क्वांटम सिमुलेटर

परिमाण अनुरूपक एक क्रमादेश्य अनुरक्षण प्रणाली में परिमाण प्रणाली के अध्ययन की अनुमति देते हैं। इस उदाहरण में, अनुरूपक विशेष प्रयोजन के उपकरण हैं जिन्हें विशिष्ट भौतिकी समस्याओं के बारे में जानकारी प्रदान करने के लिए अभिकल्पित किया गया है।  परिमाण अनुरूपक की तुलना सामान्यतः क्रमादेश्य करने योग्य अंकीय परिमाण कम्प्यूटिंग से की जा सकती है, जो परिमाण समस्याओं की एक विस्तृत श्रेणी को हल करने में सक्षम होगी।

एक सार्वभौमिक परिमाण अनुरूपक 1980 में यूरी मैनिन और 1982 में रिचर्ड फेनमैन द्वारा प्रस्तावित परिमाण कंप्यूटर है। फेनमैन ने दिखाया कि एक पारम्परिक ट्यूरिंग मशीन एक परिमाण प्रभाव का अनुकरण करने में सक्षम नहीं होगी, जबकि उसका काल्पनिक सार्वभौमिक परिमाण कंप्यूटर आवश्यक परिमाण प्रभाव का अनुकरण करने में सक्षम होगा।

मूल प्रणाली में कणों की संख्या के समान कई क्यूबिट का उपयोग करके परिमाण कंप्यूटर द्वारा कई कणों की एक परिमाण प्रणाली का अनुकरण किया जा सकता है। इसे परिमाण प्रणाली के बहुत बड़े वर्गों तक बढ़ा दिया गया है।   परिमाण अनुरूपक को कई प्रायोगिक प्लेटफार्मों पर सिद्ध किया गया है, जिसमें अतिशीत परमाणु, ध्रुवीय अणु, विपाशित आयन, फोटोनिक प्रणाली, परिमाण बिन्दु और अतिचालक परिपथ सम्मिलित हैं।

भौतिकी की समस्याओं को हल करना
भौतिकी में कई महत्वपूर्ण समस्याएं, विशेष रूप से ऊष्मप्रवैगिकी कम तापमान भौतिकी और बहुपिंडी भौतिकी, खराब समझी जाती हैं क्योंकि अंतर्निहित परिमाण यांत्रिकी बहुत जटिल है। सुपरकंप्यूटर समेत परंपरागत कंप्यूटर परिमाण प्रणाली को कम से कम 30 कणों के साथ अनुकरण करने के लिए अपर्याप्त हैं क्योंकि हिल्बर्ट अंतरिक्ष का आयाम कण संख्या के साथ तीव्रता से बढ़ता है। सामग्री को समझने और तर्कसंगत रूप से अभिकल्पित करने के लिए बेहतर कम्प्यूटेशनल यंत्र की आवश्यकता होती है, जिनके गुणों को सैकड़ों कणों के सामूहिक परिमाण यांत्रिकी पर निर्भर माना जाता है। परिमाण अनुरूपक इन प्रणालियों के गुणों को समझने के लिए एक वैकल्पिक मार्ग प्रदान करते हैं। ये अनुरूपक ब्याज की विशिष्ट प्रणालियों के स्वच्छ अहसास उत्पन्न करते हैं, जो उनके गुणों की सटीक प्राप्ति की अनुमति देता है। प्रणाली के मापदंडों पर सटीक नियंत्रण और व्यापक विश्वसनीयता विभिन्न मापदंडों के प्रभाव को साफ-सुथरा करने की अनुमति देती है।

परिमाण अनुरूपक उन समस्याओं को हल कर सकते हैं जो पारम्परिक कंप्यूटरों पर अनुकरण करना कठिन है क्योंकि वे वास्तविक कणों के परिमाण गुणों का सीधे शोषण करते हैं। विशेष रूप से, वे परिमाण यांत्रिकी की एक संपत्ति का उपयोग करते हैं जिसे परिमाण अधिस्थापन कहा जाता है, जिसमें एक परिमाण कण को ​​एक ही समय में दो अलग-अलग अवस्थाओं में बनाया जाता है, उदाहरण के लिए, बाहरी चुंबकीय क्षेत्र के साथ संरेखित और विरोधी-संरेखित है। महत्वपूर्ण रूप से, अनुरूपक परिमाण उलझाव नामक दूसरी परिमाण संपत्ति का भी लाभ उठाते हैं, जिससे शारीरिक रूप से अच्छी तरह से अलग कणों के व्यवहार को भी सहसंबद्ध किया जा सकता है।

हाल ही में परिमाण अनुरूपक का उपयोग काल स्फटिक और परिमाण चक्रण तरल पदार्थ प्राप्त करने के लिए किया गया है

विपाशित-आयन अनुरूपक
आयन जाल आधारित प्रणाली परिमाण चक्रण मॉडल में बातचीत के अनुकरण के लिए एक आदर्श सेटिंग बनाती है। एक आयन ट्रैप | विपाशित-आयन अनुरूपक, जिसे एक टीम द्वारा बनाया गया है जिसमें NIST सम्मिलित है, सैकड़ों कितना ्स (qubits) के बीच बातचीत को इंजीनियर और नियंत्रित कर सकता है। पिछले प्रयास 30 परिमाण बिट्स से आगे जाने में असमर्थ थे। इस अनुरूपक की क्षमता पिछले उपकरणों की तुलना में 10 गुना अधिक है। इसने महत्वपूर्ण बेंचमार्किंग परीक्षणों की एक श्रृंखला पारित की है जो सामग्री विज्ञान में उन समस्याओं को हल करने की क्षमता का संकेत देते हैं जिन्हें पारंपरिक कंप्यूटरों पर मॉडल करना असंभव है।

विपाशित-आयन अनुरूपक में सैकड़ों फीरोज़ा  का एक छोटा, सिंगल-प्लेन क्रिस्टल होता है, जिसका व्यास 1 मिलीमीटर से कम होता है, जो पेनिंग ट्रैप नामक उपकरण के अंदर मँडराता है। प्रत्येक आयन का सबसे बाहरी इलेक्ट्रॉन एक छोटे परिमाण चुंबक के रूप में कार्य करता है और एक क्यूबिट के रूप में उपयोग किया जाता है, एक पारंपरिक कंप्यूटर में "1" या "0" के बराबर परिमाण। बेंचमार्किंग प्रयोग में, भौतिकविदों ने आयनों को पूर्ण शून्य के करीब ठंडा करने के लिए लेजर बीम का इस्तेमाल किया। सावधानी से माइक्रोवेव और लेजर दालों को समयबद्ध करने के बाद क्वैबिट्स को परस्पर क्रिया करने का कारण बना, सामग्री के परिमाण व्यवहार की नकल करना अन्यथा प्रयोगशाला में अध्ययन करना बहुत कठिन था। यद्यपि दोनों प्रणालियाँ बाह्य रूप से भिन्न दिखाई दे सकती हैं, उनका व्यवहार गणितीय रूप से समान होने के लिए इंजीनियर है। इस तरह, अनुरूपक शोधकर्ताओं को उन मापदंडों को अलग-अलग करने की अनुमति देते हैं जिन्हें प्राकृतिक ठोस पदार्थों में नहीं बदला जा सकता है, जैसे कि परमाणु जाली रिक्ति और ज्यामिति।

फ्रीडेनॉयर एट अल।, फेरोमैग्नेटिक और एंटीफेरोमैग्नेटिक स्टेट्स में उनके अलगाव को दिखाते हुए एडिएबेटिक रूप से 2 चक्रण में हेरफेर किया। किम एट अल।, फंसे हुए आयन परिमाण अनुरूपक को 3 चक्रण तक बढ़ाया, वैश्विक एंटीफेरोमैग्नेटिक ईज़िंग इंटरैक्शन में निराशा की विशेषता है और हताशा और उलझाव के बीच की कड़ी को दर्शाता है। और इस्लाम एट अल।, पैरामैग्नेटिक और फेरोमैग्नेटिक ऑर्डरिंग के बीच चरण संक्रमण को तेज करने के लिए एडियाबेटिक परिमाण सिमुलेशन का इस्तेमाल किया, क्योंकि चक्रण की संख्या 2 से बढ़कर 9 हो गई। बैरेइरो एट अल। एक खुले जलाशय में युग्मन द्वारा 5 फंसे हुए आयनों के साथ परस्पर क्रिया करने का एक अंकीय परिमाण अनुरूपक बनाया और ल्योन एट अल। 6 आयनों तक के साथ अंकीय परिमाण सिमुलेशन का प्रदर्शन किया। इस्लाम, एट अल।, ने 18 विपाशित आयन चक्रण के साथ चर (लंबी) रेंज इंटरैक्शन के साथ अनुप्रस्थ आइसिंग मॉडल के एडियाबेटिक परिमाण सिमुलेशन का प्रदर्शन किया, जो एंटीफेरोमैग्नेटिक इंटरेक्शन रेंज को समायोजित करके चक्रण फ्रस्ट्रेशन के स्तर को नियंत्रित करता है। ब्रिटन, एट अल। NIST से परिमाण चुंबकत्व के अध्ययन के लिए प्रयोगात्मक रूप से सैकड़ोंक्यूबिटs की एक प्रणाली में Ising इंटरैक्शन को बेंचमार्क किया गया है। पगानो, एट अल।, ने एक नई क्रायोजेनिक आयन ट्रैपिंग प्रणाली की सूचना दी, जो कि बड़े आयन श्रृंखलाओं के लंबे समय तक भंडारण के लिए अभिकल्पित की गई है, जो 44 आयनों तक की श्रृंखलाओं के लिए सुसंगत एक और दो-क्विबिट संचालन का प्रदर्शन करती है। जोशी और अन्य ने 51 अलग-अलग नियंत्रित आयनों की परिमाण गतिशीलता की जांच की, जिससे एक लंबी दूरी की परस्पर क्रिया करने वाली चक्रण श्रृंखला का एहसास हुआ।

अल्ट्राकोल्ड एटम अनुरूपक
कई अल्ट्राकोल्ड एटम प्रयोग परिमाण अनुरूपक के उदाहरण हैं। इनमें ऑप्टिकल जाली  में बोस-[[हबर्ड मॉडल]] या फर्मी-हबर्ड मॉडल, ऑप्टिकल चिमटी में एकात्मक फर्मी गैस, रिडबर्ग परमाणु सरणियों का अध्ययन करने वाले प्रयोग सम्मिलित हैं। इन प्रयोगों के लिए एक सामान्य धागा जेनेरिक हैमिल्टन को साकार करने की क्षमता है, जैसे कि हबर्ड मॉडल या आइसिंग मॉडल | अनुप्रस्थ-क्षेत्र आइसिंग हैमिल्टनियन। इन प्रयोगों के प्रमुख उद्देश्यों में विभिन्न मॉडलों के लिए निम्न-तापमान चरणों की पहचान करना या संतुलन से बाहर की गतिशीलता को ट्रैक करना सम्मिलित है, जो सैद्धांतिक और संख्यात्मक रूप से जटिल हैं।  अन्य प्रयोगों ने शासन में संघनित पदार्थ के मॉडल को महसूस किया है जो पारंपरिक सामग्री, जैसे परिमाण चक्रण हॉल प्रभाव और परिमाण हॉल प्रभाव | हार्पर-हॉफस्टैटर मॉडल के साथ महसूस करना कठिन या असंभव है।

अतिचालकक्यूबिटs
अतिचालकक्यूबिटs का उपयोग करने वाले परिमाण अनुरूपक दो मुख्य श्रेणियों में आते हैं। सबसे पहले, तथाकथित परिमाण एनीलिंग एक एडियाबेटिक रैंप के बाद कुछ हैमिल्टन के जमीनी राज्यों का निर्धारण करता है। इस दृष्टिकोण को कभी-कभी रुद्धोष्म परिमाण कंप्यूटिंग कहा जाता है। दूसरा, कई प्रणालियाँ विशिष्ट हैमिल्टनियन का अनुकरण करती हैं और उनकी जमीनी अवस्था के गुणों, परिमाण चरण संक्रमण या समय की गतिशीलता का अध्ययन करती हैं। कई महत्वपूर्ण हालिया परिणामों में एक चालित-विघटनकारी बोस-हबर्ड मॉडल में एक मोट इंसुलेटर की प्राप्ति सम्मिलित है। बोस-हबर्ड प्रणाली और अतिचालक रेज़ोनेटर के लैटिस में फेज़ ट्रांज़िशन का अध्ययन क्विबिट्स से जुड़ा है।

यह भी देखें

 * हैमिल्टनियन सिमुलेशन
 * परिमाण ट्यूरिंग मशीन
 * परिमाण कम्प्यूटिंग

बाहरी संबंध

 * Deutsch's 1985 paper
 * Online Web-based Quantum Computer Simulator (University Of Patras, Wire Communications Laboratory)