कम्प्यूटिंग
मिलीसेकंड क्यूबिट्स क्वांटम तकनीक में एक बड़ी उपलब्धि
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मिलीसेकंड स्तर के सुपरकंडक्टिंग क्यूबिट में बड़ी सफलता
क्वांटम कंप्यूटर क्रिप्टोग्राफी, प्रोटीन की त्रि-आयामी संरचना जैसे जटिल सिमुलेशन और संभवतः ऐसे अनेक अनुप्रयोगों में क्रांति ला सकते हैं जिनका आज हम केवल अनुमान लगा रहे हैं।
काम करने के लिए उन्हें यथासंभव स्थिर “क्यूबिट” चाहिए, जो क्वांटम गणना की मूल इकाई है। अब तक केवल “ट्रैप्ड आयन” क्वांटम कंप्यूटर अत्यधिक स्थिर क्यूबिट बना पाए हैं, लेकिन इस तकनीक को सुपरकंडक्टिंग क्यूबिट की तुलना में बड़े पैमाने पर ले जाना स्वाभाविक रूप से कठिन है।
इसलिए सुपरकंडक्टिंग क्यूबिट इस तकनीक का भविष्य हो सकते हैं, लेकिन उनकी कोहेरेंस अवधि की स्थिरता में सुधार आवश्यक है।
प्रिंसटन यूनिवर्सिटी के एक बड़े शोध दल ने यही उपलब्धि हासिल की है। उन्होंने ऐसे सुपरकंडक्टिंग क्यूबिट बनाए जो एक मिलीसेकंड से अधिक समय तक कोहेरेंस बनाए रखते हैं—पिछले सर्वोत्तम रिकॉर्ड से तीन गुना अधिक।
उन्होंने अपने निष्कर्ष Nature1 में “द्वि-आयामी ट्रांसमॉन क्यूबिट में मिलीसेकंड जीवनकाल और कोहेरेंस अवधि” शीर्षक से प्रकाशित किए।
क्यूबिट कोहेरेंस सीमा
क्वांटम गणना के लिए कंप्यूटर को “कोहेरेंस” बनाए रखना पड़ता है। यह विशेष क्वांटम अवस्था पर्यावरणीय हस्तक्षेप के प्रति अत्यंत संवेदनशील होती है। सामान्यतः तापीय शोर और कणों की गति नैनोसेकंड में कोहेरेंस नष्ट कर देते हैं।
अत्यधिक ठंड जैसी विशेष परिस्थितियों में क्यूबिट का जीवनकाल बढ़ सकता है। फिर भी पर्याप्त लंबी कोहेरेंस आज अधिकांश क्वांटम कंप्यूटरों की प्रमुख सीमा है। इससे ऐसी गणना त्रुटियाँ होती हैं जो कुल क्षमता घटाती हैं और जिन्हें सॉफ्टवेयर उन्नयन से आसानी से सुधारा नहीं जा सकता।
इसलिए यह पता लगाना कि कौन-सा पदार्थ अधिक समय तक कोहेरेंस बनाए रख सकता है, क्वांटम कंप्यूटिंग उद्योग के व्यावसायिक चरण तक पहुँचने से पहले आवश्यक महत्वपूर्ण कदम है।
“आज उपयोगी क्वांटम कंप्यूटर बनाने में असली बाधा यह है कि आप क्यूबिट बनाते हैं, लेकिन उसमें सूचना बहुत देर तक टिकती नहीं है।
यह अगली बड़ी छलांग है।”
शोधकर्ताओं ने ट्रांसमॉन क्यूबिट कोहेरेंस को कैसे बढ़ाया
शोधकर्ताओं ने वही सुपरकंडक्टिंग ट्रांसमॉन क्यूबिट इस्तेमाल किए जिन्हें Google और IBM जैसी कंपनियाँ अपने क्वांटम कंप्यूटरों में उपयोग करती हैं।
ट्रांसमॉन क्यूबिट अत्यधिक विश्वसनीय होते हैं—एकल-क्यूबिट गेट की विश्वसनीयता 99.9% से अधिक—और इन्हें बड़े पैमाने पर बनाया जा सकता है। इनकी कोहेरेंस अवधि लगभग 0.1 मिलीसेकंड होती है।
यह आशाजनक है, लेकिन कोहेरेंस अवधि अभी भी बहुत कम है।
इसलिए प्रिंसटन के शोधकर्ताओं का औसतन 1.68 मिलीसेकंड तक चलने वाला क्यूबिट बनाना बहुत बड़ा सुधार है।
स्रोत: Nature
यह प्रयोगशाला में बनाए गए पिछले सर्वोत्तम क्यूबिट से तीन गुना लंबी और निजी क्वांटम कंप्यूटिंग कंपनियों के क्यूबिट से 15 गुना अधिक अवधि है।
तैंटलम और सिलिकॉन क्यों क्वांटम कोहेरेंस को सुधारते हैं
तैंटलम द्वारा कोहेरेंस में वृद्धि
इस परिणाम के लिए शोधकर्ताओं ने प्रयुक्त पदार्थों में दो अलग-अलग सुधार किए।
पहले उन्होंने नाजुक सर्किटों को ऊर्जा सुरक्षित रखने में मदद देने के लिए आधार परत के रूप में टैंटलम धातु का उपयोग किया। धातु की सतह पर मौजूद सूक्ष्म छिपे दोष गतिमान ऊर्जा को फँसा और अवशोषित कर सकते हैं।
चिप में अधिक क्यूबिट जोड़ने पर यह समस्या विशेष रूप से गंभीर हो जाती है, क्योंकि ऐसी त्रुटियाँ बढ़ते-बढ़ते एक निश्चित संख्या के बाद प्रणाली को अनुपयोगी बना देती हैं।
स्कैनिंग ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (STEM) से टैंटलम के घनीय क्रिस्टलों की अत्यंत नियमित संरचना की पुष्टि की गई।
स्रोत: Nature
एल्यूमिनियम जैसी धातुओं की तुलना में टैंटलम में बहुत कम दोष होते हैं और यह अशुद्धियाँ हटाने वाली कठोर सफाई प्रक्रियाओं के प्रति अत्यधिक प्रतिरोधी है।
“आप टैंटलम को अम्ल में डाल सकते हैं और फिर भी उसके गुण नहीं बदलते।”
सिलिकॉन पर सीधे टैंटलम उगाना एक कठिन चुनौती थी जिसे दूर करने में व्यापक प्रयास लगे।
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| क्यूबिट सामग्री | सब्सट्रेट | औसत कोहेरेंस समय | दोष घनत्व | निर्माण की आसानी |
|---|---|---|---|---|
| एल्यूमिनियम | सैफ़ायर | 0.1 मिलीसेकंड | उच्च | मध्यम |
| तैंटलम | उच्च-प्रतिरोधी सिलिकॉन | 1.68 मिलीसेकंड | निम्न | उच्च (सेमीकंडक्टर-संगत) |
सिलिकॉन ने सैफ़ायर को बदल दिया
ऊर्जा हानि और कोहेरेंस कम होने का एक अन्य स्रोत क्वांटम चिप में प्रयुक्त नीलम सब्सट्रेट है।
इसके स्थान पर शोधकर्ताओं ने उच्च गुणवत्ता वाला, उच्च-प्रतिरोधक सिलिकॉन इस्तेमाल किया, जो पारंपरिक कंप्यूटिंग उद्योग की मानक सामग्री है।
टैंटलम-ऑन-सिलिकॉन प्लेटफॉर्म में इन सुधारों के परिणामस्वरूप एकल-क्यूबिट गेट ने 99.994% विश्वसनीयता हासिल की।
प्रयोगशाला की सफलता से विस्तार योग्य क्वांटम चिप तक
इसके बाद शोधकर्ताओं ने इसी विधि से पूरी तरह कार्यरत ऐसा क्वांटम चिप बनाया जो पिछले सभी डिजाइनों से बेहतर प्रदर्शन करता है।
त्रुटि दर गुणात्मक रूप से बढ़ती है, इसलिए यह सुधार प्रणाली के आकार के साथ घातीय रूप से बढ़ता है। एकल क्यूबिट की त्रुटि दर में 10–15 गुना सुधार का बहु-क्यूबिट कंप्यूटर पर कहीं बड़ा प्रभाव पड़ता है।
महत्वपूर्ण बात यह है कि यह क्यूबिट कोई विचित्र नई अवधारणा नहीं, बल्कि अलग पदार्थ वाला “पारंपरिक” सुपरकंडक्टिंग क्यूबिट है। इसलिए इसे मौजूदा क्वांटम कंप्यूटरों और सॉफ्टवेयर में आसानी से जोड़ा जा सकता है।
“यदि प्रिंसटन के घटकों को Google के सर्वोत्तम क्वांटम प्रोसेसर Willow में लगाया जाए, तो वह 1,000 गुना बेहतर काम कर सकता है।
प्रणाली का आकार बढ़ने के साथ प्रिंसटन क्यूबिट का लाभ घातीय रूप से बढ़ता है, इसलिए अधिक क्यूबिट जोड़ने से और भी बड़ा लाभ मिलेगा।”
इसका अर्थ है कि प्रिंसटन का डिजाइन एक काल्पनिक 1,000-क्यूबिट कंप्यूटर को लगभग एक अरब गुना बेहतर काम करने योग्य बना सकता है।
टैंटलम और सिलिकॉन का उपयोग मौजूदा सेमीकंडक्टर निर्माण विधियों के अनुकूल भी है, इसलिए पूरी तरह नई तकनीक की तुलना में बड़े पैमाने पर उत्पादन आसान लक्ष्य बन जाता है।
यह शोध संकेत देता है कि सिलिकॉन क्वांटम चिप, जिसकी हमने पहले चर्चा की थी, क्वांटम कंप्यूटिंग उद्योग के लिए संभवतः सही दिशा है।
बेहतर क्वांटम प्रकाश स्रोतों, हाइब्रिड क्वांटम-फोटोनिक चिप और सामान्य दूरसंचार डेटा के साथ क्वांटम सूचना भेजने की संभावना के साथ बड़े क्वांटम कंप्यूटरों की दिशा में ये कदम दिखाते हैं कि तकनीक तेजी से व्यावसायिक परिपक्वता तक पहुँच रही है।
क्वांटम कंप्यूटिंग नवाचार में निवेश
1. Alphabet Inc.
GOOGL मूल्य चार्ट
Google क्वांटम कंप्यूटिंग में बहुत सक्रिय है, मुख्यतः अपने Google Quantum AI लैब और सांता बारबरा स्थित Quantum AI परिसर के माध्यम से।
Google के क्वांटम कंप्यूटर ने 2019 में इतिहास रचा, जब कंपनी ने Sycamore मशीन से “क्वांटम सर्वोच्चता” हासिल करने का दावा किया। इस मशीन ने 200 सेकंड में वह गणना की जिसे पारंपरिक सुपरकंप्यूटर को 10,000 वर्ष लगते।
अब Willow नामक नवीनतम चिप के प्रदर्शन ने इसे बहुत पीछे छोड़ दिया है। यह पहला क्वांटम चिप है जिसकी त्रुटि दर इतनी कम है कि अधिक क्यूबिट जोड़ने पर त्रुटि घटती है, जिससे यह पहला विस्तार योग्य क्वांटम चिप डिजाइन बनता है।
लेकिन Google का सबसे बड़ा योगदान सॉफ्टवेयर में हो सकता है, जहाँ Search, G Suite और Android जैसे उत्पादों के कारण उसका रिकॉर्ड हार्डवेयर से भी बेहतर है।
Google Quantum AI पहले से वैज्ञानिकों को क्वांटम एल्गोरिदम विकसित करने में सहायता के लिए सॉफ्टवेयर का एक समूह उपलब्ध कराता है।
Google खुले तौर पर “शोधकर्ताओं, इंजीनियरों और डेवलपरों को हमारी ओपन-सोर्स सॉफ्टवेयर और शैक्षणिक सामग्री, जिसमें Coursera का नया पाठ्यक्रम शामिल है, देखकर इस यात्रा में जुड़ने के लिए आमंत्रित करता है, ताकि वे क्वांटम त्रुटि-सुधार की बुनियादी बातें सीखें और भविष्य की समस्याएँ हल करने वाले एल्गोरिदम बनाने में मदद करें।”
इस खुले दृष्टिकोण के कारण Google अब हार्डवेयर और क्लाउड समाधान दोनों में अग्रणी है। वह क्वांटम कंप्यूटिंग सॉफ्टवेयर और प्रोग्रामिंग के मानक तय करने वाली कंपनियों में शामिल हो सकता है, जिससे क्षेत्र की भविष्य की दिशा निर्धारित करने में उसे विशेष स्थान मिलेगा।
इस बीच Waymo की स्वचालित कार सहित AI समाधान Alphabet (GOOG ) के लिए नया राजस्व स्रोत बन सकते हैं। कंपनी की खोज और विज्ञापन उद्योग में अभी भी अत्यंत प्रभावशाली स्थिति है।
Google की गैर-क्वांटम गतिविधियों, विशेषकर विज्ञापन और AI के बारे में अधिक जानकारी हमारी दिसंबर 2024 की विशेष रिपोर्ट में पढ़ें।
नवीनतम Alphabet (GOOGL) स्टॉक समाचार और विकास
संदर्भित अध्ययन:
1. Bland, M.P., Bahrami, F., Martinez, J.G.C. et al. द्वि-आयामी ट्रांसमॉन क्यूबिट में मिलीसेकंड जीवनकाल और कोहेरेंस अवधि. Nature 647, 343–348 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09687-4
