कम्प्यूटिंग
क्या क्वांटम कंप्यूटरों को एक शृंखला में जोड़ना संभव है? शोधकर्ताओं के पास जवाब है
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क्वांटम कंप्यूटिंग का विस्तार
क्वांटम कंप्यूटरों से उम्मीद है कि वे एक दिन जैव प्रौद्योगिकी, पदार्थ विज्ञान, वित्त, क्रिप्टोग्राफी और उन जटिल प्रणालियों की उन्नत गणना के लिए मुख्य तकनीक बनेंगे जिन्हें सिलिकॉन आधारित कंप्यूटर संभालने में कठिनाई महसूस करते हैं।
हालाँकि, दो चीज़ें क्वांटम कंप्यूटरों को अधिक सामान्य बनने से रोक रही हैं।
पहली बात यह है कि सिस्टम में जितने अधिक क्यूबिट (बाइनरी बिट के क्वांटम समकक्ष) होते हैं, त्रुटि उतनी ही अधिक होती है, और कोई भी अस्थिरता डोमिनो प्रभाव उत्पन्न करती है।
यह जल्द ही अतीत की समस्या बन सकता है, हालिया प्रगति के धन्यवाद जो Google (GOOGL ) और इसका Willow chip द्वारा की गई है, जो क्यूबिट की संख्या बढ़ने पर त्रुटि दर को घटाता है।
दूसरी समस्या यह है कि व्यक्तिगत क्वांटम कंप्यूटर का आकार संभवतः सीमित है, उसी तरह जैसे सिलिकॉन चिप केवल एक निश्चित शक्ति तक ही पहुँच सकती है, उसके बाद पावर सप्लाई, ओवरहीटिंग आदि समस्याएँ उत्पन्न होती हैं।
यह भी संभवतः हल हो रहा है, ऑक्सफ़ोर्ड विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं के कार्यों के धन्यवाद। उन्होंने एक वितरित क्वांटम कंप्यूटर नेटवर्क बनाया, जो सिलिकॉन-आधारित चिप वाले सर्वरों की तरह काम करता है, और संभावित रूप से क्वांटम सुपरकंप्यूटर के मार्ग को खोलता है।
शोधकर्ताओं ने अपने परिणाम प्रतिष्ठित पत्रिका Nature में “ऑप्टिकल नेटवर्क लिंक पर वितरित क्वांटम कंप्यूटिंग”1 शीर्षक से प्रकाशित किए।
क्वांटम कंप्यूटरों को जोड़ना
वर्तमान क्वांटम कंप्यूटर अलग-अलग इकाइयों के रूप में काम करते हैं। सबसे उन्नत प्रणालियों में कुछ सौ या संभवतः एक हजार क्यूबिट होते हैं।
समस्या यह है कि उन्हें बड़ा बनाना अत्यंत जटिल है, क्योंकि सिस्टम जितना बड़ा होगा, पर्यावरण से अस्थिरता और व्यवधान उतने ही अधिक होंगे, जो कंप्यूटर द्वारा उपयोग किए जाने वाले क्वांटम प्रभावों को बाधित कर सकते हैं।
साथ ही, उपयोगी गणना के लिए संभवतः लाखों क्यूबिट की आवश्यकता होगी, जिससे उद्योग संभावित रूप से एक मृत बिंदु पर पहुँच सकता है। कम से कम, तब तक जब तक क्वांटम कंप्यूटर एक-दूसरे से जुड़े नहीं होते।
और यह कहा तो आसान है, लेकिन करना कठिन है क्योंकि क्वांटम कंप्यूटर सिलिकॉन चिप्स से बहुत अलग होते हैं। पारंपरिक कंप्यूटरों में, 0 और 1 एक विद्युत संकेत होते हैं जिन्हें दूसरे मशीन तक अपेक्षाकृत आसानी से प्रेषित किया जा सकता है।
क्वांटम कंप्यूटरों के लिए, क्यूबिट की क्वांटम स्थिति ही संचारित करनी पड़ती है। ये क्वांटम स्थितियाँ बहुत विशिष्ट परिस्थितियों के बाहर स्थिर रखना कठिन होता है, आमतौर पर अल्ट्रा-लो तापमान में, जो शून्य के बिल्कुल ऊपर कुछ डिग्री होते हैं।
क्वांटम टेलीपोर्टेशन का उपयोग
पिछला क्वांटम टेलीपोर्टेशन प्रयोग
जनवरी 2025 में हमने पहला संकेत दिया था कि ऑप्टिकल फाइबर में क्वांटम टेलीपोर्टेशन संभव है। ऐसा लगा कि इसे सामान्य डेटा धाराओं के साथ साधारण ऑप्टिकल फाइबर नेटवर्क में भी ले जाया जा सकता है।
हालांकि यह विज्ञान-फ़िक्शन फिल्म की किसी कल्पनात्मक अवधारणा जैसा लगता है, क्वांटम टेलीपोर्टेशन वास्तव में दशकों से अध्ययन किया जा रहा एक वास्तविक घटना है।
यह तब होता है जब दो अलग-अलग कण ‘जुड़े/बाँधे’ जाते हैं, जिसे क्वांटम एंटैंगलमेंट कहा जाता है।
इस मामले में, जब दो कण जुड़े होते हैं, चाहे उनके बीच की दूरी कुछ भी हो, वे बड़ी दूरी पर जानकारी का आदान-प्रदान करते हैं — बिना शारीरिक रूप से वह ले जाए। कुछ मामलों में, यह संभव हो सकता है कि जानकारी का आदान-प्रदान प्रकाश की गति से भी तेज़ हो, जो सिद्धांत रूप में असंभव है।
यह एक बहुत महत्वपूर्ण पहला कदम था, क्योंकि यह संकेत देता है कि हमें नई तकनीक की आवश्यकता नहीं होगी, क्योंकि केबलें क्वांटम कंप्यूटरों के बीच क्वांटम टेलीपोर्टेशन कर सकती हैं।
लेकिन यह अभी दो क्वांटम कंप्यूटरों के बीच प्रत्यक्ष कनेक्शन नहीं था।
क्यूबिट को जोड़ना
ऑक्सफोर्ड के शोधकर्ताओं ने यही अगला कदम पूरा किया। उन्होंने फोटॉन यानी प्रकाश कणों का उपयोग करके क्यूबिट को ऑप्टिकल फाइबर से जोड़ा और उन्हें क्वांटम एंटैंगलमेंट में रखा।
स्रोत: Nature
प्रयोगशाला में मॉड्यूल लगभग दो मीटर दूर रखे गए थे और प्रत्येक में समर्पित नेटवर्क तथा सर्किट क्यूबिट थे। इससे अधिक दूरी भी संभव हो सकती है।
“इन अंतःक्रियाओं को सावधानी से अनुकूलित करके हम अलग-अलग क्वांटम कंप्यूटरों में स्थित क्यूबिट के बीच लॉजिकल क्वांटम गेट—क्वांटम कंप्यूटिंग की मूल क्रियाएँ—संचालित कर सकते हैं।
यह सफलता हमें अलग-अलग क्वांटम प्रोसेसरों को प्रभावी रूप से जोड़कर एक पूर्णतः आपस में जुड़ा क्वांटम कंप्यूटर बनाने देती है।”
Dougal Main – ऑक्सफ़ोर्ड में आयन जाल क्वांटम कंप्यूटिंग अनुसंधान समूह के स्नातक छात्र
स्रोत: Nature
प्रयोग में ट्रैप्ड-आयन मॉड्यूल वाले क्वांटम कंप्यूटर इस्तेमाल किए गए। इनमें सामान्यतः बहुत कम क्यूबिट होते हैं, लेकिन विश्वसनीयता और दक्षता कहीं अधिक होती है। समान संख्या के क्यूबिट अन्य तरीकों की तुलना में 100 से 1,000 गुना अधिक विश्वसनीय परिणाम दे सकते हैं।
स्रोत: Quantinuum
उच्च दक्षता
नेटवर्क से जुड़े क्यूबिटों के एंटैंगलमेंट ने 86% फिडेलिटी हासिल की।
Grover खोज एल्गोरिदम चलाने पर सफलता दर 71% रही। यह एक उपयोगी गणना मानक है जिसमें क्वांटम कंप्यूटर सामान्य कंप्यूटरों से बहुत बेहतर प्रदर्शन करते हैं।
Grover खोज एल्गोरिदम सुपरपोज़िशन और एंटैंगलमेंट का उपयोग करके कई संभावनाओं को समानांतर में जाँचता है और बड़े, असंरचित डेटा समूह में किसी वस्तु को सामान्य कंप्यूटर से बहुत तेजी से खोजता है।
यह परिणाम असाधारण रूप से ऊँचा है, खासकर इसलिए कि विधि में किसी अनुकूलन या सुधार से पहले ही पहली बार यह उपलब्धि हासिल हुई।
इस खोज का प्रभाव
क्वांटम सुपरकंप्यूटर?
इससे क्वांटम कंप्यूटर बनाने का बिल्कुल नया तरीका खुलता है, जो अलग-अलग उपप्रणालियों द्वारा अपनी गणनाएँ साझा करके बने सुपरकंप्यूटरों की नकल करता है।
ऐसी प्रणाली बहुत अधिक मॉड्यूलर भी होगी और लगातार जटिल होते विशाल केंद्रीकृत क्वांटम कंप्यूटर की आवश्यकता नहीं पड़ेगी।
मॉड्यूलों को फोटॉनिक लिंक से जोड़ने पर प्रणाली को उपयोगी लचीलापन मिलता है और पूरे ढाँचे को बाधित किए बिना मॉड्यूल उन्नत या बदले जा सकते हैं।
Dougal Main – ऑक्सफ़ोर्ड में आयन जाल क्वांटम कंप्यूटिंग अनुसंधान समूह के स्नातक छात्र
स्रोत: Nature
ट्रैप्ड-आयन तकनीक का पुनरुत्थान
अब तक ट्रैप्ड-आयन तकनीक सबसे विश्वसनीय और व्यावहारिक उपयोग के सबसे करीब रही है, लेकिन एक प्रणाली में अधिक क्यूबिट जोड़ना कठिन है। इसी कारण माना जाता था कि सुपरकंडक्टिंग क्यूबिट वाले अन्य सिस्टम ही क्वांटम कंप्यूटर का अंतिम रूप होंगे।
यदि बेहतर नेटवर्किंग से ट्रैप्ड-आयन तकनीक इस सीमा को पार कर लेती है, तो यह धारणा बदल सकती है। इस क्षेत्र में विशेषज्ञ कंपनियाँ निवेशकों के लिए कहीं अधिक आकर्षक हो जाएँगी।
ट्रैप्ड-आयन क्वांटम कंप्यूटिंग कंपनी
IonQ
IonQ ट्रैप्ड-आयन तकनीक का उपयोग करने वाली क्वांटम कंप्यूटिंग कंपनी है। इसे University of Maryland और Duke University के अग्रणी वैज्ञानिकों ने स्थापित किया और 2021 में NYSE पर सूचीबद्ध किया।
IonQ के प्लेटफॉर्म 99.9% फिडेलिटी वाले परिणाम दे सकते हैं। कंपनी अभी 64 बेरियम आयनों की शृंखला इस्तेमाल करती है, जो 36 एल्गोरिदमिक क्यूबिट (AQ) देती है। शृंखला संरचना फिडेलिटी घटाए बिना अन्य ट्रैप्ड-आयन डिजाइनों से कहीं तेज गणना करती है।
स्रोत: IonQ
IonQ ने जनवरी 2025 में Qubitekk का अधिग्रहण किया और उसकी टीम तथा 118 पेटेंट अपने परिचालन में जोड़े। Qubitekk फोटॉनिक इंटरकनेक्ट से क्वांटम नेटवर्क और क्लस्टर बनाने तथा क्वांटम इंटरनेट की क्षमता बढ़ाने में विशेषज्ञ है।
क्वांटम नेटवर्क अत्यधिक सुरक्षित संचार को आसान बनाएँगे और अंततः वितरित क्वांटम कंप्यूटिंग संभव करेंगे। क्षेत्र की तेज प्रगति को देखते हुए इस विषय की विशेषज्ञता और बौद्धिक संपदा IonQ के भविष्य के लिए निर्णायक हो सकती है।
IonQ भविष्य के डेटा सेंटरों के अनुकूल क्वांटम कंप्यूटर विकसित करने के लिए NKT Photonics (NKT.CO) के साथ साझेदारी भी विकसित कर रही है।
यह Imec के साथ भी सहयोग कर रहा है फोटॉनिक इंटीग्रेटेड सर्किट और चिप-स्केल आयन ट्रैप तकनीक पर, ताकि कंपनी की क्यूबिट संख्या, सिस्टम आकार और लागत को स्केल किया जा सके।
अपना SDK (Software Development Kit) बनाने के बजाय कंपनी सभी प्रमुख SDK का समर्थन करती है और नए क्वांटम कंप्यूटिंग अनुप्रयोगों के विकास के लिए कई अग्रणी कंपनियों के साथ साझेदारी करती है।
स्रोत: IonQ
IonQ उन निवेशकों के लिए शुद्ध क्वांटम कंप्यूटिंग स्टॉक के सबसे करीब है जो Google, Intel (INTC ), IBM, या Honeywell जैसे अन्य प्रमुखों की मुख्य गतिविधियों में रुचि नहीं रखते।
इसलिए अपने प्रतिस्पर्धी Quantinuum, जो Honeywell का हिस्सा है (HON ), के साथ मिलकर, IonQ व्यावसायिक क्वांटम कंप्यूटर विकसित करने के करीब है, जिसका फोकस उच्च फिडेलिटी, कम क्यूबिट संख्या वाले ट्रैप्ड-आयन सिस्टम पर है।
उसकी शुरुआती सफलता ने इसे अन्य क्वांटम कंप्यूटिंग नवप्रवर्तकों के साथ साझेदारियों का एक मजबूत नेटवर्क बनाने में मदद की है, ताकि इस तकनीक को आगे बढ़ाया जा सके, और हाल ही में नेटवर्केड क्वांटम कंप्यूटरों पर पुनः ध्यान केंद्रित किया गया है।
अध्ययन संदर्भ:
1. Main, D., Drmota, P., Nadlinger, D.P., et al.(2025) Distributed quantum computing across an optical network link. Nature 638, 383–388. https://doi.org/10.1038/s41586-024-08404-x
