क्वांटम कंप्यूटर क्या हैं?

क्वांटम कंप्यूटरों में गणनाओं की विविधता और सटीकता को नाटकीय रूप से बढ़ाने की क्षमता है, जो कंप्यूटरों के लिए नए अनुप्रयोग खोलते हैं और भौतिक घटनाओं के हमारे मॉडल को बेहतर बनाते हैं। फिर भी, जबकि क्वांटम कंप्यूटरों को मीडिया में बढ़ती कवरेज मिल रही है, तब भी कई लोग यह निश्चित नहीं हैं कि क्वांटम कंप्यूटर नियमित कंप्यूटरों से कैसे भिन्न हैं। आइए जानें कि क्वांटम कंप्यूटर कैसे काम करते हैं, उनके कुछ अनुप्रयोग, और उनका आने वाला भविष्य।

क्वांटम कंप्यूटर क्या है?

इससे पहले कि हम सार्थक रूप से जांच कर सकें कि क्वांटम कंप्यूटर कैसे संचालित होते हैं, हमें पहले क्वांटम कंप्यूटरों को परिभाषित करने की आवश्यकता है। क्वांटम कंप्यूटर की संक्षिप्त परिभाषा यह है: एक कंप्यूटर, जो क्वांटम यांत्रिकी पर आधारित है, जो पारंपरिक कंप्यूटरों की तुलना में बहुत अधिक दक्षता के साथ कुछ जटिल गणनाएं करने में सक्षम है। यह क्वांटम कंप्यूटरों की एक त्वरित परिभाषा है, लेकिन हम यह समझने के लिए कुछ समय लेना चाहेंगे कि क्वांटम कंप्यूटर पारंपरिक कंप्यूटरों से क्या अलग करता है। नियमित कंप्यूटर एक द्विआधारी प्रणाली के साथ सूचना को कोडित करते हैं: डेटा के प्रत्येक बिट को एक या शून्य के रूप में प्रस्तुत करते हैं। पाठ, छवियों और ऑडियो जैसी जटिल जानकारी के खंडों को प्रस्तुत करने के लिए एक और शून्य की श्रृंखलाएं एक साथ जोड़ी जाती हैं। फिर भी इन द्विआधारी प्रणालियों में, जानकारी केवल एक और शून्य के रूप में ही संग्रहीत की जा सकती है, जिसका अर्थ है कि डेटा को कैसे दर्शाया और व्याख्या किया जाता है, इसकी एक सख्त सीमा है और जैसे-जैसे डेटा अधिक जटिल होता जाता है, वह आवश्यक रूप से एक और शून्य की लंबी और लंबी स्ट्रिंग्स बन जाता है। क्वांटम कंप्यूटर डेटा को अधिक कुशलता से संग्रहीत और व्याख्या करने में सक्षम हैं, क्योंकि वे डेटा का प्रतिनिधित्व करने के लिए बिट्स का उपयोग नहीं करते हैं, बल्कि वे “क्यूबिट्स” का उपयोग करते हैं। क्यूबिट्स फोटॉन और इलेक्ट्रॉन जैसे उपपरमाण्विक कण हैं। क्यूबिट्स में कुछ दिलचस्प गुण होते हैं जो उन्हें गणना की नई विधियों के लिए उपयोगी बनाते हैं। क्यूबिट्स में दो गुण होते हैं जिनका कंप्यूटर इंजीनियर लाभ उठा सकते हैं: सुपरपोजिशन और एंटैंगलमेंट। क्वांटम सुपरपोजिशन क्यूबिट्स को केवल “एक” अवस्था या “शून्य” अवस्था में ही नहीं, बल्कि इन अवस्थाओं के बीच एक सातत्य पर मौजूद रहने की अनुमति देते हैं, जिसका अर्थ है कि क्यूबिट्स का उपयोग करके अधिक जानकारी रखी जा सकती है। इस बीच, क्वांटम एंटैंगलमेंट एक ऐसी घटना को संदर्भित करता है जहां क्यूबिट्स के जोड़े उत्पन्न किए जा सकते हैं और यदि एक क्यूबिट को बदला जाता है तो दूसरे क्यूबिट को भी एक पूर्वानुमेय तरीके से बदला जाता है। इन क्वांटम गुणों का उपयोग जटिल डेटा को अधिक कुशल तरीकों से प्रस्तुत करने और संरचित करने के लिए किया जा सकता है।

क्वांटम कंप्यूटर कैसे संचालित होते हैं

क्वांटम “सुपरपोजिशन” को उनके नाम इसलिए मिला है क्योंकि वे एक समय में एक से अधिक स्थिति में हो सकते हैं। जबकि बिट्स केवल दो स्थितियों में हो सकते हैं, क्यूबिट्स एक साथ कई अवस्थाओं में मौजूद हो सकते हैं। क्वांटम सुपरपोजिशन के अस्तित्व के कारण भी, एक क्वांटम कंप्यूटर एक ही समय में कई अलग-अलग संभावित परिणामों की गणना करने में सक्षम है। एक बार गणना पूरी हो जाने के बाद, क्यूबिट्स को मापा जाता है, जो क्वांटम अवस्था के 0 या 1 में पतन के माध्यम से एक अंतिम परिणाम बनाता है, जिसका अर्थ है कि परिणाम की व्याख्या पारंपरिक कंप्यूटरों द्वारा की जा सकती है। क्वांटम कंप्यूटिंग शोधकर्ता और इंजीनियर माइक्रोवेव या सटीक लेजर का उपयोग करके क्यूबिट्स की स्थिति को बदल सकते हैं। कंप्यूटर इंजीनियर कंप्यूटरों की प्रसंस्करण शक्ति में नाटकीय सुधार के लिए क्वांटम एंटैंगलमेंट का लाभ उठा सकते हैं। क्वांटम एंटैंगलमेंट इस तथ्य को संदर्भित करता है कि दो क्यूबिट्स को इस तरह से एक साथ जोड़ा जा सकता है कि एक क्यूबिट को बदलने से दूसरे क्यूबिट को एक विश्वसनीय तरीके से बदल दिया जाता है। यह पूरी तरह से समझा नहीं गया है कि क्यूबिट्स ऐसा संबंध क्यों स्थापित कर सकते हैं या यह घटना वास्तव में कैसे काम करती है, लेकिन वैज्ञानिक इसे क्वांटम कंप्यूटरों के लिए संभावित रूप से लाभ उठाने के लिए पर्याप्त रूप से समझते हैं। क्वांटम एंटैंगलमेंट के कारण, एक क्वांटम मशीन में अतिरिक्त क्यूबिट्स को जोड़ने से न केवल कंप्यूटर की प्रसंस्करण शक्ति दोगुनी हो जाती है, बल्कि यह प्रसंस्करण शक्ति को घातीय रूप से बढ़ा सकता है। यदि यह सब कुछ अमूर्त लगता है, तो हम एक भूलभुलैया की कल्पना करके वर्णन कर सकते हैं कि सुपरपोजिशन कैसे उपयोगी हैं। एक सामान्य कंप्यूटर के लिए एक भूलभुलैया को हल करने का प्रयास करने के लिए, उसे एक सफल मार्ग मिलने तक भूलभुलैया के प्रत्येक पथ को आजमाना चाहिए। हालाँकि, एक क्वांटम कंप्यूटर अनिवार्य रूप से सभी अलग-अलग रास्तों का एक साथ पता लगा सकता है, क्योंकि यह किसी एक दी गई अवस्था से बंधा नहीं है। यह सब कहने का तात्पर्य यह है कि एंटैंगलमेंट और सुपरपोजिशन के गुण क्वांटम कंप्यूटरों को उपयोगी बनाते हैं क्योंकि वे अनिश्चितता से निपट सकते हैं, वे अधिक संभावित अवस्थाओं और परिणामों का पता लगाने में सक्षम हैं। क्वांटम कंप्यूटर वैज्ञानिकों और इंजीनियरों को बेहतर ढंग से मॉडल बनाने और उन स्थितियों को समझने में मदद करेंगे जो बहु-पहलू वाली हैं, जिनमें कई चर हैं।

क्वांटम कंप्यूटरों का उपयोग किस लिए किया जाता है?

अब जबकि हमारे पास क्वांटम कंप्यूटरों के संचालन के लिए एक बेहतर अंतर्ज्ञान है, तो आइए क्वांटम कंप्यूटरों के संभावित उपयोग के मामलों का पता लगाएं। हम पहले ही इस तथ्य की ओर इशारा कर चुके हैं कि क्वांटम कंप्यूटरों का उपयोग पारंपरिक गणनाओं को बहुत तेज गति से करने के लिए किया जा सकता है। हालाँकि, क्वांटम कंप्यूटर तकनीक का उपयोग उन चीजों को हासिल करने के लिए किया जा सकता है जो पारंपरिक कंप्यूटरों के साथ संभव नहीं हैं, या अत्यधिक अव्यावहारिक हैं। क्वांटम कंप्यूटरों के सबसे आशाजनक और दिलचस्प अनुप्रयोगों में से एक कृत्रिम बुद्धिमत्ता के क्षेत्र में है। क्वांटम कंप्यूटरों में तंत्रिका नेटवर्क द्वारा बनाए गए मॉडलों के साथ-साथ उनका समर्थन करने वाले सॉफ़्टवेयर को बेहतर बनाने की शक्ति है। Google वर्तमान में अपने क्वांटम कंप्यूटरों का उपयोग सेल्फ-ड्राइविंग वाहनों के निर्माण में सहायता के लिए कर रहा है। क्वांटम कंप्यूटरों की रासायनिक अंतःक्रियाओं और प्रतिक्रियाओं के विश्लेषण में भी भूमिका है। यहां तक कि सबसे उन्नत सामान्य कंप्यूटर भी केवल अपेक्षाकृत सरल अणुओं के बीच प्रतिक्रियाओं का मॉडल बना सकते हैं, जो वे संबंधित अणुओं के गुणों का अनुकरण करके प्राप्त करते हैं। हालाँकि, क्वांटम कंप्यूटर शोधकर्ताओं को ऐसे मॉडल बनाने की अनुमति देते हैं जिनमें उनके द्वारा शोध किए जा रहे अणुओं के समान सटीक क्वांटम गुण होते हैं। तेज़, अधिक सटीक अणु मॉडलिंग नई चिकित्सीय दवाओं और ऊर्जा प्रौद्योगिकी के निर्माण में उपयोग के लिए नई सामग्रियों के निर्माण में सहायता करेगी, जैसे कि अधिक कुशल सौर पैनल। क्वांटम कंप्यूटरों का उपयोग मौसम का बेहतर अनुमान लगाने के लिए भी किया जा सकता है। मौसम कई घटनाओं का संगम है और मौसम के पैटर्न की भविष्यवाणी करने के लिए उपयोग किए जाने वाले सूत्र जटिल होते हैं, जिनमें कई चर होते हैं। मौसम की भविष्यवाणी करने के लिए आवश्यक सभी गणनाओं को करने में बेहद लंबा समय लग सकता है, जिसके दौरान मौसम की स्थिति स्वयं विकसित हो सकती है। सौभाग्य से, मौसम की भविष्यवाणी करने के लिए उपयोग किए जाने वाले समीकरणों में एक तरंग प्रकृति होती है जिसका एक क्वांटम कंप्यूटर शोषण कर सकता है। क्वांटम कंप्यूटर शोधकर्ताओं को अधिक सटीक जलवायु मॉडल बनाने में मदद कर सकते हैं, जो एक ऐसी दुनिया में