पिछले लगभग एक दशक में, क्वांटम कंप्यूटिंग कंप्यूटर शहर में चर्चा का विषय बन गई है। शास्त्रीय कंप्यूटरों की तुलना में जटिल समस्याओं को बहुत तेजी से हल करने की उनकी क्षमता एक दिलचस्प प्रस्ताव है जो कई उद्योगों को, यदि परिवर्तित नहीं तो, लाभान्वित कर सकती है।
क्वांटम कंप्यूटर की कार्यप्रणाली क्वांटम यांत्रिकी के सिद्धांतों पर आधारित है, जो भौतिकी का एक क्षेत्र है जो ब्रह्मांड के सबसे छोटे कणों से संबंधित है।
भौतिक विज्ञानी रिचर्ड फेनमैन ने 1982 में क्वांटम सिस्टम का अनुकरण करने के लिए एक कंप्यूटर विकसित करने का विचार प्रस्तावित किया था। उन्होंने एक सार्वभौमिक कंप्यूटर के विचार पर चर्चा की जो सभी भौतिकी – क्वांटम और शास्त्रीय दोनों का अनुकरण कर सकता है। शोधकर्ताओं को एहसास हुआ कि शास्त्रीय कंप्यूटर, आज के कंप्यूटर, क्वांटम सिस्टम की जटिलता से संघर्ष करेंगे और इस तरह क्वांटम कंप्यूटर का विचार पैदा हुआ।
तब से, वैज्ञानिकों ने क्वांटम कंप्यूटिंग में महत्वपूर्ण प्रगति की है।
क्वांटम कंप्यूटिंग की मूल बातें
शास्त्रीय कंप्यूटर शास्त्रीय भौतिकी के सिद्धांतों पर काम करते हैं। उनकी मौलिक कंप्यूटिंग इकाई बिट है: प्रत्येक बिट दो संभावित मानों, 0 या 1 के साथ जानकारी के एक टुकड़े का प्रतिनिधित्व करता है। बाइनरी सिस्टम का उपयोग करके 0 और 1 के संयोजन के रूप में सभी प्रकार की जानकारी का प्रतिनिधित्व करना संभव है।
क्वांटम कंप्यूटर गणना करने के लिए क्वांटम बिट्स या क्वैब पर निर्भर करते हैं। शास्त्रीय बिट्स के विपरीत, क्वैबिट्स 0, 1 या ऐसी स्थिति में मौजूद हो सकते हैं जो आंशिक रूप से 0 और आंशिक रूप से 1 है। इस संदर्भ में, राज्य उन सभी संभावित मूल्यों को संदर्भित करता है जो क्वबिट में हो सकते हैं।
क्वैब की दो अवस्थाओं में होने की क्षमता को सुपरपोजिशन के रूप में जाना जाता है। सुपरपोज़िशन दो मूलभूत सिद्धांतों में से एक है जो क्वांटम कंप्यूटरों को चेतन करता है।
एक घूमते सिक्के की कल्पना कीजिए. जब सिक्का घूम रहा है, तो यह चित या पट दोनों हो सकता है, और जब तक सिक्का गिर न जाए तब तक आप यह नहीं देख सकते कि यह कौन सा है। क्वबिट एक घूमते सिक्के की तरह है जो दोनों मूल्यों को एक साथ रखता है।
जब एक qubit मापा जाता है, यह 0 या 1 मानों में से किसी एक पर सिमट जाता है। इसका मतलब है कि जहां एक क्लासिक बिट में सूचना की एक इकाई होती है, वहीं एक क्वबिट में दो इकाई हो सकती है। इस वजह से क्वांटम कंप्यूटर एक साथ कई गणनाएं कर सकते हैं, माप से गणनाओं के संभावित परिणामों में से एक का पता चलता है।
दूसरा मूलभूत सिद्धांत जिस पर क्वांटम कंप्यूटर आधारित हैं उसे एन्टैंगलमेंट कहा जाता है। यह घटना क्वैबिट को आंतरिक रूप से जुड़े रहने की अनुमति देती है, भले ही वे भौतिक रूप से कितने भी दूर क्यों न हों। अल्बर्ट आइंस्टीन ने प्रसिद्ध रूप से इसे “दूर से डरावनी कार्रवाई” कहा था।
इसलिए एक क्वैबिट की स्थिति को मापने से दूसरे की स्थिति के बारे में तुरंत जानकारी मिल सकती है। मान लीजिए कि आपके पास दस्ताने की एक जोड़ी है। प्रत्येक दस्ताने को एक अलग बॉक्स में रखा जाता है और अलग-अलग स्थानों पर भेजा जाता है, और हम नहीं जानते कि किस बॉक्स में कौन सा है। लेकिन एक बार बायां दस्ताना दिखाने के लिए एक बॉक्स खोला जाता है, तो हमें तुरंत पता चल जाता है कि दूसरे बॉक्स में दायां दस्ताना है।
क्वैबिट के बीच तात्कालिक सहसंबंध साझा जानकारी को एक साथ संसाधित करने की अनुमति देता है, जिससे गणना में तेजी आती है जिसमें शास्त्रीय कंप्यूटर के साथ बहुत अधिक समय लगेगा।
सुपरपोज़िशन और उलझाव का वर्णन भौतिकी के शास्त्रीय सिद्धांतों द्वारा नहीं किया जा सकता है। वे क्वांटम यांत्रिकी के लिए विशिष्ट हैं – और क्वांटम कंप्यूटर द्वारा प्रदान की जाने वाली क्षमता के केंद्र में हैं।
महत्वपूर्ण मील के पत्थर
क्वांटम कंप्यूटर तकनीकी रूप से बेहतर हैं लेकिन इसका मतलब यह नहीं है कि वे विभिन्न कार्यों में शास्त्रीय कंप्यूटर से बेहतर होंगे।
इन वर्षों में, विशेषज्ञों ने विशिष्ट कार्यों को विकसित और परिष्कृत किया है जो साबित करते हैं कि क्वांटम कंप्यूटर अधिक बड़े काम करने में सक्षम हैं, और यह भी दिखाते हैं कि कैसे।
1994 में, बेल लैब्स के कंप्यूटर वैज्ञानिक पीटर शोर ने प्रसिद्ध शोर एल्गोरिदम बनाया। एल्गोरिथ्म शास्त्रीय कंप्यूटरों के लिए आवश्यक लाखों वर्षों के बजाय क्षणों में बड़ी संख्याओं का गुणनखंड कर सकता है (या उनके गुणनखंड ढूंढ सकता है)।
इसका डेटा सुरक्षा पर बड़ा प्रभाव पड़ता है। डेटा को सुरक्षित करने के मौजूदा तरीकों में डेटा को लॉक करना और कठिन गणितीय समस्या के समाधान में इसे अनलॉक करने के लिए कुंजी को छिपाना शामिल है।
बड़ी संख्या में गुणनखंडन एक ऐसी समस्या है और शास्त्रीय कंप्यूटरों को इसे हल करने के लिए भारी मात्रा में संसाधनों की आवश्यकता होती है। लेकिन शोर के एल्गोरिदम का उपयोग करके, एक क्वांटम कंप्यूटर समस्या को तुरंत हल कर सकता है और ताले खोल सकता है।
अगले 25 वर्षों में क्वांटम कंप्यूटिंग की स्थिति बहुत आगे बढ़ गई। उदाहरण के लिए, 2019 में, आईबीएम ने दुनिया के पहले सर्किट-आधारित वाणिज्यिक क्वांटम कंप्यूटर क्यू सिस्टम वन का अनावरण किया। सामान्य क्वांटम-कंप्यूटिंग अनुप्रयोगों के लिए सर्किट-आधारित डिज़ाइन सबसे बहुमुखी माना जाता है।
क्यू सिस्टम वन क्वांटम गेट्स से बने क्वांटम सर्किट का उपयोग करता है जो कि क्वैबिट में हेरफेर करता है, जैसे कि शास्त्रीय कंप्यूटर लॉजिक गेट्स का उपयोग करते हैं।
उसी वर्ष, Google के शोधकर्ताओं ने एक पेपर में रिपोर्ट दी प्रकृति कि उनके 53-क्यूबिट ‘साइकमोर’ प्रोसेसर ने क्वांटम सर्वोच्चता हासिल कर ली है।
एक क्वांटम कंप्यूटर क्वांटम सर्वोच्चता तब प्राप्त करता है जब वह एक ऐसी समस्या को हल कर सकता है जिसमें शास्त्रीय कंप्यूटरों को अनुचित समय लगेगा। अखबार ने दावा किया कि सिकामोर ने 200 सेकंड में एक कार्य पूरा कर लिया, जिसमें एक सुपर कंप्यूटर को 10,000 साल लगेंगे।
इस महीने की शुरुआत में, वास्तव में, Google ने विलो नामक एक क्वांटम चिप का अनावरण किया, जो कथित तौर पर दुनिया का पहला क्वांटम प्रोसेसर है जिसमें त्रुटि-सुधारित क्वैबिट में स्केल के अनुसार सुधार होता है।
पर्यावरण के साथ अंतःक्रिया के कारण क्वांटम अवस्थाओं में आसानी से त्रुटियाँ होने की संभावना होती है। क्वांटम कंप्यूटरों को उपयोगी गणना करने के लिए जानकारी को पर्याप्त समय तक रखने के लिए त्रुटि सुधार की आवश्यकता होती है।
गूगल ने कहा है कि विलो एक मानक परीक्षण पांच मिनट में पूरा कर सकता है जबकि उसी गणना में आज के सर्वश्रेष्ठ सुपर कंप्यूटरों को 10 ट्रिलियन ट्रिलियन वर्ष लगेंगे।
वर्तमान सीमाएँ
प्रगति तेजी से हो रही है लेकिन क्वांटम कंप्यूटर के (अपेक्षाकृत) आम बनने से पहले अभी भी कई महत्वपूर्ण चुनौतियों से पार पाना बाकी है।
मुख्य चिंता यह है कि क्वांटम कंप्यूटर का निर्माण महंगा और जटिल बना हुआ है। त्रुटि दर और डीकोहेरेंस (जब कोई क्वबिट अपने आस-पास के शोर के कारण सुपरपोजिशन खो देता है) के कारण कई क्वैबिट को स्थिर रखना भी मुश्किल होता है।
जिन समस्याओं के लिए हमें वास्तव में क्वांटम कंप्यूटर की आवश्यकता है – जैसे नई दवाओं की खोज करना या खगोल विज्ञान में रहस्यों को सुलझाना – उनके लिए भी लाखों क्यूबिट की आवश्यकता होती है।
सभी ने कहा, उनके उपयोगी होने की क्षमता स्पष्ट है। यही कारण है कि भारत ने 2023 में राष्ट्रीय क्वांटम मिशन शुरू किया। सरकार ने क्वांटम कंप्यूटर विकसित करने के लिए अन्य चीजों के अलावा, आठ वर्षों में मिशन के लिए ₹6,000 करोड़ अलग रखे हैं।
तेजश्री गुरुराज भौतिकी में मास्टर डिग्री के साथ एक स्वतंत्र विज्ञान लेखक और पत्रकार हैं
प्रकाशित – 24 दिसंबर, 2024 10:49 अपराह्न IST
