वैज्ञानिकों ने क्वांटम कंप्यूटिंग की प्रमुख चुनौती से निपटने के लिए विकसित किया नया तरीका

संदर्भ:

हाल ही में, रमन रिसर्च इंस्टीट्यूट (RRI), बेंगलुरु की क्वांटम इन्फॉर्मेशन एंड कंप्यूटिंग (QuIC) प्रयोगशाला के वैज्ञानिकों ने क्वांटम कंप्यूटिंग में उपयोग की जाने वाली क्वांटम अवस्थाओं की स्थिरता में सुधार करने के लिए एक नई तकनीक का प्रदर्शन किया है। अमेरिकन फिजिकल सोसाइटी के फिजिकल रिव्यू ए में प्रकाशित यह शोध सिंगल-शॉट ऑपरेशन के माध्यम से डीकोहेरेंस को नियंत्रित करने और एंटैंगलमेंट के अचानक समाप्त होने (entanglement sudden death) को रोकने पर केंद्रित है।

क्वांटम कंप्यूटिंग क्या है?

पारंपरिक कंप्यूटर बिट्स का उपयोग करते हैं, जिन्हें 0 या 1 के रूप में दर्शाया जाता है। क्वांटम कंप्यूटर क्वांटम बिट्स या क्यूबिट्स का उपयोग करते हैं, जो सूचना को मौलिक रूप से अलग तरीकों से संसाधित करने के लिए क्वांटम यांत्रिकी के सिद्धांतों का उपयोग करते हैं।

• • • सुपरपोज़िशन: सुपरपोज़िशन एक क्यूबिट को एक ही समय में 0 और 1 के संयोजन के रूप में मौजूद रहने की अनुमति देता है। यह क्वांटम प्रणालियों को ऐसी प्रक्रियाओं में सूचना संसाधित करने में सक्षम बनाता है, जो पारंपरिक कंप्यूटरों के लिए संभव नहीं हैं।
    • क्वांटम एंटैंगलमेंट: एंटैंगलमेंट एक ऐसी घटना है जिसमें दो क्वांटम कण आपस में बहुत मजबूत रूप से सहसंबद्ध हो जाते हैं। एक कण की अवस्था दूसरे कण की अवस्था से जुड़ी होती है, जिससे एंटैंगलमेंट क्वांटम सूचना प्रसंस्करण के लिए एक महत्वपूर्ण संसाधन बन जाता है।

क्वांटम डीकोहेरेंस क्या है?

• • • क्वांटम अवस्थाएँ अत्यंत नाजुक होती हैं और तापीय कंपन, विद्युतचुंबकीय क्षेत्र, विकिरण तथा अन्य पर्यावरणीय अंतःक्रियाओं से प्रभावित हो सकती हैं। इसके परिणामस्वरूप क्वांटम सुसंगति (quantum coherence) के होने वाले नुकसान को डीकोहेरेंस कहा जाता है।
    • एक अन्य संबंधित घटना “एंटैंगलमेंट का अचानक समाप्त होना” (entanglement sudden death) है, जिसमें एंटैंगलमेंट अचानक समाप्त हो जाता है। डीकोहेरेंस और एंटैंगलमेंट का नुकसान त्रुटियाँ उत्पन्न कर सकता है तथा क्वांटम गणनाओं की विश्वसनीयता को प्रभावित कर सकता है।

RRI का नया दृष्टिकोण:

• • • परंपरागत रूप से, वैज्ञानिक डीकोहेरेंस में देरी करने के लिए बार-बार सुधारात्मक हस्तक्षेप और क्वांटम त्रुटि-सुधार तकनीकों का उपयोग करते हैं। हालाँकि, बार-बार की जाने वाली क्रियाओं के लिए महत्वपूर्ण संसाधनों की आवश्यकता होती है और वे स्वयं भी त्रुटियाँ उत्पन्न कर सकती हैं।
    • RRI की टीम ने प्रदर्शित किया कि एकल, सावधानीपूर्वक समयबद्ध क्रिया संभावित रूप से डीकोहेरेंस में देरी कर सकती है और एंटैंगलमेंट के अचानक समाप्त होने को रोक सकती है। इस प्रकार, समय स्वयं एक नया नियंत्रण पैरामीटर बन जाता है।
    • शोधकर्ता इस बात पर जोर देते हैं कि यह अवधारणा का प्रमाण (proof of concept) है, न कि डीकोहेरेंस का पूर्ण समाधान या क्वांटम त्रुटि-सुधार का विकल्प। विभिन्न क्वांटम कंप्यूटिंग प्लेटफॉर्मों पर आगे परीक्षण आवश्यक है।

महत्व:

यह दृष्टिकोण संभावित रूप से:

• • • बार-बार किए जाने वाले सुधारात्मक हस्तक्षेपों को कम कर सकता है।
    • नाजुक क्वांटम अवस्थाओं पर नियंत्रण में सुधार कर सकता है।
    • क्वांटम त्रुटि-सुधार विधियों का पूरक बन सकता है।
    • अधिक विश्वसनीय और स्केलेबल क्वांटम प्रोसेसर के विकास में योगदान दे सकता है।

क्वांटम कंप्यूटिंग के अनुप्रयोग:

क्वांटम कंप्यूटिंग के संभावित अनुप्रयोगों में शामिल हैं:

• • • क्रिप्टोग्राफी: Shor's algorithm जैसे क्वांटम एल्गोरिदम मौजूदा एन्क्रिप्शन प्रणालियों के लिए खतरा पैदा कर सकते हैं।
    • दवा खोज: अणुओं और रासायनिक अभिक्रियाओं का अनुकरण।
    • सामग्री विज्ञान: उन्नत सामग्रियों का विकास।
    • अनुकूलन: लॉजिस्टिक्स, आपूर्ति श्रृंखला और यातायात प्रबंधन।
    • वैज्ञानिक अनुसंधान: जटिल भौतिक और रासायनिक प्रणालियों का मॉडलिंग।

भारत और क्वांटम प्रौद्योगिकी:

यह शोध भारत के राष्ट्रीय क्वांटम मिशन (National Quantum Mission) के संदर्भ में महत्वपूर्ण है, जिसे क्वांटम कंप्यूटिंग, संचार, सेंसिंग, मेट्रोलॉजी, सामग्रियों और उपकरणों में क्षमताओं को मजबूत करने के लिए शुरू किया गया है।

निष्कर्ष:

RRI का यह शोध नाजुक क्वांटम अवस्थाओं के नियंत्रण की दिशा में एक महत्वपूर्ण प्रगति का प्रतिनिधित्व करता है। एकल क्रिया के समय को एक अतिरिक्त नियंत्रण पैरामीटर के रूप में उपयोग करके, यह मौजूदा त्रुटि-सुधार विधियों का पूरक बन सकता है। हालाँकि, व्यावहारिक अनुप्रयोग स्थापित किए जाने से पहले विभिन्न क्वांटम-कंप्यूटिंग प्लेटफॉर्मों पर व्यापक परीक्षण आवश्यक है।