தமிழ்

குவாண்டம் பிழை திருத்தத்தின் (QEC) ஒரு விரிவான கண்ணோட்டம், அதன் முக்கியத்துவம், முக்கிய குறியீடுகள் மற்றும் துறையின் சமீபத்திய முன்னேற்றங்கள்.

குவாண்டம் பிழை திருத்தம்: குவாண்டம் கணினியின் எதிர்காலத்தைப் பாதுகாத்தல்

குவாண்டம் கணினி மருத்துவம், பொருள் அறிவியல் மற்றும் செயற்கை நுண்ணறிவு போன்ற துறைகளில் புரட்சியை ஏற்படுத்தும் என்று உறுதியளிக்கிறது. இருப்பினும், குவாண்டம் அமைப்புகள் இயல்பாகவே இரைச்சல் மற்றும் பிழைகளுக்கு ஆளாகின்றன. இந்த பிழைகள் சரிசெய்யப்படாவிட்டால், குவாண்டம் கணக்கீடுகளை விரைவாக பயனற்றதாக ஆக்கிவிடும். எனவே, நடைமுறை, பிழை சகிப்புத்தன்மை கொண்ட குவாண்டம் கணினிகளை உருவாக்குவதற்கு குவாண்டம் பிழை திருத்தம் (QEC) ஒரு முக்கியமான அங்கமாகும்.

குவாண்டம் ஒத்திசைவின்மையின் சவால்

பாரம்பரிய கணினிகள் தகவல்களை பிட்களைப் பயன்படுத்தி பிரதிநிதித்துவப்படுத்துகின்றன, அவை 0 அல்லது 1 ஆக இருக்கும். மறுபுறம், குவாண்டம் கணினிகள் குபிட்களைப் பயன்படுத்துகின்றன. ஒரு குபிட் ஒரே நேரத்தில் 0 மற்றும் 1 ஆகிய இரண்டின் சூப்பர்போசிஷனிலும் இருக்க முடியும், இது குவாண்டம் கணினிகளை சில கணக்கீடுகளை பாரம்பரிய கணினிகளை விட மிக வேகமாக செய்ய அனுமதிக்கிறது. இந்த சூப்பர்போசிஷன் நிலை பலவீனமானது மற்றும் சுற்றுச்சூழலுடனான தொடர்புகளால் எளிதில் தொந்தரவு செய்யப்படுகிறது, இந்த செயல்முறை ஒத்திசைவின்மை (decoherence) என்று அழைக்கப்படுகிறது. ஒத்திசைவின்மை குவாண்டம் கணக்கீட்டில் பிழைகளை அறிமுகப்படுத்துகிறது.

பாரம்பரிய பிட்களைப் போலன்றி, குபிட்கள் கட்ட-திருப்புப் பிழை (phase-flip error) எனப்படும் ஒரு தனித்துவமான பிழை வகைக்கும் ஆளாகின்றன. ஒரு பிட்-திருப்புப் பிழை 0-ஐ 1 ஆக (அல்லது நேர்மாறாக) மாற்றும் போது, ஒரு கட்ட-திருப்புப் பிழை குபிட்டின் சூப்பர்போசிஷன் நிலையை மாற்றுகிறது. பிழை சகிப்புத்தன்மை கொண்ட குவாண்டம் கணக்கீட்டை அடைய இரண்டு வகையான பிழைகளும் சரிசெய்யப்பட வேண்டும்.

குவாண்டம் பிழை திருத்தத்தின் அவசியம்

குவாண்டம் இயக்கவியலின் ஒரு அடிப்படைக் கொள்கையான நகல் எடுக்காத் தேற்றம் (no-cloning theorem), தன்னிச்சையான அறியப்படாத குவாண்டம் நிலையை முழுமையாக நகலெடுக்க முடியாது என்று கூறுகிறது. இது தரவுகளை நகலெடுத்து, பிழைகளைக் கண்டறிய பிரதிகளை ஒப்பிடும் பாரம்பரிய பிழை திருத்த உத்தியைத் தடுக்கிறது. மாறாக, QEC பல இயற்பியல் குபிட்களின் ஒரு பெரிய, சிக்கலான நிலையில் குவாண்டம் தகவலை குறியாக்கம் செய்வதை நம்பியுள்ளது.

குறியாக்கம் செய்யப்பட்ட குவாண்டம் தகவலை நேரடியாக அளவிடாமல் பிழைகளைக் கண்டறிந்து சரிசெய்வதன் மூலம் QEC செயல்படுகிறது. அளவிடுதல் சூப்பர்போசிஷன் நிலையை சிதைத்துவிடும், நாம் பாதுகாக்க முயற்சிக்கும் தகவலையே அழித்துவிடும். மாறாக, QEC துணை குபிட்களையும் (ancilla qubits) மற்றும் கவனமாக வடிவமைக்கப்பட்ட சுற்றுகளையும் பயன்படுத்தி, குறியாக்கம் செய்யப்பட்ட குவாண்டம் நிலையை வெளிப்படுத்தாமல், ஏற்பட்டுள்ள பிழைகளைப் பற்றிய தகவல்களைப் பிரித்தெடுக்கிறது.

குவாண்டம் பிழை திருத்தத்தில் முக்கிய கருத்துக்கள்

முக்கிய குவாண்டம் பிழை திருத்தக் குறியீடுகள்

பல வேறுபட்ட QEC குறியீடுகள் உருவாக்கப்பட்டுள்ளன, ஒவ்வொன்றும் அதன் சொந்த பலம் மற்றும் பலவீனங்களைக் கொண்டுள்ளன. இங்கே சில மிகவும் முக்கியமானவை:

ஷோர் குறியீடு

பீட்டர் ஷோரால் உருவாக்கப்பட்ட ஷோர் குறியீடு, முதல் QEC குறியீடுகளில் ஒன்றாகும். இது ஒரு தருக்க குபிட்டை ஒன்பது இயற்பியல் குபிட்களாக குறியாக்கம் செய்கிறது. ஷோர் குறியீடு தன்னிச்சையான ஒற்றை-குபிட் பிழைகளை (பிட்-திருப்பு மற்றும் கட்ட-திருப்பு பிழைகள் இரண்டையும்) சரிசெய்யும்.

ஷோர் குறியீடு முதலில் தருக்க குபிட்டை மூன்று இயற்பியல் குபிட்களாக குறியாக்கம் செய்து பிட்-திருப்புப் பிழைகளிலிருந்து பாதுகாக்கிறது, பின்னர் அந்த மூன்று குபிட்களில் ஒவ்வொன்றையும் மேலும் மூன்று குபிட்களாக குறியாக்கம் செய்து கட்ட-திருப்புப் பிழைகளிலிருந்து பாதுகாக்கிறது. வரலாற்று முக்கியத்துவம் வாய்ந்ததாக இருந்தாலும், ஷோர் குறியீடு குபிட் மேல்செலவு அடிப்படையில் ஒப்பீட்டளவில் திறனற்றது.

ஸ்டீன் குறியீடு

ஏழு-குபிட் ஸ்டீன் குறியீடு என்றும் அழைக்கப்படும் ஸ்டீன் குறியீடு, ஒரு தருக்க குபிட்டை ஏழு இயற்பியல் குபிட்களாக குறியாக்கம் செய்கிறது. இது எந்தவொரு ஒற்றை-குபிட் பிழையையும் சரிசெய்யும். ஸ்டீன் குறியீடு CSS (Calderbank-Shor-Steane) குறியீட்டிற்கு ஒரு எடுத்துக்காட்டு, இது ஒரு எளிய கட்டமைப்பைக் கொண்ட QEC குறியீடுகளின் ஒரு வகுப்பாகும், இது அவற்றை செயல்படுத்துவதை எளிதாக்குகிறது.

மேற்பரப்பு குறியீடு

மேற்பரப்பு குறியீடு ஒரு இடவியல் குவாண்டம் பிழை திருத்தக் குறியீடாகும், அதாவது அதன் பிழை-திருத்தும் பண்புகள் அமைப்பின் இடவியலை அடிப்படையாகக் கொண்டவை. இது நடைமுறை குவாண்டம் கணினிகளுக்கான மிகவும் நம்பிக்கைக்குரிய QEC குறியீடுகளில் ஒன்றாகக் கருதப்படுகிறது, ஏனெனில் அதன் ஒப்பீட்டளவில் அதிக பிழை சகிப்புத்தன்மை மற்றும் அதன் இணக்கத்தன்மை அருகிலுள்ள அண்டை குபிட் கட்டமைப்புகளுடன். இது மிகவும் முக்கியமானது, ஏனெனில் பல தற்போதைய குவாண்டம் கணினி கட்டமைப்புகள் குபிட்கள் அவற்றின் உடனடி அண்டை நாடுகளுடன் நேரடியாக தொடர்பு கொள்ள மட்டுமே அனுமதிக்கின்றன.

மேற்பரப்பு குறியீட்டில், குபிட்கள் ஒரு இரு பரிமாண லேட்டிஸில் அமைக்கப்பட்டிருக்கும், மேலும் லேட்டிஸில் உள்ள பிளாக்கெட்டுகளுடன் (சிறிய சதுரங்கள்) தொடர்புடைய நிலைப்படுத்தி ஆபரேட்டர்களை அளவிடுவதன் மூலம் பிழைகள் கண்டறியப்படுகின்றன. மேற்பரப்பு குறியீடு ஒப்பீட்டளவில் அதிக பிழை விகிதங்களை பொறுத்துக்கொள்ளும், ஆனால் ஒவ்வொரு தருக்க குபிட்டையும் குறியாக்க அதிக எண்ணிக்கையிலான இயற்பியல் குபிட்கள் தேவைப்படுகின்றன. எடுத்துக்காட்டாக, ஒரு தூரம்-3 மேற்பரப்பு குறியீட்டிற்கு ஒரு தருக்க குபிட்டை குறியாக்க 17 இயற்பியல் குபிட்கள் தேவைப்படுகின்றன, மேலும் குறியீட்டின் தூரத்துடன் குபிட் மேல்செலவு வேகமாக அதிகரிக்கிறது.

மேற்பரப்பு குறியீட்டின் வெவ்வேறு மாறுபாடுகள் உள்ளன, இதில் பிளானர் குறியீடு மற்றும் சுழற்றப்பட்ட மேற்பரப்பு குறியீடு ஆகியவை அடங்கும். இந்த மாறுபாடுகள் பிழை திருத்த செயல்திறன் மற்றும் செயல்படுத்தல் சிக்கலான தன்மைக்கு இடையே வெவ்வேறு சமரசங்களை வழங்குகின்றன.

மேற்பரப்பு குறியீடுகளுக்கு அப்பாற்பட்ட இடவியல் குறியீடுகள்

மேற்பரப்பு குறியீடு மிகவும் பரவலாக ஆய்வு செய்யப்பட்ட இடவியல் குறியீடாக இருந்தாலும், வண்ணக் குறியீடுகள் மற்றும் ஹைப்பர்கிராஃப் தயாரிப்பு குறியீடுகள் போன்ற பிற இடவியல் குறியீடுகளும் உள்ளன. இந்தக் குறியீடுகள் பிழை திருத்த செயல்திறன், குபிட் இணைப்புத் தேவைகள் மற்றும் செயல்படுத்தல் சிக்கலான தன்மைக்கு இடையே வெவ்வேறு சமரசங்களை வழங்குகின்றன. பிழை சகிப்புத்தன்மை கொண்ட குவாண்டம் கணினிகளை உருவாக்குவதற்கான இந்த மாற்று இடவியல் குறியீடுகளின் திறனை ஆராய ஆராய்ச்சி தொடர்ந்து நடைபெறுகிறது.

குவாண்டம் பிழை திருத்தத்தை செயல்படுத்துவதில் உள்ள சவால்கள்

QEC ஆராய்ச்சியில் குறிப்பிடத்தக்க முன்னேற்றம் இருந்தபோதிலும், பிழை சகிப்புத்தன்மை கொண்ட குவாண்டம் கணினி ஒரு யதார்த்தமாக மாறுவதற்கு முன்பு பல சவால்கள் உள்ளன:

குவாண்டம் பிழை திருத்தத்தில் சமீபத்திய முன்னேற்றங்கள்

ஆராய்ச்சியாளர்கள் இந்த சவால்களை சமாளிக்கவும் QEC-யின் செயல்திறனை மேம்படுத்தவும் தீவிரமாக பணியாற்றி வருகின்றனர். சில சமீபத்திய முன்னேற்றங்கள் பின்வருமாறு:

எடுத்துக்காட்டாக, 2022-ல், கூகிள் AI குவாண்டம் ஆராய்ச்சியாளர்கள் 49-குபிட் சூப்பர் கண்டக்டிங் செயலி மீது ஒரு மேற்பரப்பு குறியீட்டைப் பயன்படுத்தி பிழைகளை அடக்குவதை நிரூபித்தனர். இந்த சோதனை QEC-யின் வளர்ச்சியில் ஒரு குறிப்பிடத்தக்க மைல்கல்லைக் குறித்தது.

சிக்கிய அயனி அமைப்புகளுடன் செய்யப்படும் மற்றொரு எடுத்துக்காட்டு. ஆராய்ச்சியாளர்கள் உயர் துல்லிய வாயில்கள் மற்றும் நீண்ட ஒத்திசைவு நேரங்களுடன் QEC-ஐ செயல்படுத்தும் நுட்பங்களை ஆராய்ந்து வருகின்றனர், இந்த குபிட் தொழில்நுட்பத்தின் நன்மைகளைப் பயன்படுத்துகின்றனர்.

உலகளாவிய ஆராய்ச்சி மற்றும் மேம்பாட்டு முயற்சிகள்

குவாண்டம் பிழை திருத்தம் ஒரு உலகளாவிய முயற்சியாகும், உலகின் பல நாடுகளில் ஆராய்ச்சி மற்றும் மேம்பாட்டு முயற்சிகள் நடந்து வருகின்றன. அரசாங்க முகமைகள், கல்வி நிறுவனங்கள் மற்றும் தனியார் நிறுவனங்கள் அனைத்தும் QEC ஆராய்ச்சியில் அதிக அளவில் முதலீடு செய்கின்றன.

அமெரிக்காவில், தேசிய குவாண்டம் முன்முயற்சி பரந்த அளவிலான QEC ஆராய்ச்சி திட்டங்களை ஆதரிக்கிறது. ஐரோப்பாவில், குவாண்டம் ஃபிளாக்ஷிப் திட்டம் பல பெரிய அளவிலான QEC திட்டங்களுக்கு நிதியளிக்கிறது. கனடா, ஆஸ்திரேலியா, ஜப்பான், சீனா மற்றும் பிற நாடுகளிலும் இதே போன்ற முயற்சிகள் உள்ளன.

சர்வதேச ஒத்துழைப்புகளும் QEC ஆராய்ச்சியை முன்னெடுப்பதில் முக்கிய பங்கு வகிக்கின்றன. வெவ்வேறு நாடுகளைச் சேர்ந்த ஆராய்ச்சியாளர்கள் புதிய QEC குறியீடுகளை உருவாக்கவும், கட்டுப்பாட்டு அமைப்புகளை மேம்படுத்தவும், உண்மையான குவாண்டம் வன்பொருளில் QEC-ஐ நிரூபிக்கவும் இணைந்து பணியாற்றி வருகின்றனர்.

குவாண்டம் பிழை திருத்தத்தின் எதிர்காலம்

குவாண்டம் கணினியின் முழு திறனையும் உணர குவாண்டம் பிழை திருத்தம் அவசியம். குறிப்பிடத்தக்க சவால்கள் இருந்தாலும், சமீபத்திய ஆண்டுகளில் ஏற்பட்டுள்ள முன்னேற்றம் குறிப்பிடத்தக்கது. குபிட் தொழில்நுட்பங்கள் தொடர்ந்து மேம்பட்டு, புதிய QEC குறியீடுகள் உருவாக்கப்படுவதால், பிழை சகிப்புத்தன்மை கொண்ட குவாண்டம் கணினிகள் பெருகிய முறையில் சாத்தியமாகும்.

மருத்துவம், பொருள் அறிவியல் மற்றும் செயற்கை நுண்ணறிவு உள்ளிட்ட பல்வேறு துறைகளில் பிழை சகிப்புத்தன்மை கொண்ட குவாண்டம் கணினிகளின் தாக்கம் மாற்றத்தை உருவாக்கும். QEC எனவே தொழில்நுட்பம் மற்றும் கண்டுபிடிப்புகளின் எதிர்காலத்தில் ஒரு முக்கியமான முதலீடாகும். சக்திவாய்ந்த கணினி தொழில்நுட்பங்களைச் சுற்றியுள்ள நெறிமுறை பரிசீலனைகளை நினைவில் கொள்வதும், அவை உலக அளவில் பொறுப்புடன் உருவாக்கப்பட்டு பயன்படுத்தப்படுவதை உறுதி செய்வதும் முக்கியம்.

நடைமுறை எடுத்துக்காட்டுகள் மற்றும் பயன்பாடுகள்

QEC-யின் முக்கியத்துவத்தையும் பொருந்தக்கூடிய தன்மையையும் விளக்க, சில நடைமுறை எடுத்துக்காட்டுகளைக் கருத்தில் கொள்வோம்:

  1. மருந்து கண்டுபிடிப்பு: சாத்தியமான மருந்து வேட்பாளர்களை அடையாளம் காண மூலக்கூறுகளின் நடத்தையை உருவகப்படுத்துதல். QEC-ஆல் பாதுகாக்கப்பட்ட குவாண்டம் கணினிகள் மருந்து கண்டுபிடிப்புடன் தொடர்புடைய நேரத்தையும் செலவையும் கணிசமாகக் குறைக்கும்.
  2. பொருள் அறிவியல்: சூப்பர் கண்டக்டிவிட்டி அல்லது அதிக வலிமை போன்ற குறிப்பிட்ட பண்புகளுடன் புதிய பொருட்களை வடிவமைத்தல். QEC சிக்கலான பொருட்களின் துல்லியமான உருவகப்படுத்துதலை செயல்படுத்துகிறது, இது பொருள் அறிவியலில் முன்னேற்றங்களுக்கு வழிவகுக்கிறது.
  3. நிதி மாதிரியாக்கம்: மிகவும் துல்லியமான மற்றும் திறமையான நிதி மாதிரிகளை உருவாக்குதல். QEC-மேம்படுத்தப்பட்ட குவாண்டம் கணினிகள் சிறந்த இடர் மேலாண்மை கருவிகளை வழங்குவதன் மூலமும் வர்த்தக உத்திகளை மேம்படுத்துவதன் மூலமும் நிதித்துறையில் புரட்சியை ஏற்படுத்தக்கூடும்.
  4. குறியாக்கவியல்: தற்போதுள்ள குறியாக்க வழிமுறைகளை உடைத்து, புதிய, குவாண்டம்-எதிர்ப்பு வழிமுறைகளை உருவாக்குதல். குவாண்டம் கணினி யுகத்தில் தரவுகளின் பாதுகாப்பை உறுதி செய்வதில் QEC ஒரு முக்கிய பங்கு வகிக்கிறது.

செயல்படுத்தக்கூடிய நுண்ணறிவுகள்

குவாண்டம் பிழை திருத்தத்தில் ஆர்வமுள்ள தனிநபர்கள் மற்றும் நிறுவனங்களுக்கான சில செயல்படுத்தக்கூடிய நுண்ணறிவுகள் இங்கே:

முடிவுரை

குவாண்டம் பிழை திருத்தம் பிழை சகிப்புத்தன்மை கொண்ட குவாண்டம் கணினியின் ஒரு மூலக்கல்லாகும். குறிப்பிடத்தக்க சவால்கள் இருந்தாலும், சமீபத்திய ஆண்டுகளில் ஏற்பட்டுள்ள விரைவான முன்னேற்றம், நடைமுறை, பிழை சகிப்புத்தன்மை கொண்ட குவாண்டம் கணினிகள் கைக்கு எட்டும் தூரத்தில் இருப்பதைக் குறிக்கிறது. இந்தத் துறை தொடர்ந்து முன்னேறும்போது, குவாண்டம் கணினியின் மாற்றத்தக்க திறனைத் திறப்பதில் QEC பெருகிய முறையில் முக்கிய பங்கு வகிக்கும்.

நடைமுறை குவாண்டம் கணினியை நோக்கிய பயணம் ஒரு மராத்தான், ஒரு ஸ்பிரிண்ட் அல்ல. அந்த பயணத்தில் குவாண்டம் பிழை திருத்தம் மிக முக்கியமான படிகளில் ஒன்றாகும்.