क्वांटम मैकेनिक्स टेक उद्योग को कैसे बदलेगा

रिचर्ड फ़ेमन ने एक बार कहा था, “यदि आप सोचते हैं कि आप क्वांटम मैकेनिक्स को समझते हैं, तो आप वास्तव में क्वांटम मैकेनिक्स को नहीं समझते हैं।” जबकि यह सच हो सकता है, इसका मतलब यह नहीं है कि हमें कोशिश नहीं करनी चाहिए। आखिर, हमारी जिज्ञासा के बिना हम कहां होंगे?

क्वांटम भौतिकी के पीछे के मुख्य概念ों को समझने के लिए, हमें अज्ञात की शक्ति को समझने जा रहे हैं – दो अवधारणाओं को समझने जा रहे हैं। यह सब काफी अमूर्त है, लेकिन यह हमारे लिए अच्छी खबर है, क्योंकि आपको इसके लिए नोबेल पुरस्कार विजेता सैद्धांतिक भौतिक विज्ञानी होने की आवश्यकता नहीं है। और क्या हो रहा है? खैर, आइए देखें।

नींव रखना

हम एक छोटे से विचार प्रयोग से शुरू करेंगे। ऑस्ट्रियाई भौतिक विज्ञानी अर्विन श्रोडिंगर चाहते हैं कि आप एक बंद बॉक्स में एक बिल्ली की कल्पना करें। अब तक, सब कुछ अच्छा है। अब कल्पना करें कि एक विषाक्त पदार्थ से भरी एक शीशी बॉक्स के अंदर रखी गई है। बिल्ली के साथ क्या हुआ? हमें इसकी पुष्टि नहीं हो सकती। इसलिए, जब तक हम बॉक्स को नहीं खोलते हैं, बिल्ली जीवित और मृत दोनों है, या वैज्ञानिक शब्दों में कहें तो, यह एक सुपरपोज़िशन में है। यह प्रसिद्ध विचार प्रयोग श्रोडिंगर के बिल्ली के विरोधाभास के रूप में जाना जाता है, और यह क्वांटम मैकेनिक्स के दो मुख्य घटनाओं में से एक को पूरी तरह से समझाता है।

सुपरपोज़िशन यह निर्धारित करता है कि एक कण, हमारी प्यारी बिल्ली की तरह, माप लेने तक सभी संभावित राज्यों में मौजूद रहता है। “परीक्षण” कण को तुरंत उसके क्वांटम गुणों को नष्ट कर देता है, और वोइला, यह फिर से क्लासिकल मैकेनिक्स के नियमों से बंधा होता है।

अब, चीजें अधिक जटिल होने वाली हैं, लेकिन निराश न हों – यहां तक कि आइंस्टीन भी इस विचार से पीछे हट गए थे। खुद आइंस्टीन द्वारा “दूरस्थ स्थान पर स्पुकी एक्शन” के रूप में वर्णित, एंटैंगलमेंट दो कणों के बीच एक संबंध है – एक भौतिक परस्पर क्रिया जो उनकी साझा स्थिति (या इसकी कमी) में परिणत होती है।

एंटैंगलमेंट यह निर्धारित करता है कि एक जोड़े में से एक कण की स्थिति में परिवर्तन तुरंत और अनुमानित प्रतिक्रिया को दूसरे कण में ट्रिगर करता है। चीजों को परिप्रेक्ष्य में रखने के लिए, आइए दो जोड़े वाले सिक्के हवा में फेंकते हैं। उसके बाद, आइए परिणाम का अवलोकन करते हैं। क्या पहला सिक्का सिर पर उतरा? तो दूसरे सिक्के का माप तails होना चाहिए। दूसरे शब्दों में, जब देखा जाता है, तो जुड़े कण एक दूसरे के माप का विरोध करते हैं। डरने की जरूरत नहीं है, हालांकि – एंटैंगलमेंट इतना आम नहीं है। अभी तक, कम से कम।

संभावित नायक

“इस ज्ञान का क्या फायदा है अगर मैं इसका उपयोग नहीं कर सकता?”, आप पूछ सकते हैं। आपका कोई भी प्रश्न हो, संभावना है कि एक क्वांटम कंप्यूटर का उत्तर है। एक डिजिटल कंप्यूटर में, प्रणाली को प्रसंस्करण शक्ति बढ़ाने के लिए बिट्स की आवश्यकता होती है। इसलिए, प्रसंस्करण शक्ति को दोगुना करने के लिए, आप बस बिट्स की मात्रा को दोगुना कर देंगे – यह एक क्वांटम कंप्यूटर में बिल्कुल नहीं है।

एक क्वांटम कंप्यूटर क्यूबिट्स का उपयोग करके प्रसंस्करण क्षमता प्रदान करता है, जो कि क्वांटम जानकारी की मूल इकाई है, जो दुनिया के सबसे शक्तिशाली सुपरकंप्यूटरों से भी मेल नहीं खाती। कैसे? सुपरपोज्ड क्यूबिट्स एक साथ कई संभावित परिणामों (या राज्यों) को संभाल सकते हैं। तुलना में, एक डिजिटल कंप्यूटर एक समय में केवल एक गणना कर सकता है। इसके अलावा, एंटैंगलमेंट के माध्यम से, हम एक क्वांटम कंप्यूटर की शक्ति को असाधारण रूप से बढ़ा सकते हैं, खासकर जब इसे एक डिजिटल मशीन में पारंपरिक बिट्स की दक्षता की तुलना में किया जाता है। पैमाने को देखने के लिए, प्रत्येक क्यूबिट द्वारा प्रदान की जाने वाली प्रसंस्करण शक्ति की भारी मात्रा पर विचार करें, और अब इसे दोगुना करें।

कुछ भी完璧 नहीं है

लेकिन एक पकड़ है – हल्की सी कंपन और तापमान परिवर्तन, जिन्हें वैज्ञानिक “शोर” कहते हैं, क्वांटम गुणों को कमजोर कर सकते हैं और अंततः उन्हें पूरी तरह से नष्ट कर सकते हैं। जबकि आप इसे वास्तविक समय में नहीं देख सकते हैं, जो आप अनुभव करेंगे वह एक गणना त्रुटि होगी। क्वांटम गुणों का क्षय डिकोहेरेंस के रूप में जाना जाता है, और यह क्वांटम मैकेनिक्स पर निर्भर प्रौद्योगिकी के लिए सबसे बड़ी बाधा है।

एक आदर्श परिदृश्य में, एक क्वांटम प्रोसेसर अपने आसपास के वातावरण से पूरी तरह से अलग है। ऐसा करने के लिए, वैज्ञानिक विशेष फ्रिज, जिन्हें क्रायोजेनिक रेफ्रिजरेटर कहा जाता है, का उपयोग करते हैं। ये क्रायोजेनिक रेफ्रिजरेटर अंतरिक्ष से भी ठंडे हैं, और वे हमारे क्वांटम प्रोसेसर को लगभग शून्य प्रतिरोध के साथ विद्युत प्रवाहित करने में सक्षम बनाते हैं। यह एक सुपरकंडक्टिंग स्थिति के रूप में जाना जाता है, और यह क्वांटम कंप्यूटरों को बहुत कुशल बनाता है। परिणामस्वरूप, हमारा क्वांटम प्रोसेसर एक डिजिटल प्रोसेसर की तुलना में बहुत कम ऊर्जा की आवश्यकता होती है, जो बहुत अधिक शक्ति और कम गर्मी पैदा करता है। एक आदर्श परिदृश्य में, कम से कम।

एक (नया) संभावनाओं का विश्व

मौसम की भविष्यवाणी, वित्तीय और आणविक मॉडलिंग, कण भौतिकी… क्वांटम गणना के लिए अनुप्रयोग संभावनाएं विशाल और समृद्ध हैं।

फिर भी, सबसे आकर्षक संभावनाओं में से एक शायद क्वांटम कृत्रिम बुद्धिमत्ता की है। यह इसलिए है क्योंकि क्वांटम प्रणाली कई संभावित विकल्पों के लिए संभावनाओं की गणना करने में उत्कृष्ट हैं – उनकी क्षमता बुद्धिमान सॉफ्टवेयर को निरंतर प्रतिक्रिया प्रदान करने में असाधारण है। अनुमानित प्रभाव असीम है, जो क्षेत्रों और उद्योगों में फैला हुआ है – ऑटोमोटिव में एआई से लेकर चिकित्सा अनुसंधान तक। लॉकहीड मार्टिन, अमेरिकी एयरोस्पेस दिग्गज, इसके लाभों को जल्दी से महसूस करने वाला था, और अपने क्वांटम कंप्यूटर के साथ उदाहरण के रूप में आगे बढ़ रहा है, जिसे वह ऑटोपायलट सॉफ्टवेयर परीक्षण के लिए उपयोग कर रहा है। नोट्स लें।

क्वांटम मैकेनिक्स के सिद्धांत साइबर सुरक्षा में मुद्दों को संबोधित करने के लिए भी उपयोग किए जाते हैं। आरएसए (रिवेस्ट-शमिर-एडलमैन) क्रिप्टोग्राफी, दुनिया की सबसे व्यापक डेटा एन्क्रिप्शन विधियों में से एक, बड़े प्राइम नंबरों को फैक्टर करने में कठिनाई पर निर्भर करती है। जबकि यह पारंपरिक कंप्यूटरों के साथ काम कर सकता है, जो बहु-कारक समस्याओं को हल करने में विशेष रूप से प्रभावी नहीं हैं, क्वांटम कंप्यूटर आसानी से इन एन्क्रिप्शन को तोड़ देंगे क्योंकि वे एक ही समय में कई परिणामों की गणना करने में सक्षम हैं।

सैद्धांतिक रूप से, क्वांटम कुंजी वितरण एक सुपरपोज़िशन-आधारित एन्क्रिप्शन प्रणाली के साथ इसका ध्यान रखता है। कल्पना करें कि आप एक मित्र को संवेदनशील जानकारी भेजने का प्रयास कर रहे हैं। ऐसा करने के लिए, आप क्यूबिट्स का उपयोग करके एक एन्क्रिप्शन कुंजी बनाते हैं, जो तब प्राप्तकर्ता को एक ऑप्टिकल केबल के माध्यम से भेजी जाती है। यदि एन्कोडेड क्यूबिट्स को किसी तीसरे पक्ष द्वारा देखा गया था, तो आप और आपके मित्र दोनों को एक अप्रत्याशित त्रुटि द्वारा सूचित किया जाएगा। हालांकि, क्यूकेडी के लाभों को अधिकतम करने के लिए, एन्क्रिप्शन कुंजियों को हमेशा अपने क्वांटम गुणों को बनाए रखना होगा। आसान कहा गया है।

विचार करने के लिए भोजन

यह वहां नहीं रुकता है। दुनिया भर के सबसे चमकते दिमाग लगातार जुड़ाव को एक मोड़ के रूप में क्वांटम संचार का उपयोग करने का प्रयास कर रहे हैं। अब तक, चीनी शोधकर्ता अपने मिकियस उपग्रह के माध्यम से 745 मील की दूरी पर जुड़े फोटॉन जोड़े को सफलतापूर्वक प्रसारित करने में सक्षम थे। यह अच्छी खबर है। बुरी खबर यह है कि प्रति सेकंड भेजे जाने वाले 60 लाख जुड़े फोटॉनों में से, केवल एक जोड़ी यात्रा के दौरान बची (धन्यवाद, डिकोहेरेंस)। एक अविश्वसनीय उपलब्धि के बावजूद, यह प्रयोग उस प्रकार के बुनियादी ढांचे को रेखांकित करता है जिसका हम भविष्य में क्वांटम नेटवर्क को सुरक्षित करने के लिए उपयोग कर सकते हैं।

क्वांटम दौड़ में हाल ही में एक महत्वपूर्ण प्रगति देखी गई, जो नीदरलैंड्स में टीयू डेल्फ्ट में एक अनुसंधान केंद्र क्यूटेक द्वारा हासिल की गई – उनकी क्वांटम प्रणाली पूर्ण शून्य (-273 डिग्री सेल्सियस) से एक डिग्री से अधिक तापमान पर संचालित होती है।

इन उपलब्धियों को आपके और मेरे लिए तुच्छ लग सकता है, लेकिन सच्चाई यह है कि प्रयास के बाद प्रयास, ऐसी ग्राउंडब्रेकिंग रिसर्च हमें कल की तकनीक के एक कदम और करीब ला रही है। एक चीज जो अपरिवर्तित रहती है, हालांकि, यह है कि जो लोग क्वांटम मैकेनिक्स की शक्ति को सफलतापूर्वक हार्नेस करने में सक्षम होंगे, वे दुनिया के बाकी हिस्सों पर वर्चस्व रखेंगे। आप सोचते हैं कि वे इसका उपयोग कैसे करेंगे?