একটি কোয়ান্টাম ক্লোবারিংয়ের পরে, একটি পদ্ধতি অক্ষত অবস্থায় বেঁচে যায়

কোয়ান্টাম কম্পিউটারগুলি অনেক হাইপ পায়, কিন্তু সত্য হল আমরা এখনও নিশ্চিত নই যে তারা কীসের জন্য ভাল হবে। এই ডিভাইসগুলি সাবঅ্যাটমিক জগতের অদ্ভুত পদার্থবিদ্যাকে কাজে লাগায় এবং গণনা করার ক্ষমতা রাখে যা নিয়মিত, ক্লাসিক্যাল কম্পিউটারগুলি সহজভাবে করতে পারে না। কিন্তু একটি স্পষ্ট "কোয়ান্টাম সুবিধা" সহ যে কোনও অ্যালগরিদমের উদাহরণ খুঁজে পাওয়া কঠিন প্রমাণিত হয়েছে যা ক্লাসিক্যাল মেশিনের নাগালের বাইরে কর্মক্ষমতা সক্ষম করে।

2010-এর দশকের বেশিরভাগ সময়, অনেক কম্পিউটার বিজ্ঞানী অনুভব করেছিলেন যে একটি নির্দিষ্ট গ্রুপের অ্যাপ্লিকেশন এই সুবিধাটি খুঁজে পেতে একটি দুর্দান্ত শট ছিল। নির্দিষ্ট ডেটা-বিশ্লেষণ গণনাগুলি দ্রুততর হবে যখন সেগুলি একটি কোয়ান্টাম কম্পিউটার দ্বারা সঙ্কুচিত হবে।

এরপর এলেন এউইন ট্যাং। 18 সালে 2018 বছর বয়সী সাম্প্রতিক কলেজ গ্র্যাড হিসাবে, তিনি এই সমস্যাগুলি সমাধান করার জন্য ক্লাসিক্যাল কম্পিউটারের জন্য একটি নতুন উপায় খুঁজে পেয়েছেন, নিচে smacking কোয়ান্টাম অ্যালগরিদম যে সুবিধার প্রতিশ্রুতি দিয়েছিল। অনেকের জন্য যারা কোয়ান্টাম কম্পিউটারে কাজ করে, টংকারএর কাজ একটি গণনা ছিল. "একের পর এক, এই অতি উত্তেজনাপূর্ণ ব্যবহারের কেসগুলি বন্ধ হয়ে গেছে," বলেছেন ক্রিস ক্যাড, ডাচ কোয়ান্টাম কম্পিউটিং গবেষণা কেন্দ্র QuSoft-এর একজন তাত্ত্বিক কম্পিউটার বিজ্ঞানী।

কিন্তু একটি অ্যালগরিদম অক্ষত অবস্থায় বেঁচে গিয়েছিল: ডেটার "আকৃতি" অধ্যয়নের জন্য একটি কুলুঙ্গি গাণিতিক পদ্ধতির একটি কোয়ান্টাম টুইস্ট, যাকে টপোলজিকাল ডেটা বিশ্লেষণ (TDA) বলা হয়। সেপ্টেম্বরে কাগজপত্রের ঝাঁকুনির পরে, গবেষকরা এখন বিশ্বাস করেন যে এই টিডিএ গণনাগুলি ক্লাসিক্যাল কম্পিউটারের বোঝার বাইরে, সম্ভবত কোয়ান্টাম পদার্থবিজ্ঞানের সাথে একটি গোপন সংযোগের কারণে। কিন্তু এই কোয়ান্টাম সুবিধা শুধুমাত্র অত্যন্ত নির্দিষ্ট পরিস্থিতিতে ঘটতে পারে, এর ব্যবহারিকতাকে প্রশ্নবিদ্ধ করে।

সেথ লয়েড, ম্যাসাচুসেটস ইনস্টিটিউট অফ টেকনোলজির একজন কোয়ান্টাম মেকানিক্যাল ইঞ্জিনিয়ার যিনি কোয়ান্টাম টিডিএ অ্যালগরিদম সহ-তৈরি করেছিলেন, এর উত্সটি স্পষ্টভাবে মনে রেখেছেন। তিনি এবং সহকর্মী পদার্থবিদ ড পাওলো জানার্ডি 2015 সালে পাইরেনিস পর্বতমালার একটি আদর্শ শহরে একটি কোয়ান্টাম পদার্থবিদ্যার কর্মশালায় অংশ নিচ্ছিলেন। সম্মেলনের কয়েক দিন, তারা হোটেলের প্যাটিওতে আড্ডা দেওয়ার জন্য আলোচনা এড়িয়ে যাচ্ছিল কারণ তারা একটি "পাগল বিমূর্ত" গাণিতিক কৌশলের চারপাশে মাথা গুঁজে দেওয়ার চেষ্টা করেছিল তারা তথ্য বিশ্লেষণের জন্য শুনেছিল।

Zanardi গণিতের অন্তর্নিহিত TDA এর প্রেমে পড়েছিলেন, যার মূলে ছিল টপোলজি, গণিতের একটি শাখা বৈশিষ্ট্যগুলির সাথে সম্পর্কিত যা আকারগুলি স্কোয়াশ, প্রসারিত বা পাকানোর সময় থেকে যায়। "এটি গণিতের সেই শাখাগুলির মধ্যে একটি যা কেবল সমস্ত কিছুকে ছড়িয়ে দেয়," বলেছেন ভেদ্রান দুঞ্জকো, লিডেন বিশ্ববিদ্যালয়ের কোয়ান্টাম কম্পিউটিং গবেষক। "এটি সর্বত্র।" ক্ষেত্রের কেন্দ্রীয় প্রশ্নগুলির মধ্যে একটি হল একটি বস্তুর গর্তের সংখ্যা, যাকে বেটি সংখ্যা বলা হয়।

টপোলজি আমাদের পরিচিত তিন মাত্রার বাইরেও প্রসারিত হতে পারে, যা গবেষকদের চার-, 10- এমনকি 100-মাত্রিক বস্তুতে বেটি সংখ্যা গণনা করতে দেয়। এটি টপোলজিকে বড় ডেটা সেটের আকার বিশ্লেষণ করার জন্য একটি আকর্ষণীয় টুল করে তোলে, যাতে শত শত মাত্রার পারস্পরিক সম্পর্ক এবং সংযোগ অন্তর্ভুক্ত থাকতে পারে।

বর্তমানে, ক্লাসিক্যাল কম্পিউটারগুলি কেবলমাত্র চারটি মাত্রা পর্যন্ত বেটি সংখ্যা গণনা করতে পারে। সেই পাইরেনিয়ান হোটেল প্যাটিওতে, লয়েড এবং জানারডি সেই বাধা ভাঙার চেষ্টা করেছিলেন। প্রায় এক সপ্তাহের আলোচনা এবং স্ক্রাব করা সমীকরণের পরে, তাদের কাছে একটি কোয়ান্টাম অ্যালগরিদমের খালি হাড় ছিল যা খুব উচ্চ মাত্রার ডেটা সেটগুলিতে বেটি সংখ্যাগুলি অনুমান করতে পারে। তারা প্রকাশিত এটি 2016 সালে, এবং গবেষকরা ডেটা বিশ্লেষণের জন্য কোয়ান্টাম অ্যাপ্লিকেশনগুলির গ্রুপে এটিকে স্বাগত জানিয়েছিলেন যে তারা বিশ্বাস করেছিলেন যে একটি অর্থপূর্ণ কোয়ান্টাম সুবিধা রয়েছে।

দুই বছরের মধ্যে, TDA ছিল একমাত্র যা Tang এর কাজের দ্বারা প্রভাবিত হয়নি। যদিও ট্যাং স্বীকার করেছেন যে টিডিএ "অন্যদের থেকে সত্যিকার অর্থে আলাদা", তিনি এবং অন্যান্য গবেষকরা বিস্ময় প্রকাশ করতে গিয়েছিলেন যে এটির পালানো কতটা ফ্লুক হতে পারে।

Dunjko এবং তার সহকর্মীরা TDA এর জন্য একটি ক্লাসিক্যাল অ্যালগরিদম খুঁজে বের করার জন্য আরেকটি শট নেওয়ার সিদ্ধান্ত নিয়েছিল যা এর কোয়ান্টাম সুবিধাকে ছিটকে দিতে পারে। এটি করার জন্য, তারা এই নির্দিষ্ট অ্যাপ্লিকেশনটিতে ট্যাং-এর পদ্ধতিগুলি প্রয়োগ করার চেষ্টা করেছিল, কী হবে তা না জেনে। “আমরা সত্যিই নিশ্চিত ছিলাম না। বিশ্বাস করার কারণ ছিল যে এটি হয়তো 'টাঙ্গাইজেশন' থেকে টিকে আছে,” তিনি স্মরণ করেন।

টিকে থাকলো। ফলাফলগুলি প্রথম প্রিপ্রিন্ট হিসাবে 2020 সালে পোস্ট করা হয়েছিল এবং এই অক্টোবরে প্রকাশিত হয়েছিল পরিমাণ, দুঞ্জকোর দল দেখিয়েছেন যে TDA এর বেঁচে থাকা কোন ফ্লুক ছিল না। কোয়ান্টাম অ্যালগরিদমের সাথে তাল মিলিয়ে চলতে পারে এমন একটি ধ্রুপদী অ্যালগরিদম খুঁজে পেতে, "আপনাকে শেঠ লয়েডের অ্যালগরিদমে ইউইন ট্যাং এর [প্রক্রিয়া] অন্ধভাবে প্রয়োগ করার চেয়ে আলাদা কিছু করতে হবে," কাগজটির সহ-লেখকদের একজন কেড বলেছেন।

আমরা নিশ্চিতভাবে জানি না যে ক্লাসিক্যাল অ্যালগরিদমগুলি TDA-এর সাথে ধরা দিতে পারে না, তবে আমরা শীঘ্রই সেখানে পৌঁছতে পারি। "এটি প্রমাণ করার জন্য আমাদের চারটি ধাপের মধ্যে ... হতে পারে আমরা তিনটি করেছি," বলেছেন মার্কোস ক্রিচিগনো, স্টার্টআপ QC ওয়্যারের একজন তাত্ত্বিক পদার্থবিদ। এখন পর্যন্ত সবচেয়ে ভালো প্রমাণ পাওয়া যায় একটি কাগজ থেকে যা তিনি গত বছর Cade-এর সাথে পোস্ট করেছিলেন যেটি একই রকম টপোলজিক্যাল গণনা দেখায় দক্ষতার সাথে সমাধান করা যাবে না ক্লাসিক্যাল কম্পিউটার দ্বারা। Crichigno বর্তমানে বিশেষভাবে TDA-এর জন্য একই ফলাফল প্রমাণ করার জন্য কাজ করছে।

Crichigno সন্দেহ করে TDA এর স্থিতিস্থাপকতা একটি অন্তর্নিহিত - এবং সম্পূর্ণ অপ্রত্যাশিত - কোয়ান্টাম মেকানিক্সের সাথে সংযোগের দিকে নির্দেশ করে। এই লিঙ্কটি সুপারসিমেট্রি থেকে এসেছে, কণা পদার্থবিদ্যার একটি তত্ত্ব যা পদার্থ তৈরি করে এবং যেগুলি বল বহন করে তাদের মধ্যে একটি গভীর প্রতিসাম্য প্রস্তাব করে। দেখা যাচ্ছে, পদার্থবিদ এড উইটেন যেমন 1980-এর দশকে ব্যাখ্যা করেছিলেন, টপোলজির গাণিতিক সরঞ্জামগুলি সহজেই এই সুপারসিমেট্রিক সিস্টেমগুলিকে বর্ণনা করতে পারে। Witten এর কাজ দ্বারা অনুপ্রাণিত, Crichigno হয়েছে এই সংযোগ উল্টানো টপোলজি অধ্যয়ন করতে সুপারসিমেট্রি ব্যবহার করে।

"এটা বাদাম. এটি একটি সত্যিই, সত্যিই, সত্যিই অদ্ভুত সংযোগ,” ডুঞ্জকো বলেছেন, যিনি ক্রচিগনোর কাজের সাথে জড়িত ছিলেন না। “আমি হংস ধাক্কা পেতে. আক্ষরিক অর্থেই।"

এই লুকানো কোয়ান্টাম সংযোগটি টিডিএকে বাকিদের থেকে আলাদা করতে পারে, কেড বলেছেন, যিনি এই বিষয়ে ক্রিচিগনোর সাথে কাজ করেছেন। "এটি আসলেই, সারমর্মে, একটি কোয়ান্টাম যান্ত্রিক সমস্যা, যদিও এটি এটির মতো দেখাচ্ছে না," তিনি বলেছিলেন।

কিন্তু যদিও TDA আপাতত কোয়ান্টাম সুবিধার উদাহরণ হিসেবে রয়ে গেছে, সাম্প্রতিক গবেষণা থেকে মর্দানী স্ত্রীলোক ওয়েব সার্ভিস, গুগল এবং লয়েডের ল্যাব এমআইটি-তে সম্ভাব্য পরিস্থিতিগুলিকে যথেষ্ট সংকুচিত করেছে যেখানে সুবিধাটি সবচেয়ে সুস্পষ্ট। অ্যালগরিদম ধ্রুপদী কৌশলগুলির চেয়ে দ্রুত গতিতে চালানোর জন্য - একটি কোয়ান্টাম সুবিধার জন্য সাধারণ বার - ট্রিলিয়ন ক্রম অনুসারে উচ্চ-মাত্রিক গর্তের সংখ্যা কল্পনাতীতভাবে বড় হওয়া দরকার। অন্যথায়, অ্যালগরিদমের আনুমানিক কৌশলটি কেবল দক্ষ নয়, ধ্রুপদী কম্পিউটারের তুলনায় কোনো অর্থপূর্ণ উন্নতি মুছে ফেলবে।

এটি বাস্তব-বিশ্বের ডেটাতে "খুঁজে নেওয়ার জন্য শর্তগুলির একটি কঠিন সেট", কেড বলেছেন, যিনি তিনটি কাগজের কোনওটিতে জড়িত ছিলেন না। এই শর্তগুলি আদৌ বিদ্যমান কিনা তা নিশ্চিতভাবে জানা কঠিন, তাই আপাতত, আমাদের কেবল আমাদের অন্তর্দৃষ্টি আছে, বলেছেন রায়ান বাববুশ, Google-এর অধ্যয়নের সিনিয়র লেখকদের একজন, এবং তিনি বা Cade কেউই আশা করেন না যে এই শর্তগুলি সাধারণ হবে৷

ট্যাং, এখন ওয়াশিংটন বিশ্ববিদ্যালয়ের একজন ডক্টরাল ছাত্র, এই সীমাবদ্ধতার কারণে ক্ষেত্রটি যে বাস্তবিক কোয়ান্টাম অ্যাপ্লিকেশনটি খুঁজছে তা TDA মনে করেন না। অ্যালগরিদম-হান্টিং থেকে দূরে সরে যাওয়ার জন্য "আমি মনে করি সামগ্রিকভাবে ক্ষেত্রটিকে নতুন আকার দেওয়া হয়েছে", তিনি বলেছিলেন। তিনি আশা করেন যে কোয়ান্টাম কম্পিউটারগুলি ক্লাসিক্যাল ডেটা বিশ্লেষণের জন্য নয়, কোয়ান্টাম সিস্টেমগুলি সম্পর্কে শেখার জন্য সবচেয়ে কার্যকর হবে।

কিন্তু সাম্প্রতিক কাজের পিছনে গবেষকরা টিডিএকে একটি শেষ পরিণতি হিসাবে দেখেন না। সাম্প্রতিক প্রিপ্রিন্টগুলি উপরে যাওয়ার পরে সমস্ত গবেষণা দলের মধ্যে একটি জুম মিটিং চলাকালীন, "আমাদের প্রত্যেকেরই পরবর্তীতে কী করা উচিত সে সম্পর্কে একটি ধারণা ছিল," ডুনজকো বলেছেন, যিনি গুগলের দলের সাথে কাজ করেছিলেন। ক্রিচিগনো, উদাহরণস্বরূপ, আশা করে যে টপোলজি এবং কোয়ান্টাম মেকানিক্সের মধ্যে এই সংযোগটি জিজ্ঞাসাবাদ করলে আরও অপ্রত্যাশিতভাবে কোয়ান্টাম সমস্যা পাওয়া যাবে যা কোয়ান্টাম গণনার জন্য বিশেষভাবে উপযুক্ত হতে পারে।

একটি সৃজনশীল নতুন ধ্রুপদী পদ্ধতির হুমকি সবসময় থাকে যা ট্যাং এবং ডুনজকো করতে পারেনি, এবং অবশেষে টিডিএ নামিয়ে আনবে। "আমি বাজি ধরব না আমার বাড়ি, না আমার গাড়ি, না আমার বিড়াল," যে এটি ঘটবে না, ডুনজকো বলেছিলেন। “কিন্তু গল্পটা মরেনি। আমি মনে করি এটিই প্রধান কারণ যে আমি মোটেও চিন্তিত নই।"