हम कम से कम कुछ वर्षों से क्वांटम कंप्यूटर के बारे में सुनते आ रहे हैं। लेकिन यह क्या हैं? क्वांटम कंप्यूटर किसके लिए है? आज यह सब कुछ सरल शब्दों में है।
मात्रा संगणक यह एक ऐसा आविष्कार है जिसके लिए कई शोधकर्ताओं को उच्च उम्मीदें हैं, यह उम्मीद करते हुए कि विज्ञान के विकास पर इसका सकारात्मक प्रभाव पड़ेगा। हालांकि, क्वांटम भौतिकी कैसे काम करती है, यह समझना बहुत मुश्किल है। कुछ भौतिकविदों को यह भी संदेह है कि क्या वर्तमान "क्वांटम कंप्यूटर" को ऐसा कहा जाना चाहिए। क्वांटम कंप्यूटिंग के उपयोग में सबसे बड़ी बाधा बड़ी संख्या में त्रुटियां हैं जो क्वांटम मशीनों के वातावरण में सबसे छोटे बदलावों से भी प्रभावित होती हैं। अब तक, हम अभी तक क्वांटम बिट्स की क्षमता का पूरी तरह से संतोषजनक दोहन करने में कामयाब नहीं हुए हैं। आज हम यह जानने की कोशिश करेंगे कि इन क्वांटम बिट्स में क्या खास है?
क्या क्वांटम कंप्यूटर मौजूद हैं?
किसी भी वास्तविक वैज्ञानिक का सार हर समय भरोसा करना और जांचना नहीं है। मुझे ये वही शब्द याद थे जब मैं अभी भी एक छात्र था। और एक से अधिक बार उन्होंने इस वाक्यांश की शुद्धता के बारे में सुनिश्चित किया। यह "क्वांटम कंप्यूटर" पर भी लागू होता है। मैंने इन कंप्यूटरों का नाम क्यों उद्धृत किया? चलो पता करते हैं।
क्वांटम कंप्यूटर एक बहुत ही जटिल विषय है, लेकिन मैं इसे यथासंभव सरल बनाने और उनके बारे में सुलभ तरीके से बात करने की कोशिश करूंगा। आज भी, वैज्ञानिक, भौतिक विज्ञानी और इंजीनियर इस सरल प्रश्न पर बहस कर सकते हैं कि क्या दुनिया में कहीं काम करने वाला क्वांटम कंप्यूटर मौजूद है। "लेकिन कैसे, आखिरकार, आईबीएम जैसी कंपनियां क्वांटम कंप्यूटरों के बारे में डींग मारती हैं!" - कोई कह सकता है। और वह सही होगा। यह एक खुला प्रश्न बना हुआ है कि क्या आईबीएम ने वास्तव में एक क्वांटम कंप्यूटर बनाया है या बस इसके उपकरण को "क्वांटम कंप्यूटर" कहा है।
जब मेरा एक मित्र मुझसे सरल शब्दों में यह समझाने के लिए कहता है कि क्वांटम कंप्यूटर हमारे द्वारा उपयोग किए जाने वाले कंप्यूटरों से कैसे भिन्न होते हैं, तो मैं आमतौर पर एक साधारण तुलना का उपयोग करता हूं। यदि हमारे क्लासिक कंप्यूटर (जैसे पीसी, लैपटॉप और स्मार्टफोन्स) मोमबत्ती हैं, तो क्वांटम कंप्यूटर प्रकाश बल्ब हैं। दोनों का उद्देश्य एक ही है - गरमागरम लैंप और मोमबत्तियों के लिए, यह प्रकाश का उत्सर्जन है, और कंप्यूटर के लिए, यह गणना के लिए है। हालांकि, दोनों ही मामलों में लक्ष्य पूरी तरह से अलग तरीके से हासिल किया जाता है और परिणाम अलग होता है। सीधे शब्दों में कहें तो क्वांटम कंप्यूटर आधुनिक कंप्यूटरों का सिर्फ एक उन्नत संस्करण नहीं है, जैसे एक प्रकाश बल्ब सिर्फ एक बड़ी मोमबत्ती नहीं है। आप मोमबत्तियों को बेहतर और बेहतर बनाकर लाइट बल्ब नहीं बना सकते। प्रकाश बल्ब अलग है तकनीकीगहरी वैज्ञानिक समझ पर आधारित है। इसी तरह, क्वांटम कंप्यूटर क्वांटम भौतिकी पर आधारित एक नए प्रकार का उपकरण है, और जिस तरह प्रकाश बल्ब ने समाज को बदल दिया, उसी तरह क्वांटम कंप्यूटर हमारे जीवन के कई पहलुओं को प्रभावित कर सकते हैं, जिसमें सुरक्षा आवश्यकताएं, स्वास्थ्य देखभाल और यहां तक कि इंटरनेट भी शामिल है।
इसलिए, यदि हम प्रकाश बल्बों के साथ कंप्यूटर की तुलना करने के लिए चिपके रहते हैं, तो "क्वांटम जोसेफ स्वान" (पहले कार्यात्मक गरमागरम प्रकाश बल्ब के निर्माता) अभी तक प्रकट नहीं हुए हैं, और अब तक विज्ञान सरल शब्दों में, बनाने की कोशिश कर रहा है "कुछ लाल और गर्म" चेक करके, यह कितना चमकता है। क्वांटम कंप्यूटर कैसे काम करते हैं, इसकी कुछ सैद्धांतिक नींव हम जानते हैं, लेकिन उनके विकास में बड़ी बाधाएं हैं जो अभी भी हल होने की प्रतीक्षा कर रही हैं।
दुनिया भर के अनुसंधान केंद्र और कंपनियां आगे के परीक्षण और अनुसंधान कर रही हैं, और क्वांटम भौतिकी के क्षेत्र के विशेषज्ञ इस बात से सहमत हैं कि पूरी तरह से काम करने वाली क्वांटम मशीनों का निर्माण, जिनका उपयोग हम उन लक्ष्यों को प्राप्त करने के लिए कर सकते हैं जिन्हें हासिल करना असंभव है, स्पष्ट रूप से दसियों को पार कर जाएगा। वर्षों का।
मुझे विश्वास है, और कई वैज्ञानिक मुझसे सहमत होंगे, कि वर्तमान में क्वांटम कंप्यूटर कहे जाने वाली मशीनें इस तरह के नाम के लायक नहीं हैं। उनके पास गणना करने या उन समस्याओं को हल करने की क्षमता का अभाव है जिन्हें हम सामान्य, शास्त्रीय तरीके से हल नहीं कर सकते।
हम अभी तक अपने तकनीकी विकास की उस हद तक नहीं पहुंचे हैं कि हम एक क्वांटम मशीन बनाने में सक्षम होंगे जो उन समस्याओं को हल करेगी जो वर्तमान में शास्त्रीय कंप्यूटरों के लिए दुर्गम हैं। बेशक, Google या IBM कुछ या अन्य प्रदर्शन की गई गणनाओं के बारे में बात करते हैं जो शास्त्रीय तरीके से करना मुश्किल होगा, लेकिन फिलहाल वे आश्वस्त नहीं हैं।
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एक क्वांटम क्या है?
वैसे भी "क्वांटम" क्या है? यह कोई भौतिक वस्तु नहीं है। "क्वांटम" शब्द का प्रयोग भौतिकी में किसी चीज के सबसे छोटे संभव अंश का वर्णन करने के लिए किया जाता है। तो आपके पास "बल क्वांटम", "टाइम क्वांटम" या "कण क्वांटम" हो सकता है। इस पथ का अनुसरण करते हुए, हम "क्वांटम भौतिकी" और "क्वांटम यांत्रिकी" जैसे शब्दों पर पहुंचेंगे, अर्थात विज्ञान की शाखाएं जो परमाणुओं और यहां तक कि व्यक्तिगत क्वार्क के स्तर पर सबसे छोटी संभव बातचीत या प्रणालियों से संबंधित हैं।
और अब हम qubit (क्वांटम बिट) पर पहुंच गए हैं, जो कि "क्वांटम सूचना की सबसे छोटी और अविभाज्य इकाई" है। उसी समय, हम पहले बिंदु पर भी आते हैं, जो हमें समानता और अंतर के बारे में बताता है कि कैसे शास्त्रीय कंप्यूटर (बिट्स का उपयोग करके) और क्वांटम कंप्यूटर (क्वबिट्स का उपयोग करके) गणना करते हैं।
शास्त्रीय कंप्यूटरों में, जानकारी के प्रत्येक टुकड़े को एक और शून्य के अनुक्रम के रूप में संग्रहीत किया जाता है। ऐसी जानकारी को कंप्यूटर, कंसोल, स्मार्टफोन द्वारा माना और समझा जाता है, चतुर घड़ी और स्मार्ट टीवी, इस जानकारी पर किए गए संचालन के समान। चाहे हम छुट्टियों की तस्वीरें देख रहे हों, दोस्तों के साथ चैट कर रहे हों, नवीनतम गेम खेल रहे हों, या उन्नत क्रिप्टोग्राफिक गणना कर रहे हों, सब कुछ एक बाइनरी सिस्टम में होता है जहां 0 या 1 होते हैं और कुछ नहीं। वास्तव में, यह क्लासिक हां या ना की तरह है।
यह प्रणाली कितनी अक्षम है यह तब देखा जा सकता है जब हम इसकी सीमा तक पहुँच जाते हैं। और क्या हमारे स्मार्टफोन में एक और सेल्फी के लिए जगह खत्म हो गई है या वैज्ञानिक एक महामारी के विकास के गणितीय मॉडल बनाने की कोशिश कर रहे हैं, समस्या यह है कि बहुत सारे शून्य और एक हैं, और उन्हें संग्रहीत करने के लिए संसाधन और शक्ति गणना करें कि वे उपलब्ध नहीं हैं।
क्यूबिट इस समस्या को हल करता है। जानकारी का यह टुकड़ा क्वांटम भौतिकी के गुणों का उपयोग करता है जो इसे तथाकथित सुपरपोजिशन में रहने की अनुमति देता है। एक qubit 0 और 1 के बीच कोई भी मान ले सकता है। इसमें पूरे स्पेक्ट्रम के गुण होते हैं और इसमें 15 प्रतिशत शून्य और 85 प्रतिशत एक जैसे मान हो सकते हैं। सैद्धांतिक रूप से, यह आपको बहुत अधिक जानकारी सहेजने या गणना में तेजी लाने की अनुमति देता है। लेकिन साथ ही, बहुत सी ऐसी समस्याएं उत्पन्न हो जाती हैं जिन्हें नियंत्रित करना और समझना भी मुश्किल होता है।
क्वांटम कंप्यूटर की एक अन्य विशेषता, जो कंप्यूटिंग शक्ति के अतिरिक्त स्केलिंग की अनुमति देती है, क्वांटम उलझाव का उपयोग है। यह एक ऐसी अवस्था है जहाँ दो qubit आपस में जुड़े हुए हैं, और हर बार जब हम उनमें से एक का निरीक्षण करते हैं, तो दूसरा ठीक उसी अवस्था में होगा। Entanglement जानकारी को रिकॉर्ड करने और संसाधित करने के लिए qubits को और भी अधिक कुशल इकाइयों में समूहीकृत करने की अनुमति देता है।
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क्वांटम उपकरण
एक क्वांटम कंप्यूटर में तीन मुख्य भाग होते हैं: क्वैबिट्स को स्टोर करने के लिए एक क्षेत्र, क्वैबिट्स को सिग्नल ट्रांसमिट करने की एक विधि, और एक प्रोग्राम चलाने और निर्देश भेजने के लिए एक क्लासिकल कंप्यूटर।
क्वांटम सामग्री जो क्विबिट बनाती है वह नाजुक और पर्यावरणीय प्रभावों के प्रति बेहद संवेदनशील है। कुछ qubit भंडारण विधियों के लिए, qubits को रखने वाली इकाई को उनके सुसंगतता को अधिकतम करने के लिए निरपेक्ष शून्य के करीब तापमान पर रखा जाता है। अन्य प्रकार के क्वबिट स्टोरेज कंपन को कम करने और क्वाइब को स्थिर करने के लिए एक वैक्यूम चैंबर का उपयोग करते हैं।
संकेतों को qubits में प्रेषित करने के विभिन्न तरीके हैं, जैसे कि माइक्रोवेव, लेजर और विद्युत वोल्टेज।
क्वांटम कंप्यूटर के सामान्य संचालन को स्थापित करने के लिए, कई समस्याओं को हल करना आवश्यक है। क्वांटम कंप्यूटरों के साथ एक बड़ी समस्या त्रुटि सुधार है, और स्केलिंग (अधिक qubits जोड़ना) उनकी आवृत्ति को और बढ़ा देता है। इन सीमाओं के कारण, आपके डेस्क पर क्वांटम पर्सनल कंप्यूटर अभी भी दूर का भविष्य है, लेकिन निकट भविष्य में वाणिज्यिक क्वांटम कंप्यूटर उपलब्ध हो सकते हैं। आइए इस बारे में अधिक विस्तार से बात करते हैं।
क्वांटम कंप्यूटर की समस्याएं
हालाँकि, क्वांटम कंप्यूटरों में एक बड़ी समस्या है। यही है, वैज्ञानिकों को उनके उपयोग के साथ एक बड़ी समस्या है, क्योंकि, उनके विशेष गुणों के लिए धन्यवाद, qubits को उनके किसी भी डेटा को सटीक रूप से पढ़ने में सक्षम होने के लिए पर्याप्त रूप से शांत वातावरण की आवश्यकता होती है। प्रत्येक, यहां तक कि सबसे छोटा उल्लंघन भी जानकारी को सही ढंग से पढ़ना असंभव बना देगा।
शास्त्रीय कंप्यूटरों के मामले में, इसी तरह की समस्या ने अतीत में भी महत्वपूर्ण भूमिका निभाई थी, लेकिन आज यह इतना महत्वहीन है कि इसे अक्सर अकादमिक विज्ञान में भी अनदेखा कर दिया जाता है। हम त्रुटि दर के बारे में बात कर रहे हैं। यह एक संकेतक है जो यह निर्धारित करता है कि जानकारी के किस अनुपात में बिट्स या क्वैबिट दूषित हो सकते हैं। यह हो सकता है, उदाहरण के लिए, ओवरवॉल्टेज या अन्य गड़बड़ी के समय।
क्लासिक उपकरणों के लिए, त्रुटि संभावना लगभग एक से . है 1017 काटा क्वांटम कंप्यूटरों के मामले में, यह अभी भी कई सौ में से एक है। और यह ऐसी स्थिति में है जहां क्वांटम कंप्यूटर सबसे अलग परिस्थितियों में और -272 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर काम करते हैं, यानी पूर्ण शून्य से थोड़ा ऊपर। किसी भी तापमान में उतार-चढ़ाव, विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र में परिवर्तन, और यहां तक कि आंदोलन भी पूरी गणना को नष्ट कर देता है।
एक अन्य समस्या क्वांटम राज्यों की "अस्थिरता" है। हर बार जब हम किसी क्वांटम अवस्था को मापते हैं या बिगाड़ना चाहते हैं, तो वह दो स्थितियों में से एक पर लौट आती है, शून्य और एक। इस मामले में, क्वांटम राज्य क्षय हो जाएगा। इस प्रक्रिया को क्वांटम डीकोहेरेंस कहा जाता है।
इसे इस तरह से सोचें: क्वांटम कंप्यूटर एक कुशल गणितज्ञ है जो जटिल गणना करता है, और इसके परिणाम 0 से 1 मिलियन के बीच होते हैं। हम, बदले में, एक बच्चे हैं जो केवल यह समझते हैं कि कुछ बहुत अधिक या बहुत कम हो सकता है। जब भी किसी गणितज्ञ के अलग-अलग परिणाम हो सकते हैं, जैसे कि 356 या 670,23, दुनिया की हमारी समझ के अनुसार, इनमें से प्रत्येक परिणाम को दोनों के बीच एक विशिष्ट अंतर को परिभाषित किए बिना कुछ (1) या कई (846) के रूप में वर्गीकृत किया जाएगा। यह क्वांटम डीकोहेरेंस है। सही गणना करने का एकमात्र तरीका यह है कि गणित के काम को समाप्त होने से पहले गारंटी दी जाए।
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हम क्वांटम कंप्यूटर का उपयोग किसके लिए करेंगे?
आज सवाल उठता है कि 20 साल पहले की तरह ही क्वांटम कंप्यूटर का इस्तेमाल किस लिए किया जा सकता है, स्मार्टफोन का इस्तेमाल किस लिए किया जा सकता है। बेशक, पहले से ही कुछ योजनाएं और धारणाएं हैं, लेकिन क्वांटम कंप्यूटरों के व्यापक होने पर qubits के उपयोग के लिए सबसे दिलचस्प दिशा शायद स्पष्ट हो जाएगी।
क्रिप्टोग्राफी सबसे लोकप्रिय क्षेत्रों में से एक है जहां क्वांटम कंप्यूटिंग का सबसे अधिक उपयोग किया जाता है। बात यह है कि यह बहुत सुरक्षित तरीके से सूचना प्रसारित करने का एक तरीका होगा, और सुरक्षा कंप्यूटिंग प्रक्रियाओं की जटिलता पर आधारित नहीं है, बल्कि भौतिकी के नियमों पर आधारित है, जो यह विश्वास दिलाएगा कि कुछ चीजें बस असंभव हैं। और इस समय सुनना, जासूसी करना, हैक करना असंभव होगा।
इस मामले में सुरक्षा की गारंटी qubits के भौतिक गुणों द्वारा दी जाती है, जैसा कि मैंने पहले बताया, जैसे ही वे देखे जाते हैं, सुपरपोजिशन सुविधाओं को दिखाना बंद कर देते हैं। इसलिए एन्कोड किए गए संदेश को इंटरसेप्ट करने या कॉपी करने का कोई भी प्रयास बस इसे नष्ट कर देगा।
क्वांटम कंप्यूटर हमें प्राकृतिक प्रक्रियाओं को बेहतर ढंग से समझने की अनुमति भी दे सकते हैं। सुपरपोजिशन की "अराजकता" बेहतर तरीके से दर्शाती है, उदाहरण के लिए, डीएनए में उत्परिवर्तन, और इसलिए रोग और विकास का विकास। नई दवाएं बनाने के लिए आज क्वांटम कंप्यूटिंग का इस्तेमाल किया जा रहा है।
शायद डेटा टेलीपोर्टेशन के लिए क्वांटम कंप्यूटर के उपयोग के बारे में बात करना समझ में आता है। हां, ठीक डेटा का टेलीपोर्टेशन, और संभवतः एक व्यक्ति। हम जानकारी को भौतिक रूप से स्थानांतरित किए बिना एक स्थान से दूसरे स्थान पर टेलीपोर्ट करने में सक्षम होंगे। यह कल्पना की तरह लगता है, लेकिन यह संभव है, क्योंकि क्वांटम कणों की यह तरलता समय और स्थान में उलझ सकती है, जिससे एक कण में परिवर्तन दूसरे को प्रभावित कर सकता है, और यह टेलीपोर्टेशन के लिए एक चैनल बनाता है। यह पहले ही प्रयोगशालाओं में प्रदर्शित किया जा चुका है और भविष्य के क्वांटम इंटरनेट का हिस्सा हो सकता है। हमारे पास अभी तक ऐसा नेटवर्क नहीं है, लेकिन कुछ वैज्ञानिक पहले से ही इन संभावनाओं पर काम कर रहे हैं, क्वांटम कंप्यूटर पर क्वांटम नेटवर्क का अनुकरण कर रहे हैं। उन्होंने पहले से ही दिलचस्प नए प्रोटोकॉल विकसित और कार्यान्वित किए हैं, जैसे नेटवर्क उपयोगकर्ताओं के बीच टेलीपोर्टेशन और कुशल डेटा ट्रांसफर, और यहां तक कि सुरक्षित मतदान भी।
यह भी कहा जाना चाहिए कि क्वांटम कंप्यूटर का उपयोग विभिन्न स्थितियों का अनुकरण करने और दवाओं और टीकों सहित समस्याओं के समाधान खोजने के लिए किया जाना चाहिए। उदाहरण के लिए, कोरोनावायरस जैसी महामारी के दौरान, जब विकल्पों की तेजी से गणना और गणना की आवश्यकता होती है। यहां आप क्वांटम मॉडलिंग की संभावना का उपयोग कर सकते हैं, जिसे शास्त्रीय कंप्यूटर पर नहीं किया जा सकता है। जब कोई नई बीमारी सामने आती है, तो इलाज खोजने की प्रक्रिया में लगभग 15 साल लगते हैं और इसकी लागत 2,6 बिलियन डॉलर तक हो सकती है। कुछ बीमारियों में, केवल सैकड़ों होनहार व्यक्तियों की पहचान करने के लिए लाखों अणुओं को छानना आवश्यक है, जिनके दाता बनने की संभावना है। फिर, परीक्षण के दौरान, अन्य बातों के अलावा, व्यवहार की गलत भविष्यवाणी और नमूनाकरण सीमाओं के कारण लगभग 99% अणु गिरा दिए जाते हैं। यहीं से क्वांटम कंप्यूटर सामने आएंगे।
और ये अभी भी केवल कुछ अद्भुत विचार हैं कि क्वांटम भौतिकी का उपयोग करके क्या हासिल किया जा सकता है। वर्तमान में, हम कुछ हद तक उसके शालीन चरित्र को वश में करने का प्रबंधन करते हैं, लेकिन सभी विकास अभी भी प्रारंभिक स्तर पर हैं। एक वास्तविक क्वांटम कंप्यूटर का निर्माण और उसके बड़े पैमाने पर अनुप्रयोग अभी भी काफी दूर है, लेकिन प्रगति स्थिर नहीं है। इसलिए, शायद लगभग दस वर्षों में आप क्वांटम कंप्यूटर की मदद से इस लेख को पढ़ रहे होंगे और कृपालु मुस्कुरा रहे होंगे।
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