क्वांटम कंप्यूटिंग युग तभी शुरू होगा जब हम “शोर” को शांत करेंगे: भारत के राष्ट्रीय क्वांटम मिशन का आकलन

क्वांटम कंप्यूटिंग इक्कीसवीं सदी की सबसे महत्वपूर्ण तकनीकी सीमाओं में से एक है, जो क्रिप्टोग्राफी और सामग्री विज्ञान से लेकर लॉजिस्टिक्स अनुकूलन और औषधि खोज तक के क्षेत्रों में क्रांति लाने का वादा करती है। द हिंदू में एक विस्तृत विशेष लेख वैश्विक क्वांटम कंप्यूटिंग अनुसंधान की वर्तमान स्थिति की जाँच करता है और उन महत्वपूर्ण हार्डवेयर सीमाओं को उजागर करता है जो क्वांटम कंप्यूटिंग की संभावनाओं को व्यावहारिक, रोजमर्रा के प्रदर्शन से अलग करना जारी रखती हैं—यह अंतर अप्रैल 2023 में केंद्र सरकार द्वारा स्वीकृत भारत के महत्वाकांक्षी ₹6,000 करोड़ के राष्ट्रीय क्वांटम मिशन (NQM) से सीधे प्रासंगिक है।

यह विषय भारत के तकनीकी एवं सामरिक भविष्य के लिए महत्वपूर्ण है क्योंकि क्वांटम कंप्यूटिंग बैंकिंग लेनदेन से लेकर राष्ट्रीय रक्षा संचार तक हर चीज को सुरक्षित करने वाली मौजूदा क्रिप्टोग्राफिक प्रणालियों को बाधित करने की धमकी देती है, साथ ही औषधि अनुसंधान के लिए आणविक संरचनाओं का अनुकरण करने और बिजली ग्रिड एवं वित्तीय बाज़ारों जैसी जटिल प्रणालियों को अनुकूलित करने में परिवर्तनकारी क्षमताएँ भी प्रदान करती है। इस वैश्विक दौड़ में भारत की स्थिति—एक नियम-निर्माता के रूप में या एक प्रौद्योगिकी-ग्राहक के रूप में—2030 के दशक की शुरुआत तक इसकी डिजिटल संप्रभुता और आर्थिक प्रतिस्पर्धात्मकता को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करेगी।

UPSC और SSC अभ्यर्थियों के लिए, यह विषय एक उभरते विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी विषय का प्रमुख उदाहरण है जो प्रारंभिक और मुख्य दोनों परीक्षाओं में नियमित रूप से आता है, जो अभ्यर्थियों की मूल वैज्ञानिक सिद्धांतों तथा भारत के नवाचार पारिस्थितिकी तंत्र के लिए उनके नीतिगत निहितार्थों की समझ का परीक्षण करता है।

पृष्ठभूमि एवं संदर्भ

क्वांटम यांत्रिकी, भौतिकी की वह शाखा जो परमाणु एवं उप-परमाणु स्तर पर पदार्थ एवं ऊर्जा को नियंत्रित करती है, शास्त्रीय यांत्रिकी से मौलिक रूप से भिन्न है क्योंकि कण एक साथ कई अवस्थाओं में विद्यमान रह सकते हैं—एक घटना जिसे सुपरपोज़िशन कहा जाता है—और भौतिक दूरी की परवाह किए बिना परस्पर सहसंबद्ध हो सकते हैं, जिसे एंटैंगलमेंट कहा जाता है। ये दोनों गुण क्वांटम कंप्यूटिंग की सैद्धांतिक आधारशिला बनाते हैं, जिसकी अवधारणा सर्वप्रथम भौतिक विज्ञानी पॉल बेनिऑफ द्वारा 1980 में प्रस्तुत की गई और बाद में रिचर्ड फाइनमैन, डेविड ड्यूश तथा पीटर शोर सहित वैज्ञानिकों द्वारा विकसित की गई।

पाँच महत्वपूर्ण मुख्य बिंदु

• अप्रैल 2023 में ₹6,000 करोड़ से अधिक के परिव्यय के साथ स्वीकृत भारत का राष्ट्रीय क्वांटम मिशन, मध्यम-स्तरीय क्वांटम कंप्यूटर बनाने तथा 2031 तक भारत को क्वांटम प्रौद्योगिकी विकास में अग्रणी राष्ट्रों में स्थापित करने का लक्ष्य रखता है।
• गूगल क्वांटम AI की 2024 की सफलता, जो नेचर पत्रिका में प्रकाशित हुई, ने पहली बार यह प्रदर्शित किया कि 3×3 से 7×7 जालक विन्यास में भौतिक क्यूबिट की संख्या बढ़ाने से एन्कोडेड त्रुटि दर दोगुनी कम हो गई, जो क्वांटम कंप्यूटिंग की केंद्रीय चुनौती—शोर एवं त्रुटियों—को संबोधित करती है।
• समकालीन क्वांटम प्रोसेसरों की त्रुटि दर 0.1% से 1% के बीच है, अर्थात प्रत्येक 100 से 1,000 क्वांटम संक्रियाओं में से एक में त्रुटि होती है, जबकि शास्त्रीय कंप्यूटरों में लगभग प्रत्येक क्विंटिलियन (एक के बाद 18 शून्य) संक्रियाओं में एक बार त्रुटि होती है।
• क्वांटम कंप्यूटर विविध हार्डवेयर आर्किटेक्चर का उपयोग करते हैं, जिनमें सुपरकंडक्टिंग क्यूबिट (गूगल के विलो प्रोसेसर में प्रयुक्त), ट्रैप्ड-आयन क्यूबिट, फोटोनिक क्यूबिट, तथा न्यूक्लियर मैग्नेटिक रेजोनेंस (NMR) क्यूबिट शामिल हैं, प्रत्येक की अपनी विशिष्ट विशेषताएँ एवं इंजीनियरिंग चुनौतियाँ हैं।
• गूगल क्वांटम AI के प्रवक्ताओं सहित उद्योग विशेषज्ञ चेतावनी देते हैं कि अभी तक किसी भी क्वांटम कंप्यूटर ने ऐसी व्यावसायिक रूप से प्रासंगिक समस्या का प्रदर्शन नहीं किया है जिसे शास्त्रीय सुपरकंप्यूटर द्वारा हल न किया जा सके, जो रेखांकित करता है कि व्यावहारिक क्वांटम लाभ वर्तमान वास्तविकता के बजाय एक भविष्य का मील का पत्थर बना हुआ है।

क्वांटम लाभ के पीछे का विज्ञान

शास्त्रीय कंप्यूटर सूचना को बिट्स का उपयोग करके संसाधित करते हैं जो निश्चित रूप से या तो 0 या 1 के रूप में विद्यमान होते हैं। क्वांटम कंप्यूटर क्यूबिट का उपयोग करते हैं, जो सुपरपोज़िशन में विद्यमान हो सकते हैं—एक साथ 0, 1, तथा बीच की प्रत्येक अवस्था को दर्शाते हुए—जो गणनात्मक समानांतरता को नाटकीय रूप से विस्तृत करता है। एंटैंगलमेंट के साथ संयुक्त होने पर, जहाँ एक क्यूबिट की अवस्था दूरी की परवाह किए बिना तुरंत दूसरे को प्रभावित करती है, क्वांटम कंप्यूटर सैद्धांतिक रूप से कुछ श्रेणियों की समस्याओं—विशेष रूप से बड़े पैमाने के अनुकूलन एवं आणविक अनुकरण से जुड़ी समस्याओं—को शास्त्रीय मशीनों की तुलना में घातांकीय रूप से तेजी से हल करने की क्षमता प्राप्त कर लेते हैं।

शोर की समस्या एवं त्रुटि सुधार

लेख में विस्तार से बताई गई केंद्रीय इंजीनियरिंग चुनौती यह है कि क्यूबिट अत्यंत नाजुक होते हैं तथा “डीकोहेरेंस” के प्रति संवेदनशील होते हैं—पर्यावरण के साथ अंतःक्रिया के माध्यम से अपने क्वांटम गुणों को खो देना। इसके लिए अत्यधिक अलगाव आवश्यक है, जिसमें शीतलन प्रणालियाँ शामिल हैं जो क्यूबिट को परम शून्य (-273°C) के निकट तापमान तक ले जाती हैं। वैज्ञानिक इसे क्वांटम त्रुटि सुधार के माध्यम से संबोधित करते हैं, जो कई भौतिक क्यूबिट को एक अधिक विश्वसनीय “लॉजिकल क्यूबिट” में संयोजित करता है। गूगल के विलो प्रोसेसर ने प्रदर्शित किया कि यह दृष्टिकोण बड़े पैमाने पर काम कर सकता है, जो शोधकर्ताओं द्वारा “फॉल्ट-टॉलरेंट क्वांटम कंप्यूटिंग” कहे जाने वाले लक्ष्य की दिशा में एक महत्वपूर्ण मील का पत्थर है।

भारत की सामरिक स्थिति एवं अनुप्रयोग

IIT-मद्रास तथा भारतीय विज्ञान संस्थान सहित भारतीय शोधकर्ता, NQM ढाँचे के अंतर्गत क्वांटम सामग्री, उपकरणों एवं एल्गोरिदम पर सक्रिय रूप से कार्य कर रहे हैं। भारत के लिए सीधे प्रासंगिक संभावित अनुप्रयोगों में भारत के जटिल लॉजिस्टिक्स एवं परिवहन नेटवर्क का अनुकूलन, अधिक सटीक मानसून पूर्वानुमान हेतु जलवायु प्रणालियों का मॉडलिंग, भविष्य के क्वांटम-सक्षम डिक्रिप्शन खतरों के विरुद्ध डिजिटल संचार को सुरक्षित करना (भारत के डिजिटल पब्लिक इंफ्रास्ट्रक्चर को देखते हुए एक चिंता), तथा भारत में प्रचलित बीमारियों के लिए औषधि खोज को तेज करना शामिल हैं।

वैश्विक प्रतिस्पर्धी परिदृश्य

अमेरिका, गूगल एवं IBM जैसी कंपनियों के माध्यम से, तथा चीन और यूरोपीय संघ ने क्वांटम कंप्यूटिंग में आक्रामक निवेश किया है। गूगल अगले पाँच वर्षों के भीतर एक दीर्घकालिक, त्रुटि-सुधारित लॉजिकल क्यूबिट प्रदर्शित करने की अपेक्षा रखता है, जबकि IBM ने फॉल्ट-टॉलरेंट क्वांटम कंप्यूटर के लिए 2029 का लक्ष्य निर्धारित किया है। भारत का NQM, घरेलू मानकों के अनुसार महत्वपूर्ण होते हुए भी, अग्रणी वैश्विक खिलाड़ियों के निवेश के पैमाने की तुलना में विनम्र बना हुआ है, जो यह प्रश्न उठाता है कि क्या भारत स्वदेशी क्वांटम हार्डवेयर क्षमता विकसित कर पाएगा या मुख्यतः विदेशी क्वांटम बुनियादी ढाँचे एवं क्लाउड-आधारित क्वांटम कंप्यूटिंग पहुँच पर निर्भर रहेगा।

आगे की राह

भारत को समर्पित स्नातकोत्तर एवं डॉक्टरेट कार्यक्रमों के माध्यम से विशेष क्वांटम प्रतिभा के निर्माण को प्राथमिकता देनी चाहिए, क्योंकि क्वांटम इंजीनियरिंग के लिए भौतिकी, कंप्यूटर विज्ञान, तथा सामग्री इंजीनियरिंग में फैली अंतःविषयक विशेषज्ञता आवश्यक है। प्रौद्योगिकी हस्तांतरण के लिए वैश्विक क्वांटम अग्रणियों के साथ सामरिक साझेदारियाँ, साथ ही महत्वपूर्ण क्वांटम हार्डवेयर घटकों के लिए स्वदेशी विनिर्माण क्षमता का निर्माण, दीर्घकालिक निर्भरता को कम करेगा। भारत को आधार एवं UPI जैसी महत्वपूर्ण बुनियादी संरचना एवं डिजिटल सार्वजनिक वस्तुओं को भविष्य के क्वांटम डिक्रिप्शन जोखिमों से बचाने के लिए तत्काल पोस्ट-क्वांटम क्रिप्टोग्राफी मानक भी विकसित करने चाहिए, जिसके लिए इलेक्ट्रॉनिक्स एवं सूचना प्रौद्योगिकी मंत्रालय तथा राष्ट्रीय सुरक्षा एजेंसियों के बीच घनिष्ठ समन्वय आवश्यक है।

UPSC और SSC परीक्षाओं के लिए प्रासंगिकता

यह विषय UPSC मुख्य परीक्षा के लिए GS-III (विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी, प्रौद्योगिकी का स्वदेशीकरण, उभरती प्रौद्योगिकियों में विकास) के अंतर्गत आता है, तथा UPSC प्रारंभिक परीक्षा के करेंट अफेयर्स एवं SSC सामान्य जागरूकता खंडों के लिए एक आवर्ती विषय है। याद रखने योग्य मुख्य शब्द: राष्ट्रीय क्वांटम मिशन (2023), क्यूबिट, सुपरपोज़िशन, एंटैंगलमेंट, डीकोहेरेंस, क्वांटम त्रुटि सुधार, सुपरकंडक्टिंग/ट्रैप्ड-आयन/फोटोनिक क्यूबिट, तथा फॉल्ट-टॉलरेंट क्वांटम कंप्यूटिंग।