एक खेल ने अधिकतम 55 क्यूबिट के साथ क्वांटम व्यवहार परखा

कैसे जाँचा जाए कि कोई प्रोसेसर क्वांटम गुणों का ऐसा उपयोग कर रहा है जिसे शास्त्रीय रणनीति दोहरा नहीं सकती? नेचर कम्युनिकेशंस में 5 सितंबर को प्रकाशित एक अध्ययन खेल के रूप में ऐसी जाँच प्रस्तुत करता है। Quantinuum में Marcello Benedetti और Harry Buhrman की टीम ने ऐसे नियम बनाए जिनके तहत शास्त्रीय सीमा को गणितीय रूप से सिद्ध किया जा सकता है, फिर वास्तविक प्रोसेसर के परिणामों को उस सीमा से मिलाया।

खेल समान लंबाई वाली शून्य और एक की श्रृंखलाओं से शुरू होता है। निर्णायक सभी संभावित श्रृंखलाओं को बराबर आकार के दो समूहों में बाँटता है और इस बँटवारे को गुप्त रखता है। खिलाड़ी को पहले समूह से तैयार क्वांटम अवस्था की केवल एक प्रति मिलती है और उसे दूसरे समूह की कोई श्रृंखला लौटानी होती है। अध्ययन में विचार की गई शास्त्रीय रणनीति प्राप्त अवस्था को तुरंत मापती है, जिससे पहले समूह की केवल एक श्रृंखला पता चलती है। इस जानकारी से उस ज्ञात श्रृंखला को हटाया जा सकता है, लेकिन बाकी के बारे में बड़ी अनिश्चितता रहती है: लंबाई बढ़ने पर सबसे अच्छी शास्त्रीय सफलता दर लगभग आधे प्रयासों तक सिमटती जाती है।

क्वांटम खिलाड़ी मापन से पहले कार्रवाई कर सकता है। प्राप्त अवस्था पहले समूह की संभावनाओं को सुपरपोज़िशन में जोड़ती है: वे प्रणाली के भौतिक विकास में साथ भाग लेती हैं, हालाँकि अंतिम मापन सिर्फ एक उत्तर देता है। एक परिपथ आयामों—मापन की संभावनाएँ तय करने वाली राशियों—को पुनर्व्यवस्थित करके संभावनाओं को पूरक समूह में स्थानांतरित करता है। बिना त्रुटि वाले आदर्श मॉडल में उत्तर हमेशा दूसरे समूह का होता है। शोधकर्ताओं ने ऐसी गणितीय संरचना वाले बँटवारे चुने जिनसे अवस्था तैयार करना और उत्तर जाँचना, दोनों कुशलता से हो सकें।

टीम ने यह प्रोटोकॉल H2 पर चलाया, जो फँसाए गए आयनों में क्वांटम जानकारी रखता है। प्रयोग में इस जानकारी की इकाइयों, क्यूबिट, की संख्या अधिकतम 55 थी। सबसे बड़े विन्यास में 37 बिट की श्रृंखलाएँ इस्तेमाल हुईं। उपकरण को परखने के लिए शोधकर्ताओं ने खेल के दौरों के साथ अवस्था की तैयारी जाँचने वाले दौर जोड़े। अधिक त्रुटियों वाले बड़े विन्यासों में संयुक्त स्कोर घटा, लेकिन रिपोर्ट किए गए परीक्षणों में वह शास्त्रीय सीमा से ऊपर रहा।

लेख में बताया गया घातीय बढ़ाव समायोजित स्कोरों के अनुपात से संबंधित है: संदर्भ मान से ऊपर क्वांटम स्कोर की बढ़त की तुलना उसी संदर्भ से ऊपर संभव सबसे बड़ी शास्त्रीय बढ़त से की जाती है। इसका अर्थ सफलता दर में घातीय वृद्धि या H2 द्वारा किसी प्रोग्राम को घातीय रूप से अधिक तेजी से चलाना नहीं है। योगदान एक ऐसी सत्यापन योग्य प्रक्रिया है जो जानकारी तक पहुँच के स्पष्ट नियमों के तहत दोनों प्रकार के व्यवहार अलग कर सकती है।

इस प्रकार अध्ययन एक सिद्ध शास्त्रीय सीमा के आधार पर क्वांटम प्रोसेसर परखने का तरीका दिखाता है, बिना कुछ समस्याओं को हल करने की कठिनाई संबंधी अनुमानों पर निर्भर हुए। प्रस्तावित अगला कदम वास्तविक क्वांटम संचार चैनल से जुड़े, भौतिक रूप से अलग उपकरणों के बीच खेल चलाना है। प्रस्तुत प्रयोग में निर्णायक और खिलाड़ी की भूमिकाएँ एक ही प्रोसेसर के भीतर लागू की गई थीं।