हाल ही में, ‘गूगल क्वांटम एआई’ के शोधकर्ताओं ने ‘फिजिकल रिव्यू एक्स’ में एक अध्ययन प्रकाशित किया है, जिसमें क्वांटम कंप्यूटरों की विश्वसनीयता में एक बड़ी बाधा “कोरिलेटेड फेज़ एरर बर्स्ट” की पहचान की गई है। यह खोज पृष्ठभूमि आयनकारी विकिरण (Background Ionizing Radiation) द्वारा शुरू की गई एक नई प्रकार की प्रणालीगत त्रुटि को उजागर करती है।
पृष्ठभूमि: क्वांटम कंप्यूटिंग की अगली सीमा
- क्वांटम कंप्यूटर, में “पारंपरिक” (क्लासिक) कंप्यूटरों की तुलना में जटिल गणनाओं को तेजी से हल करने का वादा करते हैं।
- पारंपरिक बिट्स (0 या 1) के विपरीत, क्वांटम कंप्यूटर क्यूबिट्स (Qubits) का उपयोग करते हैं, जो एक साथ कई स्थितियों (सुपरपोजिशन) में रह सकते हैं।
कोरिलेटेड फेज़ एरर बर्स्ट क्या है?
इस अध्ययन ने सुपरकंडक्टिंग क्वांटम चिप्स में आयनकारी विकिरण (अंतरिक्ष से या पृथ्वी की भूपर्पटी में मौजूद तत्वों से) के कारण होने वाली एक बड़ी भेद्यता की पहचान की है।
- विकिरण का प्रभाव: जब आयनकारी विकिरण क्वांटम चिप के सिलिकॉन सबस्ट्रेट से टकराता है, तो यह पूरी चिप में कंपन की एक “लहर” (Splash) पैदा करता है।
- क्वासी-पार्टिकल्स (Quasiparticles) की उत्पत्ति: ये कंपन इलेक्ट्रॉनों के जोड़ों को तोड़ देते हैं, जो सुपरकंडक्टर्स को काम करने में मदद करते हैं। इससे ‘क्वासी-पार्टिकल्स’ का एक समूह बन जाता है—जो अनिवार्य रूप से इलेक्ट्रॉनिक मलबा (debris) है।
- “बाड़” (Fences) की विफलता: पहले वैज्ञानिकों ने इन कणों को संवेदनशील क्यूबिट क्षेत्रों में प्रवेश करने से रोकने के लिए हार्डवेयर “फेंस” विकसित किए थे, लेकिन नए अध्ययन में पाया गया कि उनकी केवल उपस्थिति ही नुकसान पहुँचाने के लिए पर्याप्त है।
- फ्रीक्वेंसी शिफ्टिंग: क्यूबिट के पास इन कणों की उपस्थिति के कारण इसकी फ्रीक्वेंसी बदल जाती है (1 मिलीसेकंड की अवधि के लिए 3 मेगाहर्ट्ज़ तक)।
- सहसंबंध प्रभाव (Correlation Effect): महत्वपूर्ण बात यह है कि ये बदलाव कई क्यूबिट्स में एक साथ होते हैं। क्वांटम कंप्यूटिंग में 1 मिलीसेकंड “अनंत काल” के समान है, जिसके दौरान भारी डेटा हानि हो सकती है।
क्वांटम एरर करेक्शन (QEC) पर प्रभाव
यह खोज क्वांटम एरर करेक्शन के लिए एक मौलिक खतरा पैदा करती है, जो क्यूबिट्स के विफल होने पर कंप्यूटर को चालू रखने के लिए बनाया गया एक “सुरक्षा जाल” है।
- धारणा: QEC आमतौर पर इस धारणा पर काम करता है कि विभिन्न क्यूबिट्स में त्रुटियां स्वतंत्र और यादृच्छिक (Random) होती हैं।
- वास्तविकता: ‘कोरिलेटेड फेज़ एरर बर्स्ट’ एक साथ कई क्यूबिट्स को प्रभावित करते हैं। चूंकि ये त्रुटियां “कोरिलेटेड” (एक-दूसरे से जुड़ी) होती हैं, इसलिए मानक सुरक्षा जाल उन्हें पकड़ने में विफल हो जाते हैं।
संभावित समाधान
शोधकर्ता इसे कम करने के लिए दो प्राथमिक तरीकों की खोज कर रहे हैं:
- क्वासी-पार्टिकल ट्रैप्स: ऐसे घटकों को डिजाइन करना जो क्यूबिट्स को प्रभावित करने से पहले इलेक्ट्रॉनिक कचरे को “सोख” लें।
- डैम्पिंग टेक्नोलॉजी (Damping Technologies): विकिरण के कारण होने वाले “कंपन” को कम करने के लिए विशेष सामग्रियों या डिजाइनों का उपयोग करना।
क्वांटम कंप्यूटर और प्रमुख अवधारणाएं
- सुपरपोजिशन (Superposition): एक क्यूबिट एक साथ 0, 1, या दोनों स्थितियों में हो सकता है।
- एंटैंगलमेंट (Entanglement): एक ऐसी घटना जहाँ दो क्यूबिट इस तरह जुड़ जाते हैं कि दूरी की परवाह किए बिना, एक की स्थिति तुरंत दूसरे को प्रभावित करती है।
- क्वांटम सुप्रीमेसी (Quantum Supremacy): वह बिंदु जहाँ एक क्वांटम कंप्यूटर ऐसी समस्या को हल कर देता है जिसे दुनिया का सबसे शक्तिशाली सुपरकंप्यूटर भी उचित समय में हल नहीं कर सकता।
तुलना: क्लासिकल बनाम क्वांटम कंप्यूटिंग
| विशेषता | क्लासिकल कंप्यूटिंग | क्वांटम कंप्यूटिंग |
| मूल इकाई | बिट (0 या 1) | क्यूबिट (0, 1 और सुपरपोजिशन) |
| तर्क (Logic) | बूलियन बीजगणित | क्वांटम मैकेनिक्स |
| शक्ति | बिट्स के साथ रैखिक रूप से बढ़ती है | क्यूबिट्स के साथ तेजी से बढ़ती है |
| वातावरण | कमरे के तापमान पर कार्य | अत्यधिक ठंड (परम शून्य के करीब) की आवश्यकता |
परीक्षा अभ्यास प्रश्न
प्रश्न 1. कंप्यूटर विज्ञान के संदर्भ में, ‘क्लासिक बिट’ और ‘क्यूबिट’ के बीच प्राथमिक अंतर क्या है?
A) एक क्यूबिट केवल 0 या 1 का प्रतिनिधित्व कर सकता है, जबकि एक बिट दोनों को एक साथ दर्शा सकता है।
B) एक क्यूबिट स्थितियों के सुपरपोजिशन में मौजूद हो सकता है, जबकि एक बिट या तो 0 होता है या 1।
C) क्यूबिट्स का उपयोग केवल यांत्रिक कंप्यूटरों में किया जाता है, जबकि बिट्स का उपयोग इलेक्ट्रॉनिक कंप्यूटरों में किया जाता है।
D) क्यूबिट्स को संचालित करने के लिए कमरे के तापमान की आवश्यकता होती है, जबकि बिट्स को अत्यधिक ठंड की।
प्रश्न 2. हाल ही में खोजे गए “कोरिलेटेड फेज़ एरर बर्स्ट” के संदर्भ में, निम्नलिखित कथनों पर विचार कीजिए:
- ये अंतरिक्ष या पृथ्वी की पपड़ी से आने वाले आयनकारी विकिरण द्वारा उत्पन्न कंपन के कारण होते हैं।
- इनके परिणामस्वरूप क्यूबिट फ्रीक्वेंसी में बदलाव होता है, जिससे तालमेल की कमी हो जाती है।
- क्वांटम एरर करेक्शन (QEC) वर्तमान में इन त्रुटियों को ठीक करने में पूरी तरह सक्षम है।
उपरोक्त कथनों में से कौन सा/से सही है/हैं?
A) केवल 1 और 2
B) केवल 2 और 3
C) केवल 1 और 3
D) 1, 2, और 3
उत्तर और व्याख्या
- उत्तर 1: B – सुपरपोजिशन एक क्यूबिट का मूलभूत गुण है।
- उत्तर 2: A (केवल 1 और 2) – कथन 3 गलत है क्योंकि QEC त्रुटियों के स्वतंत्र होने की धारणा पर चलता है। चूंकि ये बर्स्ट कई क्यूबिट्स को एक साथ प्रभावित करते हैं, वे मानक सुधार विधियों को विफल कर देते हैं।
मुख्य परीक्षा अभ्यास प्रश्न
“यद्यपि क्वांटम कंप्यूटिंग अभूतपूर्व गणना शक्ति की क्षमता प्रदान करती है, लेकिन पर्यावरणीय कारकों के प्रति इसकी अत्यधिक संवेदनशीलता एक महत्वपूर्ण बाधा बनी हुई है।” क्वांटम स्थिरता पर पृष्ठभूमि विकिरण के निहितार्थों की चर्चा कीजिए और एक कार्यात्मक क्वांटम कंप्यूटर प्राप्त करने में ‘क्वांटम एरर करेक्शन’ के महत्व का मूल्यांकन कीजिए। (250 शब्द)