പൈത്തൺ ക്വാണ്ടം എറർ കറക്ഷൻ: ക്യുബിറ്റുകളെ സ്ഥിരപ്പെടുത്തുന്നു

മരുന്ന്, മെറ്റീരിയൽ സയൻസ്, ആർട്ടിഫിഷ്യൽ ഇൻ്റലിജൻസ് തുടങ്ങിയ മേഖലകളിൽ വിപ്ലവം സൃഷ്ടിക്കാൻ ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടിംഗിന് വലിയ സാധ്യതകളുണ്ട്. എന്നിരുന്നാലും, ക്വാണ്ടം സിസ്റ്റങ്ങൾ സ്വാഭാവികമായും ശബ്ദത്തിന് വിധേയമാണ്, ഇത് കണക്കുകൂട്ടലുകളുടെ കൃത്യതയെ വേഗത്തിൽ നശിപ്പിക്കാൻ കഴിയുന്ന പിശകുകളിലേക്ക് നയിക്കുന്നു. ക്വാണ്ടം വിവരങ്ങളുടെ അടിസ്ഥാന ഘടകങ്ങളായ ക്യുബിറ്റുകളുടെ ദുർബലമായ സ്വഭാവത്തിൽ നിന്നാണ് ഈ സംവേദനക്ഷമത ഉണ്ടാകുന്നത്, അവയുടെ ചുറ്റുപാടുകളാൽ എളുപ്പത്തിൽ അസ്വസ്ഥരാകുന്നു. വിശ്വസനീയവും അളക്കാവുന്നതുമായ ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടറുകൾ നിർമ്മിക്കുന്നതിന് ക്വാണ്ടം എറർ കറക്ഷൻ (QEC) നിർണ്ണായകമാണ്. ഈ പോസ്റ്റ് ക്യുഇസിയുടെ അവശ്യ ആശയങ്ങൾ പര്യവേക്ഷണം ചെയ്യുന്നു, പൈത്തൺ ഉപയോഗിച്ച് നടപ്പിലാക്കുന്ന ക്യുബിറ്റ് സ്റ്റെബിലൈസേഷൻ ടെക്നിക്കുകളിൽ ശ്രദ്ധ കേന്ദ്രീകരിക്കുന്നു.

ക്വാണ്ടം ഡീകോഹെറൻസിൻ്റെ വെല്ലുവിളി

0 അല്ലെങ്കിൽ 1 ആയ ക്ലാസിക്കൽ ബിറ്റുകളിൽ നിന്ന് വ്യത്യസ്തമായി, ക്യുബിറ്റുകൾക്ക് ഒരേസമയം രണ്ട് അവസ്ഥകളുടെയും സൂപ്പർപോസിഷനിൽ നിലനിൽക്കാൻ കഴിയും. ഈ സൂപ്പർപോസിഷൻ ക്ലാസിക്കൽ കമ്പ്യൂട്ടറുകളുടെ കഴിവിനപ്പുറമുള്ള കണക്കുകൂട്ടലുകൾ നടത്താൻ ക്വാണ്ടം അൽഗോരിതങ്ങളെ പ്രാപ്തമാക്കുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, ഈ സൂപ്പർപോസിഷൻ ദുർബലമാണ്. പരിസ്ഥിതിയുമായുള്ള പ്രതിപ്രവർത്തനം കാരണം ക്വാണ്ടം വിവരങ്ങൾ നഷ്ടപ്പെടുന്നതിനെയാണ് ക്വാണ്ടം ഡീകോഹെറൻസ് എന്ന് പറയുന്നത്. ഈ പ്രതിപ്രവർത്തനങ്ങൾ ക്യുബിറ്റുകളെ ക്രമരഹിതമായി അവയുടെ അവസ്ഥ മാറ്റുന്നതിനോ അവയുടെ ഫേസ് കോഹെറൻസ് നഷ്ടപ്പെടുത്തുന്നതിനോ കാരണമാകും, ഇത് കണക്കുകൂട്ടലിൽ പിശകുകൾ വരുത്തുന്നു. ഉദാഹരണങ്ങളിൽ ഇവ ഉൾപ്പെടുന്നു:

• ബിറ്റ്-ഫ്ലിപ്പ് എററുകൾ: |0⟩ അവസ്ഥയിലുള്ള ഒരു ക്യുബിറ്റ് |1⟩ ലേക്ക് മാറുന്നു, അല്ലെങ്കിൽ തിരിച്ചും.
• ഫേസ്-ഫ്ലിപ്പ് എററുകൾ: |0⟩, |1⟩ അവസ്ഥകൾ തമ്മിലുള്ള ആപേക്ഷിക ഫേസ് ഫ്ലിപ്പ് ചെയ്യുന്നു.

എറർ കറക്ഷൻ ഇല്ലാതെ, ഈ പിശകുകൾ അതിവേഗം വർദ്ധിക്കുകയും ക്വാണ്ടം കണക്കുകൂട്ടലുകളെ ഉപയോഗശൂന്യമാക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. ക്യുബിറ്റുകളെ നേരിട്ട് അളക്കാതെ ഈ പിശകുകൾ കണ്ടെത്തുകയും തിരുത്തുകയും ചെയ്യുക എന്നതാണ് വെല്ലുവിളി, കാരണം അളക്കുന്നത് സൂപ്പർപോസിഷനെ തകർക്കുകയും ക്വാണ്ടം വിവരങ്ങളെ നശിപ്പിക്കുകയും ചെയ്യും.

ക്വാണ്ടം എറർ കറക്ഷൻ്റെ തത്വങ്ങൾ

ഒരു ലോജിക്കൽ ക്യുബിറ്റ് എന്നറിയപ്പെടുന്ന, കൂടുതൽ എണ്ണം ഫിസിക്കൽ ക്യുബിറ്റുകളിലേക്ക് ക്വാണ്ടം വിവരങ്ങൾ എൻകോഡ് ചെയ്യുന്നതിനെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ളതാണ് ക്വാണ്ടം എറർ കറക്ഷൻ. എൻകോഡ് ചെയ്ത വിവരങ്ങൾ നേരിട്ട് അളക്കാതെ തന്നെ പിശകുകൾ കണ്ടെത്താനും തിരുത്താനും ഈ ആവർത്തനം നമ്മെ അനുവദിക്കുന്നു. ക്യുഇസി സ്കീമുകളിൽ സാധാരണയായി താഴെ പറയുന്ന ഘട്ടങ്ങൾ ഉൾപ്പെടുന്നു:

1. എൻകോഡിംഗ്: ഒരു പ്രത്യേക എറർ-കറക്റ്റിംഗ് കോഡ് ഉപയോഗിച്ച് ലോജിക്കൽ ക്യുബിറ്റിനെ ഒരു മൾട്ടി-ക്യുബിറ്റ് സ്റ്റേറ്റിലേക്ക് എൻകോഡ് ചെയ്യുന്നു.
2. പിശക് കണ്ടെത്തൽ: പിശകുകളുടെ സാന്നിധ്യം കണ്ടെത്താൻ പാരിറ്റി ചെക്കുകൾ, അഥവാ സ്റ്റെബിലൈസർ അളവുകൾ, നടത്തുന്നു. ഈ അളവുകൾ ക്യുബിറ്റിന്റെ യഥാർത്ഥ അവസ്ഥ വെളിപ്പെടുത്തുന്നില്ല, പക്ഷേ ഒരു പിശക് സംഭവിച്ചിട്ടുണ്ടോ എന്നും, അങ്ങനെയെങ്കിൽ അത് ഏത് തരം പിശകാണെന്നും സൂചിപ്പിക്കുന്നു.
3. പിശക് തിരുത്തൽ: എറർ സിൻഡ്രോം (സ്റ്റെബിലൈസർ അളവുകളുടെ ഫലം) അടിസ്ഥാനമാക്കി, ലോജിക്കൽ ക്യുബിറ്റിന്റെ യഥാർത്ഥ അവസ്ഥ പുനഃസ്ഥാപിക്കാൻ ഫിസിക്കൽ ക്യുബിറ്റുകളിൽ ഒരു തിരുത്തൽ പ്രവർത്തനം പ്രയോഗിക്കുന്നു.
4. ഡീകോഡിംഗ്: അവസാനമായി, എൻകോഡ് ചെയ്ത ലോജിക്കൽ ക്യുബിറ്റുകളിൽ നിന്നുള്ള കണക്കുകൂട്ടൽ ഫലം ഉപയോഗയോഗ്യമായ ഒരു ഫലം ലഭിക്കുന്നതിന് ഡീകോഡ് ചെയ്യണം.

നിരവധി വ്യത്യസ്ത ക്യുഇസി കോഡുകൾ വികസിപ്പിച്ചെടുത്തിട്ടുണ്ട്, ഓരോന്നിനും അതിൻ്റേതായ ഗുണങ്ങളും ദോഷങ്ങളുമുണ്ട്. ഷോർ കോഡ്, സ്റ്റീൻ കോഡ്, സർഫേസ് കോഡ് എന്നിവ ഏറ്റവും അറിയപ്പെടുന്ന ചില കോഡുകളിൽ ഉൾപ്പെടുന്നു.

ക്വാണ്ടം എറർ കറക്ഷൻ കോഡുകൾ

ഷോർ കോഡ്

ഏറ്റവും ആദ്യത്തേതും ലളിതവുമായ ക്യുഇസി കോഡുകളിൽ ഒന്നാണ് ഷോർ കോഡ്. ഇത് ഒരു ലോജിക്കൽ ക്യുബിറ്റിനെ എൻകോഡ് ചെയ്യുന്നതിന് ഒമ്പത് ഫിസിക്കൽ ക്യുബിറ്റുകൾ ഉപയോഗിച്ച് ബിറ്റ്-ഫ്ലിപ്പ്, ഫേസ്-ഫ്ലിപ്പ് പിശകുകളിൽ നിന്ന് സംരക്ഷിക്കുന്നു. ഫിസിക്കൽ ക്യുബിറ്റുകൾക്കിടയിൽ എൻടാംഗിൾഡ് സ്റ്റേറ്റുകൾ സൃഷ്ടിക്കുകയും തുടർന്ന് പിശകുകൾ കണ്ടെത്താൻ പാരിറ്റി പരിശോധനകൾ നടത്തുകയും ചെയ്യുന്നതാണ് എൻകോഡിംഗ് പ്രക്രിയ. ആശയപരമായി ലളിതമാണെങ്കിലും, ആവശ്യമായ ക്യുബിറ്റുകളുടെ എണ്ണം കാരണം ഷോർ കോഡ് വിഭവ-സാന്ദ്രമാണ്.

ഉദാഹരണം:

ഒരു ലോജിക്കൽ |0⟩ സ്റ്റേറ്റ് എൻകോഡ് ചെയ്യാൻ, ഷോർ കോഡ് താഴെ പറയുന്ന പരിവർത്തനം ഉപയോഗിക്കുന്നു:

|0⟩_L = (|000⟩ + |111⟩)(|000⟩ + |111⟩)(|000⟩ + |111⟩) / (2√2)

അതുപോലെ, ഒരു ലോജിക്കൽ |1⟩ സ്റ്റേറ്റിനായി:

|1⟩_L = (|000⟩ - |111⟩)(|000⟩ - |111⟩)(|000⟩ - |111⟩) / (2√2)

ഓരോ മൂന്ന് ഗ്രൂപ്പുകളിലെയും ക്യുബിറ്റുകളുടെ പാരിറ്റി അളന്നാണ് പിശക് കണ്ടെത്തുന്നത്. ഉദാഹരണത്തിന്, 1, 2, 3 എന്നീ ക്യുബിറ്റുകളുടെ പാരിറ്റി അളക്കുന്നത് ആ ഗ്രൂപ്പിൽ ഒരു ബിറ്റ്-ഫ്ലിപ്പ് പിശക് സംഭവിച്ചിട്ടുണ്ടോ എന്ന് വെളിപ്പെടുത്തും. ഫേസ്-ഫ്ലിപ്പ് പിശകുകൾ കണ്ടെത്താൻ സമാനമായ പാരിറ്റി പരിശോധനകൾ നടത്തുന്നു.

സ്റ്റീൻ കോഡ്

ഒരു ലോജിക്കൽ ക്യുബിറ്റിനെ എൻകോഡ് ചെയ്യാൻ ഏഴ് ഫിസിക്കൽ ക്യുബിറ്റുകൾ ഉപയോഗിക്കുന്ന മറ്റൊരു ആദ്യകാല ക്യുഇസി കോഡാണ് സ്റ്റീൻ കോഡ്. ഇതിന് ഏതെങ്കിലും ഒരൊറ്റ ക്യുബിറ്റ് പിശക് (ബിറ്റ്-ഫ്ലിപ്പ്, ഫേസ്-ഫ്ലിപ്പ് എന്നിവ) തിരുത്താൻ കഴിയും. സ്റ്റീൻ കോഡ് ക്ലാസിക്കൽ എറർ-കറക്റ്റിംഗ് കോഡുകളെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ളതാണ്, ക്യുബിറ്റ് ഓവർഹെഡിൻ്റെ കാര്യത്തിൽ ഷോർ കോഡിനേക്കാൾ കാര്യക്ഷമമാണ്. സ്റ്റീൻ കോഡിനായുള്ള എൻകോഡിംഗ്, ഡീകോഡിംഗ് സർക്യൂട്ടുകൾ സ്റ്റാൻഡേർഡ് ക്വാണ്ടം ഗേറ്റുകൾ ഉപയോഗിച്ച് നടപ്പിലാക്കാൻ കഴിയും.

സ്റ്റീൻ കോഡ് ഒരു [7,1,3] ക്വാണ്ടം കോഡാണ്, അതായത് ഇത് 1 ലോജിക്കൽ ക്യുബിറ്റിനെ 7 ഫിസിക്കൽ ക്യുബിറ്റുകളായി എൻകോഡ് ചെയ്യുകയും 1 പിശക് വരെ തിരുത്തുകയും ചെയ്യും. ഇത് ക്ലാസിക്കൽ [7,4,3] ഹാമിംഗ് കോഡ് ഉപയോഗിക്കുന്നു. ഹാമിംഗ് കോഡിൻ്റെ ജനറേറ്റർ മാട്രിക്സ് എൻകോഡിംഗ് സർക്യൂട്ടിനെ നിർവചിക്കുന്നു.

സർഫേസ് കോഡ്

പ്രായോഗിക ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടറുകൾക്കുള്ള ഏറ്റവും പ്രതീക്ഷ നൽകുന്ന ക്യുഇസി കോഡുകളിലൊന്നാണ് സർഫേസ് കോഡ്. ഇതിന് ഉയർന്ന എറർ ത്രെഷോൾഡ് ഉണ്ട്, അതായത് ഫിസിക്കൽ ക്യുബിറ്റുകളിൽ താരതമ്യേന ഉയർന്ന പിശക് നിരക്കുകൾ സഹിക്കാൻ ഇതിന് കഴിയും. സർഫേസ് കോഡ് ക്യുബിറ്റുകളെ ഒരു ദ്വിമാന ഗ്രിഡിൽ ക്രമീകരിക്കുന്നു, ഡാറ്റ ക്യുബിറ്റുകൾ ലോജിക്കൽ വിവരങ്ങൾ എൻകോഡ് ചെയ്യുകയും അൻസില്ല ക്യുബിറ്റുകൾ പിശക് കണ്ടെത്തലിനായി ഉപയോഗിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. അയൽ ക്യുബിറ്റുകളുടെ പാരിറ്റി അളന്നാണ് പിശക് കണ്ടെത്തുന്നത്, തത്ഫലമായുണ്ടാകുന്ന എറർ സിൻഡ്രോം അടിസ്ഥാനമാക്കി പിശക് തിരുത്തൽ നടത്തുന്നു.

സർഫേസ് കോഡുകൾ ടോപ്പോളജിക്കൽ കോഡുകളാണ്, അതായത് എൻകോഡ് ചെയ്ത വിവരങ്ങൾ ക്യുബിറ്റ് ക്രമീകരണത്തിൻ്റെ ടോപ്പോളജി വഴി സംരക്ഷിക്കപ്പെടുന്നു. ഇത് പ്രാദേശിക പിശകുകൾക്കെതിരെ അവയെ ശക്തമാക്കുകയും ഹാർഡ്‌വെയറിൽ നടപ്പിലാക്കുന്നത് എളുപ്പമാക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.

ക്യുബിറ്റ് സ്റ്റെബിലൈസേഷൻ ടെക്നിക്കുകൾ

ക്യുബിറ്റുകളുടെ കോഹെറൻസ് സമയം ദീർഘിപ്പിക്കാൻ ക്യുബിറ്റ് സ്റ്റെബിലൈസേഷൻ ലക്ഷ്യമിടുന്നു, ഇത് അവയുടെ സൂപ്പർപോസിഷൻ അവസ്ഥ നിലനിർത്താൻ കഴിയുന്ന സമയമാണ്. ക്യുബിറ്റുകളെ സ്ഥിരപ്പെടുത്തുന്നത് പിശകുകളുടെ ആവൃത്തി കുറയ്ക്കുകയും ക്വാണ്ടം കണക്കുകൂട്ടലുകളുടെ മൊത്തത്തിലുള്ള പ്രകടനം മെച്ചപ്പെടുത്തുകയും ചെയ്യുന്നു. ക്യുബിറ്റുകളെ സ്ഥിരപ്പെടുത്താൻ നിരവധി സാങ്കേതിക വിദ്യകൾ ഉപയോഗിക്കാം:

• ഡൈനാമിക് ഡീകൂപ്പിളിംഗ്: പാരിസ്ഥിതിക ശബ്ദത്തിൻ്റെ ഫലങ്ങൾ ഇല്ലാതാക്കാൻ ക്യുബിറ്റുകളിലേക്ക് ശ്രദ്ധാപൂർവ്വം സമയബന്ധിതമായി പൾസുകളുടെ ഒരു പരമ്പര പ്രയോഗിക്കുന്നത് ഈ സാങ്കേതികതയിൽ ഉൾപ്പെടുന്നു. പൾസുകൾ ഫലപ്രദമായി ശബ്ദത്തെ ശരാശരിയാക്കുകയും ഡീകോഹെറൻസിന് കാരണമാകുന്നതിൽ നിന്ന് തടയുകയും ചെയ്യുന്നു.
• ആക്റ്റീവ് ഫീഡ്‌ബാക്ക്: ക്യുബിറ്റുകളുടെ അവസ്ഥ തുടർച്ചയായി നിരീക്ഷിക്കുകയും തത്സമയം തിരുത്തൽ നടപടികൾ പ്രയോഗിക്കുകയും ചെയ്യുന്നത് ആക്റ്റീവ് ഫീഡ്‌ബാക്കിൽ ഉൾപ്പെടുന്നു. ഇതിന് വേഗതയേറിയതും കൃത്യവുമായ അളവുകളും നിയന്ത്രണ സംവിധാനങ്ങളും ആവശ്യമാണ്, പക്ഷേ ഇത് ക്യുബിറ്റ് സ്ഥിരത ഗണ്യമായി മെച്ചപ്പെടുത്തും.
• മെച്ചപ്പെട്ട മെറ്റീരിയലുകളും ഫാബ്രിക്കേഷനും: ഉയർന്ന നിലവാരമുള്ള മെറ്റീരിയലുകളും കൂടുതൽ കൃത്യമായ ഫാബ്രിക്കേഷൻ ടെക്നിക്കുകളും ഉപയോഗിക്കുന്നത് ക്യുബിറ്റുകളിലെ ആന്തരിക ശബ്ദം കുറയ്ക്കും. ഐസോടോപ്പിക്കായി ശുദ്ധമായ വസ്തുക്കൾ ഉപയോഗിക്കുന്നതും ക്യുബിറ്റ് ഘടനയിലെ വൈകല്യങ്ങൾ കുറയ്ക്കുന്നതും ഇതിൽ ഉൾപ്പെടുന്നു.
• ക്രയോജനിക് പരിതസ്ഥിതികൾ: വളരെ താഴ്ന്ന താപനിലയിൽ ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടറുകൾ പ്രവർത്തിപ്പിക്കുന്നത് താപ ശബ്ദം കുറയ്ക്കുന്നു, ഇത് ഡീകോഹെറൻസിൻ്റെ ഒരു പ്രധാന ഉറവിടമാണ്. ഉദാഹരണത്തിന്, സൂപ്പർകണ്ടക്റ്റിംഗ് ക്യുബിറ്റുകൾ സാധാരണയായി കേവലപൂജ്യത്തിനടുത്തുള്ള താപനിലയിലാണ് പ്രവർത്തിക്കുന്നത്.

ക്വാണ്ടം എറർ കറക്ഷനായുള്ള പൈത്തൺ ലൈബ്രറികൾ

ക്വാണ്ടം എറർ കറക്ഷൻ കോഡുകൾ സിമുലേറ്റ് ചെയ്യാനും നടപ്പിലാക്കാനും ഉപയോഗിക്കാവുന്ന നിരവധി ലൈബ്രറികൾ പൈത്തൺ വാഗ്ദാനം ചെയ്യുന്നു. ഈ ലൈബ്രറികൾ ക്യുബിറ്റുകൾ എൻകോഡ് ചെയ്യുന്നതിനും പിശക് കണ്ടെത്തൽ നടത്തുന്നതിനും പിശക് തിരുത്തൽ പ്രവർത്തനങ്ങൾ പ്രയോഗിക്കുന്നതിനുമുള്ള ഉപകരണങ്ങൾ നൽകുന്നു. ക്യുഇസിക്കുള്ള ചില ജനപ്രിയ പൈത്തൺ ലൈബ്രറികളിൽ ഇവ ഉൾപ്പെടുന്നു:

• Qiskit: ഐബിഎം വികസിപ്പിച്ചെടുത്ത ഒരു സമഗ്ര ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടിംഗ് ഫ്രെയിംവർക്കാണ് ക്വിസ്കിറ്റ്. എറർ കറക്ഷൻ സർക്യൂട്ടുകൾ ഉൾപ്പെടെയുള്ള ക്വാണ്ടം സർക്യൂട്ടുകൾ രൂപകൽപ്പന ചെയ്യുന്നതിനും സിമുലേറ്റ് ചെയ്യുന്നതിനുമുള്ള ഉപകരണങ്ങൾ ഇത് നൽകുന്നു. ക്യുഇസി കോഡുകൾ നിർവചിക്കുന്നതിനും സ്റ്റെബിലൈസർ അളവുകൾ നടപ്പിലാക്കുന്നതിനും പിശക് തിരുത്തൽ സിമുലേഷനുകൾ നടത്തുന്നതിനുമുള്ള മൊഡ്യൂളുകൾ ക്വിസ്കിറ്റിൽ ഉൾപ്പെടുന്നു.
• pyQuil: റിഗെറ്റി കമ്പ്യൂട്ടിംഗിൻ്റെ ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടറുകളുമായി സംവദിക്കാനുള്ള ഒരു പൈത്തൺ ലൈബ്രറിയാണ് പൈക്വിൽ. ക്വിൽ ക്വാണ്ടം ഇൻസ്ട്രക്ഷൻ ലാംഗ്വേജ് ഉപയോഗിച്ച് ക്വാണ്ടം പ്രോഗ്രാമുകൾ എഴുതാനും എക്സിക്യൂട്ട് ചെയ്യാനും ഇത് നിങ്ങളെ അനുവദിക്കുന്നു. യഥാർത്ഥ ക്വാണ്ടം ഹാർഡ്‌വെയറിൽ ക്യുഇസി കോഡുകൾ സിമുലേറ്റ് ചെയ്യാനും പരീക്ഷിക്കാനും പൈക്വിൽ ഉപയോഗിക്കാം.
• PennyLane: ക്വാണ്ടം മെഷീൻ ലേണിംഗിനുള്ള ഒരു പൈത്തൺ ലൈബ്രറിയാണ് പെന്നിലേൻ. ക്വാണ്ടം ന്യൂറൽ നെറ്റ്‌വർക്കുകൾ നിർമ്മിക്കുന്നതിനും പരിശീലിപ്പിക്കുന്നതിനുമുള്ള ഉപകരണങ്ങൾ ഇത് നൽകുന്നു, കൂടാതെ ക്വാണ്ടം എറർ കറക്ഷനും ക്വാണ്ടം മെഷീൻ ലേണിംഗും തമ്മിലുള്ള പരസ്പരബന്ധം പര്യവേക്ഷണം ചെയ്യാൻ ഇത് ഉപയോഗിക്കാം.
• Stim: ക്യുഇസി സർക്യൂട്ടുകൾ, പ്രത്യേകിച്ച് സർഫേസ് കോഡുകൾ, ബെഞ്ച്മാർക്ക് ചെയ്യുന്നതിന് ഉപയോഗപ്രദമായ ഒരു വേഗതയേറിയ സ്റ്റെബിലൈസർ സർക്യൂട്ട് സിമുലേറ്ററാണ് സ്റ്റിം. ഇത് വളരെ കാര്യക്ഷമവും വളരെ വലിയ ക്വാണ്ടം സിസ്റ്റങ്ങളെ കൈകാര്യം ചെയ്യാൻ കഴിവുള്ളതുമാണ്.

പൈത്തൺ ഉദാഹരണങ്ങൾ: ക്വിസ്കിറ്റ് ഉപയോഗിച്ച് ക്യുഇസി നടപ്പിലാക്കൽ

ലളിതമായ ഒരു ക്യുഇസി കോഡ് സിമുലേറ്റ് ചെയ്യാൻ ക്വിസ്കിറ്റ് എങ്ങനെ ഉപയോഗിക്കാമെന്നതിൻ്റെ ഒരു അടിസ്ഥാന ഉദാഹരണം ഇതാ. ഈ ഉദാഹരണം ബിറ്റ്-ഫ്ലിപ്പ് കോഡിനെ കാണിക്കുന്നു, ഇത് മൂന്ന് ഫിസിക്കൽ ക്യുബിറ്റുകൾ ഉപയോഗിച്ച് ബിറ്റ്-ഫ്ലിപ്പ് പിശകുകളിൽ നിന്ന് സംരക്ഷിക്കുന്നു.

from qiskit import QuantumCircuit, transpile, Aer, execute
from qiskit.providers.aer import QasmSimulator

# Create a quantum circuit with 3 qubits and 3 classical bits
qc = QuantumCircuit(3, 3)

# Encode the logical qubit (e.g., encode |0⟩ as |000⟩)
# If you want to encode |1⟩, add an X gate before the encoding

# Introduce a bit-flip error on the second qubit (optional)
# qc.x(1)

# Error detection: Measure the parity of qubits 0 and 1, and 1 and 2
qc.cx(0, 1)
qc.cx(2, 1)

# Measure the ancilla qubits (qubit 1) to get the error syndrome
qc.measure(1, 0)

# Correct the error based on the syndrome
qc.cx(1, 2)
qc.cx(1, 0)

# Measure the logical qubit (qubit 0)
qc.measure(0, 1)
qc.measure(2,2)

# Simulate the circuit
simulator = Aer.get_backend('qasm_simulator')
transpiled_qc = transpile(qc, simulator)
job = simulator.run(transpiled_qc, shots=1024)
result = job.result()
counts = result.get_counts(qc)

print(counts)

വിശദീകരണം:

1. കോഡ് മൂന്ന് ക്യുബിറ്റുകളുള്ള ഒരു ക്വാണ്ടം സർക്യൂട്ട് സൃഷ്ടിക്കുന്നു. ക്യുബിറ്റ് 0 ലോജിക്കൽ ക്യുബിറ്റിനെ പ്രതിനിധീകരിക്കുന്നു, ക്യുബിറ്റുകൾ 1, 2 എന്നിവ അൻസില്ല ക്യുബിറ്റുകളാണ്.
2. എല്ലാ ഫിസിക്കൽ ക്യുബിറ്റുകളെയും ഒരേ അവസ്ഥയിലേക്ക് (|000⟩ അല്ലെങ്കിൽ |111⟩, നമ്മൾ |0⟩ അല്ലെങ്കിൽ |1⟩ എൻകോഡ് ചെയ്യാൻ ആഗ്രഹിക്കുന്നുണ്ടോ എന്നതിനെ ആശ്രയിച്ച്) സജ്ജീകരിച്ചുകൊണ്ട് ലോജിക്കൽ ക്യുബിറ്റ് എൻകോഡ് ചെയ്യുന്നു.
3. ഒരു യഥാർത്ഥ ലോക പിശക് സിമുലേറ്റ് ചെയ്യുന്നതിനായി രണ്ടാമത്തെ ക്യുബിറ്റിൽ ഒരു ഓപ്ഷണൽ ബിറ്റ്-ഫ്ലിപ്പ് പിശക് അവതരിപ്പിക്കുന്നു.
4. ക്യുബിറ്റുകൾ 0, 1 എന്നിവയുടെയും 1, 2 എന്നിവയുടെയും പാരിറ്റി അളന്നാണ് പിശക് കണ്ടെത്തുന്നത്. ഇത് സിനോട്ട് ഗേറ്റുകൾ ഉപയോഗിച്ചാണ് ചെയ്യുന്നത്, ഇത് ക്യുബിറ്റുകളെ എൻടാംഗിൾ ചെയ്യുകയും ലോജിക്കൽ ക്യുബിറ്റിനെ നേരിട്ട് അളക്കാതെ അവയുടെ പാരിറ്റി അളക്കാൻ നമ്മെ അനുവദിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.
5. എറർ സിൻഡ്രോം ലഭിക്കുന്നതിന് അൻസില്ല ക്യുബിറ്റുകൾ അളക്കുന്നു.
6. എറർ സിൻഡ്രോമിൻ്റെ അടിസ്ഥാനത്തിൽ, ലോജിക്കൽ ക്യുബിറ്റിൻ്റെ യഥാർത്ഥ അവസ്ഥ പുനഃസ്ഥാപിക്കാൻ ഫിസിക്കൽ ക്യുബിറ്റുകളിൽ ഒരു തിരുത്തൽ പ്രവർത്തനം പ്രയോഗിക്കുന്നു.
7. അവസാനമായി, കണക്കുകൂട്ടലിൻ്റെ ഫലം ലഭിക്കുന്നതിന് ലോജിക്കൽ ക്യുബിറ്റ് അളക്കുന്നു.

ഇതൊരു ലളിതമായ ഉദാഹരണമാണ്, കൂടുതൽ സങ്കീർണ്ണമായ ക്യുഇസി കോഡുകൾക്ക് കൂടുതൽ സങ്കീർണ്ണമായ സർക്യൂട്ടുകളും പിശക് തിരുത്തൽ തന്ത്രങ്ങളും ആവശ്യമാണ്. എന്നിരുന്നാലും, ഇത് ക്യുഇസിയുടെ അടിസ്ഥാന തത്വങ്ങളെയും ക്വിസ്കിറ്റ് പോലുള്ള പൈത്തൺ ലൈബ്രറികൾ ക്യുഇസി സ്കീമുകൾ സിമുലേറ്റ് ചെയ്യാനും നടപ്പിലാക്കാനും എങ്ങനെ ഉപയോഗിക്കാമെന്നും കാണിക്കുന്നു.

ക്വാണ്ടം എറർ കറക്ഷൻ്റെ ഭാവി

ഫോൾട്ട്-ടോളറന്റ് ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടറുകൾ നിർമ്മിക്കുന്നതിനുള്ള ഒരു നിർണ്ണായക സാങ്കേതികവിദ്യയാണ് ക്വാണ്ടം എറർ കറക്ഷൻ. ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടറുകൾ വലുതും കൂടുതൽ സങ്കീർണ്ണവുമാകുമ്പോൾ, ഫലപ്രദമായ ക്യുഇസി തന്ത്രങ്ങളുടെ ആവശ്യകത വർദ്ധിക്കുകയേയുള്ളൂ. ഉയർന്ന പിശക് പരിധികളും കുറഞ്ഞ ക്യുബിറ്റ് ഓവർഹെഡും കൂടുതൽ കാര്യക്ഷമമായ പിശക് തിരുത്തൽ സർക്യൂട്ടുകളുമുള്ള പുതിയ ക്യുഇസി കോഡുകൾ വികസിപ്പിക്കുന്നതിൽ ഗവേഷണ-വികസന ശ്രമങ്ങൾ ശ്രദ്ധ കേന്ദ്രീകരിക്കുന്നു. കൂടാതെ, ഗവേഷകർ ക്യുബിറ്റുകളെ സ്ഥിരപ്പെടുത്തുന്നതിനും ഡീകോഹെറൻസ് കുറയ്ക്കുന്നതിനുമുള്ള പുതിയ സാങ്കേതിക വിദ്യകൾ പര്യവേക്ഷണം ചെയ്യുകയാണ്.

പ്രായോഗിക ക്യുഇസി സ്കീമുകളുടെ വികസനം ഒരു സുപ്രധാന വെല്ലുവിളിയാണ്, പക്ഷേ ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടിംഗിൻ്റെ പൂർണ്ണമായ കഴിവുകൾ മനസ്സിലാക്കാൻ ഇത് അത്യാവശ്യമാണ്. ക്യുഇസി അൽഗോരിതങ്ങൾ, ഹാർഡ്‌വെയർ, സോഫ്റ്റ്‌വെയർ ടൂളുകൾ എന്നിവയിലെ തുടർച്ചയായ പുരോഗതികളോടെ, ഫോൾട്ട്-ടോളറന്റ് ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടറുകൾ നിർമ്മിക്കാനുള്ള സാധ്യത കൂടുതൽ യാഥാർത്ഥ്യമാകുന്നു. ഭാവിയിലെ ആപ്ലിക്കേഷനുകളിൽ ഇവ ഉൾപ്പെടാം:

• മരുന്ന് കണ്ടെത്തലും മെറ്റീരിയൽ സയൻസും: പുതിയ മരുന്നുകൾ കണ്ടെത്താനും നൂതന വസ്തുക്കൾ രൂപകൽപ്പന ചെയ്യാനും സങ്കീർണ്ണമായ തന്മാത്രകളെയും വസ്തുക്കളെയും സിമുലേറ്റ് ചെയ്യുന്നു.
• സാമ്പത്തിക മോഡലിംഗ്: നിക്ഷേപങ്ങൾ ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യാനും റിസ്ക് കൈകാര്യം ചെയ്യാനും കൂടുതൽ കൃത്യവും കാര്യക്ഷമവുമായ സാമ്പത്തിക മോഡലുകൾ വികസിപ്പിക്കുന്നു.
• ക്രിപ്റ്റോഗ്രഫി: നിലവിലുള്ള എൻക്രിപ്ഷൻ അൽഗോരിതങ്ങൾ തകർക്കുകയും പുതിയ ക്വാണ്ടം-പ്രതിരോധശേഷിയുള്ള എൻക്രിപ്ഷൻ രീതികൾ വികസിപ്പിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.
• ആർട്ടിഫിഷ്യൽ ഇൻ്റലിജൻസ്: കൂടുതൽ ശക്തവും സങ്കീർണ്ണവുമായ എഐ മോഡലുകളെ പരിശീലിപ്പിക്കുന്നു.

ക്വാണ്ടം എറർ കറക്ഷനിലെ ആഗോള സഹകരണം

ക്വാണ്ടം എറർ കറക്ഷൻ്റെ മേഖല ഒരു ആഗോള ഉദ്യമമാണ്, വിവിധ പശ്ചാത്തലങ്ങളിൽ നിന്നും രാജ്യങ്ങളിൽ നിന്നുമുള്ള ഗവേഷകരും എഞ്ചിനീയർമാരും ഈ രംഗത്ത് പുരോഗതി കൈവരിക്കുന്നതിന് സഹകരിക്കുന്നു. അറിവ്, വിഭവങ്ങൾ, വൈദഗ്ദ്ധ്യം എന്നിവ പങ്കുവയ്ക്കുന്നതിനും പ്രായോഗിക ക്യുഇസി സാങ്കേതികവിദ്യകളുടെ വികസനം ത്വരിതപ്പെടുത്തുന്നതിനും അന്താരാഷ്ട്ര സഹകരണങ്ങൾ അത്യന്താപേക്ഷിതമാണ്. ആഗോള ശ്രമങ്ങളുടെ ഉദാഹരണങ്ങളിൽ ഇവ ഉൾപ്പെടുന്നു:

• സംയുക്ത ഗവേഷണ പദ്ധതികൾ: ഒന്നിലധികം രാജ്യങ്ങളിൽ നിന്നുള്ള ഗവേഷകരെ ഉൾക്കൊള്ളുന്ന സഹകരണ ഗവേഷണ പദ്ധതികൾ. ഈ പ്രോജക്റ്റുകൾ പലപ്പോഴും പുതിയ ക്യുഇസി കോഡുകൾ വികസിപ്പിക്കുന്നതിലും, വ്യത്യസ്ത ക്വാണ്ടം ഹാർഡ്‌വെയർ പ്ലാറ്റ്‌ഫോമുകളിൽ ക്യുഇസി നടപ്പിലാക്കുന്നതിലും, വിവിധ മേഖലകളിൽ ക്യുഇസിയുടെ പ്രയോഗങ്ങൾ പര്യവേക്ഷണം ചെയ്യുന്നതിലും ശ്രദ്ധ കേന്ദ്രീകരിക്കുന്നു.
• ഓപ്പൺ സോഴ്‌സ് സോഫ്റ്റ്‌വെയർ വികസനം: ക്വിസ്കിറ്റ്, പൈക്വിൽ പോലുള്ള ക്യുഇസിക്കായുള്ള ഓപ്പൺ സോഴ്‌സ് സോഫ്റ്റ്‌വെയർ ലൈബ്രറികളുടെയും ടൂളുകളുടെയും വികസനം ലോകമെമ്പാടുമുള്ള ഡെവലപ്പർമാരുടെ സംഭാവനകൾ ഉൾക്കൊള്ളുന്ന ഒരു ആഗോള ശ്രമമാണ്. ഇത് ഗവേഷകർക്കും എഞ്ചിനീയർമാർക്കും ഏറ്റവും പുതിയ ക്യുഇസി സാങ്കേതികവിദ്യകൾ എളുപ്പത്തിൽ ആക്‌സസ് ചെയ്യാനും ഉപയോഗിക്കാനും അനുവദിക്കുന്നു.
• അന്താരാഷ്ട്ര കോൺഫറൻസുകളും വർക്ക്‌ഷോപ്പുകളും: അന്താരാഷ്ട്ര കോൺഫറൻസുകളും വർക്ക്‌ഷോപ്പുകളും ഗവേഷകർക്ക് അവരുടെ ഏറ്റവും പുതിയ കണ്ടെത്തലുകൾ പങ്കുവയ്ക്കാനും ക്യുഇസി രംഗത്തെ വെല്ലുവിളികളും അവസരങ്ങളും ചർച്ച ചെയ്യാനും ഒരു വേദി നൽകുന്നു. ഈ പരിപാടികൾ സഹകരണം വളർത്തുകയും നൂതനത്വത്തിൻ്റെ വേഗത വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.
• സ്റ്റാൻഡേർഡൈസേഷൻ ശ്രമങ്ങൾ: അന്താരാഷ്ട്ര സ്റ്റാൻഡേർഡ് ഓർഗനൈസേഷനുകൾ ക്യുഇസിക്കുള്ള മാനദണ്ഡങ്ങൾ ഉൾപ്പെടെ ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടിംഗിനായി മാനദണ്ഡങ്ങൾ വികസിപ്പിക്കാൻ പ്രവർത്തിക്കുന്നു. ഇത് വ്യത്യസ്ത ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടിംഗ് സിസ്റ്റങ്ങൾക്കിടയിൽ പരസ്പര പ്രവർത്തനക്ഷമതയും അനുയോജ്യതയും ഉറപ്പാക്കാൻ സഹായിക്കും.

ഒരുമിച്ച് പ്രവർത്തിക്കുന്നതിലൂടെ, ലോകമെമ്പാടുമുള്ള ഗവേഷകർക്കും എഞ്ചിനീയർമാർക്കും ക്വാണ്ടം എറർ കറക്ഷൻ്റെ വികസനം ത്വരിതപ്പെടുത്താനും മനുഷ്യരാശിയുടെ പ്രയോജനത്തിനായി ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടിംഗിൻ്റെ മുഴുവൻ കഴിവുകളും അൺലോക്ക് ചെയ്യാനും കഴിയും. വടക്കേ അമേരിക്ക, യൂറോപ്പ്, ഏഷ്യ, ഓസ്‌ട്രേലിയ എന്നിവിടങ്ങളിലെ സ്ഥാപനങ്ങൾ തമ്മിലുള്ള സഹകരണം ഈ നവജാത മേഖലയിൽ നൂതനത്വം പ്രോത്സാഹിപ്പിക്കുന്നു.

ഉപസംഹാരം

ഫോൾട്ട്-ടോളറന്റ് ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടറുകൾ നിർമ്മിക്കുന്നതിനുള്ള ഒരു നിർണ്ണായക സാങ്കേതികവിദ്യയാണ് ക്വാണ്ടം എറർ കറക്ഷൻ. ശബ്ദത്തിൻ്റെയും ഡീകോഹെറൻസിൻ്റെയും ഫലങ്ങൾ ലഘൂകരിക്കുന്നതിന് നൂതന ക്യുഇസി കോഡുകളും സോഫ്റ്റ്‌വെയർ ടൂളുകളും സംയോജിപ്പിച്ച് ക്യുബിറ്റ് സ്റ്റെബിലൈസേഷൻ ടെക്നിക്കുകൾ അത്യന്താപേക്ഷിതമാണ്. ക്വിസ്കിറ്റ്, പൈക്വിൽ പോലുള്ള പൈത്തൺ ലൈബ്രറികൾ ക്യുഇസി സ്കീമുകൾ സിമുലേറ്റ് ചെയ്യുന്നതിനും നടപ്പിലാക്കുന്നതിനുമുള്ള ശക്തമായ ഉപകരണങ്ങൾ നൽകുന്നു. ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടിംഗ് സാങ്കേതികവിദ്യ പുരോഗമിക്കുമ്പോൾ, പ്രായോഗികവും വിശ്വസനീയവുമായ ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടറുകളുടെ വികസനം സാധ്യമാക്കുന്നതിൽ ക്യുഇസി കൂടുതൽ പ്രാധാന്യമർഹിക്കുന്ന പങ്ക് വഹിക്കും. ഈ രംഗത്തെ പുരോഗതി ത്വരിതപ്പെടുത്തുന്നതിനും ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടിംഗിൻ്റെ മുഴുവൻ കഴിവുകളും തിരിച്ചറിയുന്നതിനും ആഗോള സഹകരണവും ഓപ്പൺ സോഴ്‌സ് വികസനവും പ്രധാനമാണ്.