉन एक परिमाण बिट (qubit, लाल तीर) है। आयन एक उपकरण में एक बड़े चुंबकीय क्षेत्र द्वारा सीमित होते हैं जिसे पेनिंग ट्रैप (दिखाया नहीं गया) कहा जाता है। जाल के अंदर स्फटिक दक्षिणावर्त घूमता है। साभार: ब्रिटन/एनआईएसटी

क्वांटम सिमुलेटर (क्वांटम अनुरूपक) एक क्रमादेश्य अनुरक्षण प्रणाली में परिमाण प्रणाली के अध्ययन की अनुमति देते हैं। इस उदाहरण में, अनुरूपक विशेष प्रयोजन के उपकरण हैं जिन्हें विशिष्ट भौतिकी समस्याओं के बारे में जानकारी प्रदान करने के लिए अभिकल्पित किया गया है। [1][2][3] क्वांटम सिमुलेटर की तुलना सामान्यतः क्रमादेश्य करने योग्य अंकीय परिमाण कम्प्यूटिंग से की जा सकती है, जो परिमाण समस्याओं की एक विस्तृत श्रेणी को हल करने में सक्षम होगी।

एक सार्वभौमिक क्वांटम सिमुलेटर 1980 में यूरी मैनिन और 1982 में रिचर्ड फेनमैन द्वारा प्रस्तावित परिमाण कंप्यूटर है। [4][5] फेनमैन ने दिखाया कि एक पारम्परिक ट्यूरिंग मशीन एक परिमाण प्रभाव का अनुकरण करने में सक्षम नहीं होगी, जबकि उसका काल्पनिक सार्वभौमिक परिमाण कंप्यूटर आवश्यक परिमाण प्रभाव का अनुकरण करने में सक्षम होगा। [5][6]

मूल प्रणाली में कणों की संख्या के समान कई त्रिविमीय का उपयोग करके परिमाण कंप्यूटर द्वारा कई कणों की एक परिमाण प्रणाली का अनुकरण किया जा सकता है। [5]इसे परिमाण प्रणाली के बहुत बड़े वर्गों तक बढ़ा दिया गया है। [7][8][9][10] क्वांटम सिमुलेटर को कई प्रायोगिक प्लेटफार्मों पर सिद्ध किया गया है, जिसमें अतिशीत परमाणु, ध्रुवीय अणु, विपाशित आयन, फोटोनिक प्रणाली, परिमाण बिन्दु और अतिचालक परिपथ सम्मिलित हैं। [11]

भौतिकी की समस्याओं को हल करना

भौतिकी में कई महत्वपूर्ण समस्याएं, विशेष रूप से ऊष्मप्रवैगिकी कम तापमान भौतिकी और बहुपिंडी भौतिकी, खराब समझी जाती हैं क्योंकि अंतर्निहित परिमाण यांत्रिकी बहुत जटिल है। सुपरकंप्यूटर समेत परंपरागत कंप्यूटर परिमाण प्रणाली को कम से कम 30 कणों के साथ अनुकरण करने के लिए अपर्याप्त हैं क्योंकि हिल्बर्ट अंतरिक्ष का आयाम कण संख्या के साथ तीव्रता से बढ़ता है। [6] सामग्री को समझने और तर्कसंगत रूप से अभिकल्पित करने के लिए बेहतर कम्प्यूटेशनल यंत्र की आवश्यकता होती है, जिनके गुणों को सैकड़ों कणों के सामूहिक परिमाण यांत्रिकी पर निर्भर माना जाता है। [2][3] क्वांटम सिमुलेटर इन प्रणालियों के गुणों को समझने के लिए एक वैकल्पिक मार्ग प्रदान करते हैं। ये अनुरूपक ब्याज की विशिष्ट प्रणालियों के स्वच्छ अहसास उत्पन्न करते हैं, जो उनके गुणों की सटीक प्राप्ति की अनुमति देता है। प्रणाली के मापदंडों पर सटीक नियंत्रण और व्यापक विश्वसनीयता विभिन्न मापदंडों के प्रभाव को साफ-सुथरा करने की अनुमति देती है।

क्वांटम सिमुलेटर उन समस्याओं को हल कर सकते हैं जो पारम्परिक कंप्यूटरों पर अनुकरण करना कठिन है क्योंकि वे वास्तविक कणों के परिमाण गुणों का सीधे शोषण करते हैं। विशेष रूप से, वे परिमाण यांत्रिकी की एक संपत्ति का उपयोग करते हैं जिसे परिमाण अधिस्थापन कहा जाता है, जिसमें एक परिमाण कण को ​​एक ही समय में दो अलग-अलग अवस्थाओं में बनाया जाता है, उदाहरण के लिए, बाहरी चुंबकीय क्षेत्र के साथ संरेखित और विरोधी-संरेखित है। महत्वपूर्ण रूप से, अनुरूपक परिमाण उलझाव नामक दूसरी परिमाण संपत्ति का भी लाभ उठाते हैं, जिससे शारीरिक रूप से अच्छी तरह से अलग कणों के व्यवहार को भी सहसंबद्ध किया जा सकता है। [2][3][12]

हाल ही में क्वांटम सिमुलेटर का उपयोग काल स्फटिक और परिमाण चक्रण तरल पदार्थ प्राप्त करने के लिए किया गया है [13][14] [15][16]


विपाशित-आयन अनुरूपक

आयन जाल आधारित प्रणाली परिमाण चक्रण प्रतिरूप में बातचीत के अनुकरण के लिए एक आदर्श समुच्चयन बनाती है। [17] एक विपाशित-आयन अनुरूपक, जिसे एक टीम द्वारा बनाया गया है जिसमें NIST सम्मिलित है, सैकड़ों परिमाण बिट्स (त्रिविमीय्स) के बीच बातचीत को इंजीनियर और नियंत्रित कर सकता है। [18] पिछले प्रयास 30 परिमाण बिट्स से आगे जाने में असमर्थ थे। इस अनुरूपक की क्षमता पिछले उपकरणों की तुलना में 10 गुना अधिक है। इसने महत्वपूर्ण बेंचमार्किंग परीक्षणों की एक श्रृंखला पारित की है जो सामग्री विज्ञान में उन समस्याओं को हल करने की क्षमता का संकेत देते हैं जिन्हें पारंपरिक कंप्यूटरों पर प्रतिरूप करना असंभव है।

विपाशित-आयन अनुरूपक में सैकड़ों बेरिलियम का एक छोटा, ऐकल-समतल स्फटिक होता है, जिसका व्यास 1 मिलीमीटर से कम होता है, जो पैनिंग प्रग्राही नामक उपकरण के अंदर परिभ्रकरतामण है। प्रत्येक आयन का सबसे बाहरी इलेक्ट्रॉन एक छोटे परिमाण चुंबक के रूप में कार्य करता है और एक त्रिविमीय के रूप में उपयोग किया जाता है, एक पारंपरिक कंप्यूटर में "1" या "0" के बराबर परिमाण उपयोग किया जाता है। बेंचमार्किंग प्रयोग में, भौतिकविदों ने आयनों को पूर्ण शून्य के करीब ठंडा करने के लिए लेजर किरण का इस्तेमाल किया। सावधानी से सूक्ष्म तरंग और लेसर स्पंद को समयबद्ध करने के बाद क्वैबिट्स को परस्पर क्रिया करने का कारण बना, सामग्री के परिमाण व्यवहार की नकल करना अन्यथा प्रयोगशाला में अध्ययन करना बहुत कठिन था। यद्यपि दोनों प्रणालियाँ बाह्य रूप से भिन्न दिखाई दे सकती हैं, उनका व्यवहार गणितीय रूप से समान होने के लिए बनाया गया है। इस तरह, अनुरूपक शोधकर्ताओं को उन मापदंडों को अलग-अलग करने की अनुमति देते हैं जिन्हें प्राकृतिक ठोस पदार्थों में नहीं बदला जा सकता है, जैसे कि परमाणु जाली रिक्ति और ज्यामिति है।

फ्रीडेनॉयर एट अल., लौहचुम्बकीय और प्रतिलौहचुम्बकीय स्तिथि में उनके अलगाव को दिखाते हुए एडिएबेटिक रूप से 2 चक्रण में हेरफेर किया। [19] किम एट अल., विपाशित आयन क्वांटम सिमुलेटर को 3 चक्रण तक बढ़ाया, वैश्विक प्रतिलौहचुम्बकीय ईज़िंग पारस्परिक क्रिया में नैराश्य की विशेषता है और नैराश्य और उलझन के बीच की कड़ी को दर्शाता है। [20] और इस्लाम एट अल., अनुचुंबकीय और लौहचुम्बकीय अनुक्रम के बीच चरण संक्रमण को तीव्र करने के लिए स्थिरोष्म परिमाण अनुकरण का इस्तेमाल किया, क्योंकि चक्रण की संख्या 2 से बढ़कर 9 हो गई। [21] बैरेइरो एट अल. एक खुले जलाशय में युग्मन द्वारा 5 फंसे हुए आयनों के साथ परस्पर क्रिया करने का एक अंकीय क्वांटम सिमुलेटर बनाया, [22] और ल्योन एट अल ने 6 आयनों तक के साथ अंकीय परिमाण अनुकरण का प्रदर्शन किया।[23] इस्लाम, एट अल, ने 18 विपाशित आयन चक्रण के साथ चर (लंबी) रेंज पारस्परिक क्रिया के साथ अनुप्रस्थ आइसिंग प्रतिरूप के स्थिरोष्म परिमाण अनुकरण का प्रदर्शन किया, जो प्रतिलौहचुम्बकीय पारस्परिक प्रभाव क्षेत्र को समायोजित करके चक्रण नैराश्य के स्तर को नियंत्रित करता है। [24] ब्रिटन, एट अल. NIST से परिमाण चुंबकत्व के अध्ययन के लिए प्रयोगात्मक रूप से सैकड़ों त्रिविमीय की एक प्रणाली में ईज़िंग पारस्परिक क्रिया को मानदण्ड किया गया है।[18] पगानो, एट अल., ने एक नई परिशीतन आयन प्रग्रहण प्रणाली की सूचना दी, जो कि बड़े आयन श्रृंखलाओं के लंबे समय तक भंडारण के लिए अभिकल्पित की गई है, जो 44 आयनों तक की श्रृंखलाओं के लिए सुसंगत एक और दो-क्विबिट संचालन का प्रदर्शन करती है। [25] जोशी और अन्य ने 51 अलग-अलग नियंत्रित आयनों की परिमाण गतिशीलता की जांच की, जिससे एक लंबी दूरी की परस्पर क्रिया करने वाली चक्रण श्रृंखला का एहसास हुआ।[26]


अतिशीत परमाणु अनुरूपक

कई अतिशीत परमाणु प्रयोग क्वांटम सिमुलेटर के उदाहरण हैं। इनमें दृक् जाली में [[बोस-हबर्ड प्रतिरूप]] या फर्मी-हबर्ड प्रतिरूप, दृक् चिमटी में एकात्मक फर्मी गैस, रिडबर्ग परमाणु सरणियों का अध्ययन करने वाले प्रयोग सम्मिलित हैं। इन प्रयोगों के लिए एक सामान्य धागा प्रजातिगत हैमिल्टन को साकार करने की क्षमता है, जैसे कि हबर्ड प्रतिरूप या अनुप्रस्थ-क्षेत्र आइसिंग हैमिल्टनियन है। इन प्रयोगों के प्रमुख उद्देश्यों में विभिन्न प्रतिरूपों के लिए निम्न-तापमान चरणों की पहचान करना या संतुलन से बाहर की गतिशीलता का पथानुसरण करना सम्मिलित है, जो सैद्धांतिक और संख्यात्मक रूप से जटिल हैं। [27][28] अन्य प्रयोगों ने शासन में संघनित पदार्थ के प्रतिरूप को अनुभव किया है जो पारंपरिक सामग्री, जैसे परिमाण चक्रण हॉल प्रभाव और हार्पर-हॉफस्टैटर प्रतिरूप के साथ अनुभव करना कठिन या असंभव है।[29][30][31][32][33]


अतिचालक क्युबिट

अतिचालक क्युबिट का उपयोग करने वाले क्वांटम सिमुलेटर दो मुख्य श्रेणियों में आते हैं। सबसे पहले, तथाकथित परिमाण एनीलिंग एक स्थिरोष्म रैंप के बाद कुछ हैमिल्टन के जमीनी राज्यों का निर्धारण करता है। इस दृष्टिकोण को कभी-कभी रुद्धोष्म परिमाण कंप्यूटिंग कहा जाता है। दूसरा, कई प्रणालियाँ विशिष्ट हैमिल्टनियन का अनुकरण करती हैं और उनकी जमीनी अवस्था के गुणों, परिमाण चरण संक्रमण या समय की गतिशीलता का अध्ययन करती हैं।[34] कई महत्वपूर्ण हालिया परिणामों में एक चालित-विघटनकारी बोस-हबर्ड प्रतिरूप में एक मोट विसंवाहक की प्राप्ति सम्मिलित है। बोस-हबर्ड प्रणाली और अतिचालक अनुनादक के लैटिस में प्रावस्था संक्रमण का अध्ययन क्विबिट्स से जुड़ा है। [35][36]


यह भी देखें

संदर्भ

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बाहरी संबंध

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