क्वांटम कंप्यूटिंग अनुसंधान का एक आकर्षक क्षेत्र है जिसमें क्रिप्टोग्राफी से सामग्री विज्ञान तक कई क्षेत्रों में क्रांति लाने की क्षमता है। इस उत्तर में, मैं क्वांटम कंप्यूटिंग की मूल बातें सरल शब्दों में समझाऊंगा, जिसमें क्वांटम यांत्रिकी के पीछे के सिद्धांत और वे क्वांटम कंप्यूटिंग पर कैसे लागू होते हैं।
सबसे पहले, क्लासिकल कंप्यूटिंग की मूल बातों के साथ शुरू करते हैं। शास्त्रीय कंप्यूटर बिट्स पर काम करते हैं, जो बाइनरी अंक हैं जो या तो 0 या 1 हो सकते हैं। इन बिट्स को बड़ी इकाइयों में व्यवस्थित किया जा सकता है, जैसे बाइट्स या शब्द,
और सूचनाओं की एक विस्तृत श्रृंखला का प्रतिनिधित्व कर सकते हैं, संख्याओं से लेकर पाठ तक छवियों तक . शास्त्रीय कंप्यूटिंग में, बिट्स को लॉजिक गेट्स द्वारा संसाधित किया जाता है, जो पूर्व निर्धारित नियमों के आधार पर इनपुट लेते हैं और आउटपुट उत्पन्न करते हैं। दूसरी ओर, क्वांटम यांत्रिकी, परमाणु और उपपरमाण्विक स्तर पर कणों के
व्यवहार का वर्णन करता है। क्वांटम दुनिया में, कण एक ही समय में कई राज्यों में मौजूद हो सकते हैं, इस घटना को सुपरपोजिशन के रूप में जाना जाता है। उदाहरण के लिए, एक इलेक्ट्रॉन स्पिन-अप अवस्था और स्पिन-डाउन अवस्था दोनों में एक साथ मौजूद हो सकता है।
इसके अतिरिक्त, कण उलझ सकते हैं, जिसका अर्थ है कि उनकी अवस्थाएँ जुड़ी हुई हैं, भले ही वे शारीरिक रूप से बहुत दूर हों। इसका मतलब यह है कि एक कण की स्थिति में परिवर्तन दूसरे कण की स्थिति को प्रभावित करेगा, चाहे वे कितने ही दूर क्यों न हों।
सुपरपोजिशन और उलझाव के ये सिद्धांत क्वांटम कंप्यूटिंग को इतना शक्तिशाली बनाते हैं।
इस प्रक्रिया को क्वांटम समांतरता के रूप में जाना जाता है। आइए इस अवधारणा को स्पष्ट करने के लिए एक उदाहरण पर विचार करें। कल्पना कीजिए कि आपके पास संख्याओं की एक सूची है, और आप सबसे बड़ी संख्या खोजना चाहते हैं। शास्त्रीय कंप्यूटिंग में, आपको प्रत्येक संख्या की एक-एक करके तुलना करनी होगी, जब तक कि आपको सबसे बड़ी संख्या न मिल जाए। हालाँकि, क्वांटम कंप्यूटिंग में, आप सभी नंबरों को राज्यों के एक सुपरपोजिशन में डाल सकते हैं,
और फिर उन सभी पर एक साथ तुलना कर सकते हैं। शास्त्रीय दृष्टिकोण से यह बहुत तेज़ होगा, खासकर संख्याओं की बहुत बड़ी सूचियों के लिए। बेशक, क्वांटम समानता की कुछ सीमाएँ हैं। इस तकनीक का उपयोग करके सभी समस्याओं को हल नहीं किया जा सकता है, और कुछ समस्याओं के लिए अन्य दृष्टिकोणों की आवश्यकता होती है, जैसे क्वांटम एनीलिंग। इसके अतिरिक्त,
सभी प्रकार की समस्याओं के लिए क्वांटम कंप्यूटर हमेशा क्लासिकल कंप्यूटर से तेज़ नहीं होते हैं। हालाँकि, कुछ प्रकार की समस्याओं के लिए, जैसे कि बड़ी संख्या में फैक्टरिंग करना या बड़े डेटाबेस की खोज करना, क्वांटम कंप्यूटिंग एक महत्वपूर्ण गति प्रदान कर सकती है। अब, देखते हैं कि कैसे qubits को भौतिक रूप से कार्यान्वित किया जाता है।
कई अलग-अलग प्रकार की qubits हैं, लेकिन सबसे आम प्रकार अतिचालक qubit है। ये qubits सुपरकंडक्टिंग मेटल सर्किट से बने होते हैं जिन्हें पूर्ण शून्य तापमान के करीब ठंडा किया जा सकता है। इन तापमानों पर, सर्किट सुपरकंडक्टिंग बन जाते हैं, जिसका अर्थ है कि वे बिना प्रतिरोध के बिजली का संचालन कर सकते हैं। सुपरकंडक्टिंग क्वैब जोसेफसन जंक्शन के सिद्धांत का उपयोग करते हैं,
जो दो सुपरकंडक्टिंग धातु हैं जो एक पतली इन्सुलेट परत द्वारा अलग किए जाते हैं। जब एक वोल्टेज को जंक्शन पर लागू किया जाता है, तो एक विद्युत धारा प्रवाहित होती है, और जंक्शन एक अरैखिक प्रारंभ करनेवाला की तरह व्यवहार करता है। यह qubit को 0 और
1 का प्रतिनिधित्व करने वाले दो राज्यों के सुपरपोजिशन में मौजूद होने की अनुमति देता है। क्यूबिट की स्थिति में हेरफेर करने के लिए, शोधकर्ता सर्किट के ऊर्जा स्तर
को बदलने के लिए माइक्रोवेव दालों का उपयोग करते हैं। यह qubit को उसके 0 और 1 राज्यों के बीच संक्रमण का कारण बन सकता है, या दोनों राज्यों के सुपरपोजिशन में मौजूद हो सकता है। इसके अतिरिक्त, एक साथ दो या दो से अधिक qubits पर संचालन करके
qubits को उलझाया जा सकता है। क्वांटम कंप्यूटर के निर्माण में सबसे बड़ी चुनौतियों में से एक है क्वैबिट्स की नाजुक क्वांटम स्थिति को बनाए रखना। पर्यावरण के साथ कोई भी संपर्क, जैसे कि तापमान में उतार-चढ़ाव या विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप, कक्षा को अपनी सुसंगतता खोने और
शास्त्रीय स्थिति में गिरने का कारण बन सकता है। इसे डिकॉरेन्स के रूप में जाना जाता है, और यह बड़े पैमाने पर, विश्वसनीय क्वांटम कंप्यूटरों के निर्माण में प्रमुख बाधाओं में से एक है। विसंगति का मुकाबला करने के लिए, शोधकर्ता विभिन्न प्रकार की तकनीकों का उपयोग करते हैं, जैसे त्रुटि सुधार कोड और क्वांटम त्रुटि सुधार एल्गोरिदम। ये विधियाँ क्वांटम कंप्यूटरों को उन त्रुटियों को ठीक करने की अनुमति देती हैं जो
अव्यवस्था और शोर के अन्य स्रोतों के कारण उत्पन्न होती हैं, और क्वांटम कंप्यूटिंग सिस्टम की विश्वसनीयता में उल्लेखनीय वृद्धि कर सकती हैं। क्वांटम कंप्यूटर के निर्माण में एक और चुनौती मापनीयता है। वर्तमान में, क्वांटम कंप्यूटर कुछ दर्जन qubits तक सीमित हैं, जो कई रोचक समस्याओं को हल करने के लिए पर्याप्त नहीं है। हालाँकि, शोधकर्ता लगातार संख्या बढ़ाने और
क्वांटम कंप्यूटिंग सिस्टम के प्रदर्शन को बेहतर बनाने के लिए काम कर रहे हैं। इन चुनौतियों के बावजूद, क्वांटम कंप्यूटिंग ने पहले ही कई क्षेत्रों में आशाजनक परिणाम दिखाए हैं। उदाहरण के लिए, क्वांटम कंप्यूटर का उपयोग बड़ी संख्या में कारक बनाने के लिए किया गया है, जो क्रिप्टोग्राफी और डेटा सुरक्षा के लिए
महत्वपूर्ण है। उनका उपयोग अणुओं के व्यवहार को अनुकरण करने के लिए भी किया गया है, जो दवा की खोज और सामग्री विज्ञान के लिए उपयोगी है। संक्षेप में, क्वांटम कंप्यूटिंग कंप्यूटिंग में एक नया प्रतिमान है जो गणना करने के लिए क्वांटम यांत्रिकी के सिद्धांतों का उपयोग करता है।
क्वांटम कंप्यूटर qubits पर काम करते हैं, जो राज्यों के सुपरपोजिशन में मौजूद हो सकते हैं और अन्य qubits के साथ उलझ जाते हैं। यह क्वांटम कंप्यूटरों को शास्त्रीय कंप्यूटरों की तुलना में कुछ प्रकार की गणनाओं क
ो बहुत तेजी से करने की अनुमति देता
है। हालांकि, एक बड़े पैमाने पर विश्वसनीय क्वांटम कंप्यूटर का निर्माण एक कठिन इंजीनियरिंग चुनौती है, और शोधकर्ता लगातार प्रौद्योगिकी में सुधार के लिए काम कर रहे हैं।