कम्प्यूटिंग
QNodeOS: पहला ऑपरेटिंग सिस्टम क्वांटम नेटवर्किंग में क्रांति लाता है
क्वांटम कंप्यूटिंग की अचानक उछाल
क्वांटम कंप्यूटिंग ने पिछले कुछ महीनों में महत्वपूर्ण प्रगति की है।
यह शुरू हुआ दिसंबर 2024 में गूगल की विलो, संभवतः पहला स्केलेबल क्वांटम चिप। इसके बाद आया ऑप्टिकल नेटवर्क लिंक पर पहला वितरित क्वांटम कंप्यूटिंग का समाचार, जिससे क्वांटम कंप्यूटरों को सामान्य सर्वरों की तरह समर्पित सर्वरों में नेटवर्क करने का मार्ग खुला।
यह भी स्पष्ट हो गया कि मार्ग खुल रहा है कई क्वांटम कंप्यूटरों को एक साथ नेटवर्क करने के लिए।
साथ ही, अधिक शक्तिशाली और विश्वसनीय चिप्स, और अधिक कनेक्शन के साथ, यह स्पष्ट है कि क्वांटम सिस्टम की कंप्यूटिंग क्षमता बहुत जल्द विस्फोटक रूप से बढ़ेगी।
क्वांटम कंप्यूटिंग का अगला चरण
जैसे-जैसे हार्डवेयर समस्याओं का समाधान हो रहा है, क्वांटम कंप्यूटिंग क्षेत्र क्लासिकल कंप्यूटिंग के समान चरणों से गुजरने वाला है। इसका मतलब है कि हम 1940 और 1950 के दशक की प्रयोगात्मक उपकरणों और अत्यधिक विशिष्ट, कस्टम-निर्मित प्रणालियों के युग से बाहर निकल रहे हैं और व्यावसायीकरण चरण में प्रवेश कर रहे हैं।
यह एक साथ निम्नलिखित द्वारा विशेषित होगा:
- ऑपरेशनल मेनफ़्रेम्स के निर्माण का युग, जहाँ बड़े कंप्यूटर मुख्यतः अनुसंधान, रक्षा या व्यावसायिक उद्देश्यों के लिए उपयोग होते हैं।
- इन नई डिवाइसों के लिए नई अनुप्रयोग लगभग रोज़ाना खोजे जा रहे हैं।
- प्रोग्रामिंग भाषाओं, ऑपरेटिंग सिस्टम और अन्य टूल्स का विकास, जिससे क्वांटम मेनफ़्रेम की गणना शक्ति का बेहतर उपयोग हो सके।
उस दिशा में एक ठोस कदम डेल्फ़्ट यूनिवर्सिटी ऑफ़ टेक्नोलॉजी (नीदरलैंड), यूनिवर्सिटेट इन्सब्रुक (ऑस्ट्रिया), सोरबोन यूनिवर्सिटी (फ़्रांस), एकोले नॉर्माल सुपीरियर (फ़्रांस) के शोधकर्ताओं ने quantum operating system (OS)1 बनाकर उठाया है।
यह कार्य प्रतिष्ठित जर्नल नेचर में प्रकाशित हुआ, शीर्षक “क्वांटम नेटवर्क नोड्स पर एप्लिकेशन चलाने के लिए एक ऑपरेटिंग सिस्टम” के तहत।
यह प्रोजेक्ट क्वांटम इंटरनेट एलायंस (QIA) के तहत बनाया गया, जो एक यूरोपीय पहल है जिसका लक्ष्य एक प्रोटोटाइप क्वांटम इंटरनेट नेटवर्क बनाना है।
क्वांटम कंप्यूटिंग को सुलभ बनाना
पहले कंप्यूटरों को इलेक्ट्रॉनिक विशेषज्ञों द्वारा प्रोग्राम किया जाता था, जो वैक्यूम ट्यूबों और पहले मेनफ़्रेम कंप्यूटरों के हार्डवेयर की जटिलताओं को समझते थे।
यह बदल गया, क्योंकि प्रोग्रामिंग धीरे-धीरे एक स्वतंत्र क्षेत्र बन गई, जहाँ प्रोग्रामरों को कंप्यूटर के कार्य करने के तरीके को समझने की आवश्यकता नहीं रहती थी, केवल गणना करने के लिए।
क्वांटम कंप्यूटिंग सिस्टम की जटिलता को देखते हुए, जहाँ Majorana 1 के मामले में पूरी तरह नया पदार्थ अवस्था आविष्कार किया गया है, यह अपेक्षित है कि प्रोग्रामरों को क्वांटम कंप्यूटरों को प्रोग्राम करने के लिए समान उपकरणों की आवश्यकता होगी।
यह विशेष रूप से सत्य है क्योंकि क्वांटम कंप्यूटिंग के अधिकांश अनुप्रयोग बहुत जटिल विज्ञानों जैसे जीवविज्ञान, भौतिकी, सामग्री विज्ञान, रसायन विज्ञान, क्रिप्टोग्राफी आदि में होते हैं। इसलिए यह असंभव है कि वैज्ञानिकों को अपने क्षेत्र में शीर्ष पर रहने के साथ-साथ क्वांटम हार्डवेयर विशेषज्ञ भी बनना पड़े।
“सिस्टम आपके घर के कंप्यूटर पर सॉफ़्टवेयर की तरह है: इसे उपयोग करने के लिए आपको हार्डवेयर के काम करने के तरीके को जानने की जरूरत नहीं है।
नेटवर्किंग हार्डवेयर और सॉफ़्टवेयर के बीच की बाधा को मूल रूप से हटाकर, ऑपरेटिंग सिस्टम डेवलपर्स को आसानी से और विभिन्न हार्डवेयर समाधान के व्यापक स्पेक्ट्रम में एप्लिकेशन बनाने की अनुमति देगा।
Mariagrazia Iuliano, PhD student at QuTech.
हार्डवेयर को अनदेखा करना
क्वांटम कंप्यूटरों का इंटरकनेक्शन अब तक हार्डवेयर स्तर पर रहा है, ऑप्टिकल फाइबर नेटवर्क और क्वांटम टेलीपोर्टेशन के माध्यम से कण एंटैंगलमेंट हासिल करना।
वास्तव में उपयोगी होने के लिए, क्वांटम नेटवर्क को हार्डवेयर-निर्पेक्ष नेटवर्किंग स्तर की आवश्यकता होगी, जो इस बात के समान हो कि कंप्यूटर वर्तमान में संदेश ट्रांसफ़र के माध्यम से एक-दूसरे के साथ कैसे इंटरैक्ट करते हैं।
स्रोत: Nature
इसलिए शोधकर्ताओं ने QNodeOS, एक ऑपरेटिंग सिस्टम बनाया जो क्वांटम हार्डवेयर से “बातचीत” करने और सामान्य नेटवर्किंग विधियों के माध्यम से प्रोग्राम करने और इंटरैक्ट करने को संभव बनाता है।
“हमारे शोध का लक्ष्य क्वांटम नेटवर्क तकनीक को सभी तक पहुँचाना है। QNodeOS के साथ हम एक बड़ा कदम आगे बढ़ा रहे हैं। हम पहली बार क्वांटम नेटवर्क पर एप्लिकेशन को आसानी से प्रोग्राम और निष्पादित करने को संभव बना रहे हैं।
हमारा कार्य एक ऐसा फ्रेमवर्क भी बनाता है जो क्वांटम कंप्यूटर विज्ञान के पूरी तरह नए क्षेत्रों को खोलता है।
Prof. Dr. Stephanie Wehner – Professor of Quantum Computer Science at TU Delft’s
हार्डवेयर को अनदेखा करने का कारण यह भी है कि एक वास्तविक क्वांटम इंटरनेट में कई असंबंधित तकनीकें शामिल होंगी, बिलकुल उसी तरह जैसे वर्तमान इंटरनेट में पीसी, मैक, स्मार्टफ़ोन, सर्वर आदि के बीच इंटरैक्शन होता है।
केवल एक मध्यस्थ अभिसरण परत बनाकर, जो सभी क्वांटम हार्डवेयर के साथ काम करे, कुछ स्तर की समानता और इंटरैक्शन को स्थायी रूप से प्राप्त किया जा सकता है।
शोधकर्ताओं ने अपने तरीकों का परीक्षण दो क्वांटम नेटवर्क नोड्स को जोड़कर किया, जो डायमंड में नाइट्रोजन-वैकेंसी (NV) सेंटर पर आधारित थे। फिर उन्होंने QNodeOS के लिए एक अतिरिक्त ड्राइवर जोड़ा, जो एकल 40Ca+ परमाणु पर आधारित ट्रैप्ड-आयन क्वांटम नेटवर्क नोड के लिए था।
“हमारे ट्रैप्ड आयन प्रोसेसर मूल रूप से डायमंड में कलर सेंटर पर आधारित प्रोसेसर से अलग तरीके से काम करते हैं, फिर भी हमने दिखाया है कि QNodeOS दोनों के साथ काम कर सकता है।”
Tracy Northup – Professor at the University of Innsbruck, Austria.
क्वांटम OS बनाना
क्वांटम गणना का शेड्यूलिंग
क्लासिकल और क्वांटम कंप्यूटिंग के बीच नेटवर्क में किसी भी इंटरैक्शन में मुख्य समस्या समय स्केल का अंतर है।
नेटवर्क में पिंग मिलीसेकंड में होगा; जबकि क्वांटम कंप्यूटरों का प्रोसेसिंग समय माइक्रोसेकंड में होता है (हजार गुना छोटा) और क्वांटम गणना के नियंत्रण के लिए नैनोसेकंड की सटीकता की आवश्यकता होती है (एक मिलियन गुना छोटा)।
समान समय फ्रेम समस्या मेमोरी रिटेंशन में भी सत्य है, क्योंकि अधिकांश क्वांटम सिस्टम अपनी क्वांटम विशेषताओं को क्लासिकल कंप्यूटरों की तुलना में बहुत तेज़ी से खो देते हैं।
इस कारण, एक क्वांटम OS को बहुत सटीक रूप से शेड्यूल करना चाहिए कि क्वांटम कंप्यूटर नेटवर्क के प्रत्येक नोड में एंटैंगलमेंट कब ट्रिगर करेंगे।
अंततः, इसका मतलब है कि स्थानीय क्वांटम ऑपरेशन्स का निष्पादन नेटवर्क शेड्यूल पर निर्भर करेगा।
जबकि अवधारणा अपेक्षाकृत सरल है, इसका व्यावहारिक कार्यान्वयन आसान नहीं है।
स्रोत: Nature
क्वांटम गणना का मल्टीटास्किंग
क्योंकि एक व्यक्तिगत क्वांटम चिप को अधिकांश समय निष्क्रिय रहना पड़ेगा, नेटवर्क पिंग के अन्य क्वांटम नोड्स के साथ समकालिक होने की प्रतीक्षा में, हार्डवेयर का सबसे अच्छा उपयोग इसे समानांतर में कई कार्यों पर काम करने के लिए करना है।
यदि नहीं, तो नेटवर्किंग से मिलने वाली अतिरिक्त कंप्यूटिंग शक्ति महंगे हार्डवेयर के बहुत कम उपयोग दर द्वारा संतुलित हो जाएगी।
इसलिए, एक कार्यात्मक क्वांटम OS को न केवल एक सेट की गणनाओं को शेड्यूल करना चाहिए, बल्कि कई प्रोग्रामों को समानांतर में संभालना चाहिए, जिसमें प्रोसेस, क्वांटम मेमोरी प्रबंधन, और एंटैंगलमेंट अनुरोध शामिल हैं।
स्रोत: Nature
भविष्य के अनुप्रयोग
विभिन्न क्वांटम कंप्यूटिंग हार्डवेयर के साथ संगत एक सामान्य सॉफ़्टवेयर लेयर प्रदान करके, QNodeOS क्वांटम कंप्यूटिंग को प्रयोगशालाओं से व्यावहारिक अनुप्रयोगों तक विस्तारित करने में एक महत्वपूर्ण पहला कदम है।
क्वांटम कंप्यूटिंग कंपनियों के SDK (सॉफ़्टवेयर डेवलपमेंट किट) के साथ मिलकर, यह संभवतः पहले डेवलपर-फ्रेंडली क्वांटम एप्स का आधार बनेगा। यह बदले में क्वांटम कंप्यूटिंग के उपयोग को एक छोटे विशेषज्ञ समूह से परे सभी विश्लेषकों और शोधकर्ताओं तक सामान्य बनाने में मदद करेगा, जो इस विशेष कंप्यूटिंग रूप को अपने कार्य में लागू करना चाहते हैं।
क्वांटम में निवेश कंप्यूटिंग
IonQ
(IONQ )
IonQ एक क्वांटम कंप्यूटिंग कंपनी है जो ट्रैप्ड-आयन तकनीक का उपयोग करती है, जिसे मैरीलैंड विश्वविद्यालय और ड्यूक विश्वविद्यालय के अग्रणी वैज्ञानिकों ने स्थापित किया था। यह 2021 में NYSE पर सार्वजनिक रूप से सूचीबद्ध हुई।
IonQ के क्वांटम कंप्यूटिंग प्लेटफ़ॉर्म 99.9% फ़िडेलिटी परिणाम उत्पन्न करने में सक्षम हैं। वर्तमान में यह 64-बारियम आयन चेन का उपयोग करता है, जो 36-एल्गोरिदमिक क्यूबिट (AQ) उत्पन्न करता है।
चेन संगठन अन्य ट्रैप्ड-आयन डिज़ाइनों की तुलना में बहुत तेज़ कंप्यूटिंग की अनुमति देता है, बिना फ़िडेलिटी खोए। यह ट्रैप्ड-आयन को अब तक के सबसे विश्वसनीय क्वांटम कंप्यूटर डिज़ाइन के रूप में स्थापित करता है।
स्रोत: IonQ
IonQ ने जनवरी 2025 में Qubitekk का अधिग्रहण किया, जिससे इसके संचालन में कंपनी की टीम और 118 पेटेंट जोड़ दिए गए। Qubitekk की विशेषज्ञता क्वांटम नेटवर्क में है, जो फोटोनिक इंटरकनेक्ट्स का उपयोग करके क्वांटम क्लस्टर को सक्षम बनाता है और क्वांटम इंटरनेट क्षमताओं को आगे बढ़ाता है।
क्वांटम नेटवर्क को अत्यधिक सुरक्षित संचार को सुगम बनाना चाहिए और अंततः वितरित क्वांटम कंप्यूटिंग को संभव बनाना चाहिए। यह देखते हुए कि यह क्षेत्र कितनी तेज़ी से आगे बढ़ रहा है, इस विषय में विशेषज्ञता और आईपी भविष्य में IonQ के लिए महत्वपूर्ण साबित हो सकते हैं।
IonQ NKT Photonics (NKT.CO) के साथ साझेदारी विकसित कर रहा है ताकि भविष्य के डेटा सेंटर-तैयार क्वांटम कंप्यूटर विकसित किए जा सकें।
यह Imec के साथ भी सहयोग कर रहा है फोटोनिक इंटीग्रेटेड सर्किट और चिप-स्केल आयन ट्रैप तकनीक पर, ताकि कंपनी के क्यूबिट संख्या, सिस्टम आकार और लागत को बढ़ाया जा सके।
अपना स्वयं का SDK (सॉफ़्टवेयर डेवलपमेंट किट) विकसित करने के बजाय, कंपनी एक साथ सभी प्रमुख SDKs को समर्थन दे रही है, और नई क्वांटम कंप्यूटिंग एप्लिकेशन विकसित करने के लिए कई प्रमुख कंपनियों के साथ साझेदारी कर रही है।
स्रोत: IonQ
IonQ उन निवेशकों के लिए शुद्ध क्वांटम कंप्यूटिंग स्टॉक के सबसे करीब है जो Google, Intel, IBM, या Honeywell जैसे अन्य प्रमुख कंपनियों 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 फ़िडेलिटी, कम क्यूबिट संख्या वाले ट्रैप्ड-आयन सिस्टम पर है।
उसकी शुरुआती सफलता ने इसे अन्य क्वांटम कंप्यूटिंग नवप्रवर्तकों के साथ एक मजबूत साझेदारी नेटवर्क बनाने में मदद की है, जिससे यह तकनीक आगे बढ़ती रहे, और हाल ही में नेटवर्केड क्वांटम कंप्यूटरों पर पुनः ध्यान केंद्रित किया गया है, जिसे QNodeOS जैसे टूल्स के उदय से और अधिक प्रोत्साहित किया जाना चाहिए।
IonQ पर नवीनतम
अध्ययन संदर्भ:
1. Delle Donne, C., Iuliano, M., van der Vecht, B. et al. क्वांटम नेटवर्क नोड्स पर एप्लिकेशन चलाने के लिए एक ऑपरेटिंग सिस्टम। Nature 639, 321–328 (2025).
