কোয়ান্টাম অ্যালগরিদম সাধারণত কিউবিটের উপর মৌলিক ক্রিয়াকলাপের একটি ক্রমে বিভক্ত হয়। এমনকি একটি সাধারণ-দেখানো গেট, যদি এটি হাজার বার কল করা হয়, পুরো সার্কিটের জন্য একটি বাধা হয়ে উঠতে পারে। ডাবল কিউবিট এক্সাইটেশন অপারেটর ঠিক এমনই একটি: এটি কোয়ান্টাম কেমিস্ট্রি গণনা এবং অন্যান্য ফলিত কাজে প্রয়োজনীয়। arXiv-এ ইরফানশা শেখের সাম্প্রতিক প্রিপ্রিন্ট এই অপারেটরের একটি নতুন ডিকম্পোজিশন উপস্থাপন করেছে, যা CNOT দ্বি-কিউবিট গেটের সংখ্যা ১২-এ কমিয়ে আনে — যা অন্য যেকোনো পরিচিত স্কিমের চেয়ে কম।
একটি CNOT কম
এর আগে, এই ধরনের অপারেটরের জন্য CNOT-এর ন্যূনতম সংখ্যা ছিল ১৩। নতুন স্কিমটি এই রেকর্ড ভেঙে দেয়, মাত্র ১২টি দ্বি-কিউবিট গেট দিয়ে কাজ চালায়। তবে কম গুরুত্বপূর্ণ নয় যে স্কিমটি গভীরতার দিক থেকে লক্ষণীয়ভাবে "চ্যাপ্টা" হয়ে গেছে। যদি শুধুমাত্র CNOT-গেটের ধারাবাহিক স্তর গণনা করা হয়, নতুন বাস্তবায়নটি ৮টি এমন স্তরে ফিট করে — যা আগের অপ্টিমাইজড সংস্করণগুলির ১১টি স্তরের তুলনায় প্রায় ২৭% কম। একক-কিউবিট অপারেশন সহ সার্কিটের সম্পূর্ণ গভীরতা ১৫, যা পূর্ববর্তী সেরা স্কিমগুলির (SOTA) অনুরূপ সূচকের তুলনায় প্রায় এক-চতুর্থাংশ কম।
লেখক আরও দেখান যে, যদি সার্কিটের ফিজিক্যাল রাউটিংয়ের সময় আউটপুট কিউবিট পুনরায় বরাদ্দ করার অনুমতি দেওয়া হয়, এর যুক্তি পরিবর্তন না করেই, তাহলে CNOT-এর গভীরতা আরও কমানো যেতে পারে — ৭ পর্যন্ত। এটি মূল ১১টি স্তরের তুলনায় প্রায় ৩৬% হ্রাসের সাথে মিলে যায়। কোয়ান্টাম কম্পিউটিংয়ের জন্য গভীরতা মৌলিক: প্রতিটি ধারাবাহিক অপারেশন সময় নেয়, সেই সময়ে কিউবিটগুলিকে কোহেরেন্ট থাকতে হয়, তাই এই ধরনের যেকোনো লাভ সরাসরি সফলভাবে গণনা সম্পন্ন করার সম্ভাবনা বাড়ায়।
অপ্টিমাইজেশনের ছোট মূল্য
কোয়ান্টাম সার্কিটে বিনামূল্যে উন্নতি প্রায় কখনোই হয় না। একটি CNOT বাদ দিতে এবং গভীরতা কমাতে, ডেভেলপারকে দুটি একক-কিউবিট গেট যোগ করতে হয়েছিল: পুরানো সেরা স্কিমগুলির ১১টির পরিবর্তে এখন ১৩টি হয়েছে। তবে এটি একটি সামান্য মূল্য। একক-কিউবিট অপারেশনগুলি সহজ, দ্রুত এবং কম ত্রুটি সহ সম্পাদিত হয়, এবং সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ — এগুলি ব্যয়বহুল এবং অবিশ্বস্ত দ্বি-কিউবিট মিথস্ক্রিয়ার সংখ্যা বাড়ায় না। সামগ্রিক ভারসাম্যে, গভীরতা এবং ত্রুটির প্রধান উৎসের ক্ষেত্রে লাভ কয়েকটি অতিরিক্ত একক ঘূর্ণনের চেয়ে অনেক বেশি তাৎপর্যপূর্ণ।
অ্যালগরিদমের স্কেলে সাশ্রয়
ডাবল এক্সাইটেশন অপারেটরের বিশেষত্ব হল যে ব্যবহারিক কোয়ান্টাম অ্যালগরিদমের ভিতরে এটি বারবার প্রয়োগ করা হয়। শত বা এমনকি হাজার বার এর ব্যবহার — কোয়ান্টাম কেমিস্ট্রির ভ্যারিয়েশনাল পদ্ধতির জন্য একটি সাধারণ পরিস্থিতি। প্রতিটি হ্রাস, তা একটি বাদ দেওয়া CNOT হোক বা গভীরতার কয়েকটি স্তর, স্বয়ংক্রিয়ভাবে অপারেটরের কলের সংখ্যা দ্বারা গুণিত হয়। ফলস্বরূপ, পুরো সার্কিটের জন্য সঞ্চিত প্রভাব খুব লক্ষণীয় হয়ে ওঠে: সম্পদ সাশ্রয় অরৈখিকভাবে বৃদ্ধি পায় এবং আধুনিক কোয়ান্টাম ডিভাইসের সীমিত ক্ষমতার মধ্যে জটিল সিমুলেশন ফিট করতে সহায়তা করে।
এই ধরনের পয়েন্ট-নির্দিষ্ট অগ্রগতি — জটিল সিস্টেমের কোয়ান্টাম সিমুলেশন সীমিত অপারেশন বাজেটের ডিভাইসেও নির্ভুলতা না হারিয়ে সম্পাদন করতে সক্ষম হওয়ার দিকে আরেকটি পদক্ষেপ। এটাও সম্ভব যে অনুরূপ অপ্টিমাইজেশন কৌশল পরে অন্যান্য ঘন ঘন ব্যবহৃত প্রিমিটিভগুলিতে স্থানান্তরিত হবে, এবং তাই নতুন ফলাফলটিকে এককালীন উন্নতি হিসাবে নয়, বরং আরও দক্ষ কোয়ান্টাম অ্যালগরিদমের দিকে সাধারণ আন্দোলনের অংশ হিসাবে বিবেচনা করা উচিত।
