13 अक्टू॰ 2025·8 मिनट
क्वांटम कंप्यूटिंग समझाया गया: यह क्यों भविष्य को आकार दे रही है
जानिए क्वांटम कंप्यूटिंग क्या है, क्यूबिट्स कैसे काम करते हैं, और क्यों यह तकनीक अगली दशकों में क्रिप्टोग्राफी, विज्ञान और उद्योग को बदल सकती है।
जानिए क्वांटम कंप्यूटिंग क्या है, क्यूबिट्स कैसे काम करते हैं, और क्यों यह तकनीक अगली दशकों में क्रिप्टोग्राफी, विज्ञान और उद्योग को बदल सकती है।
क्वांटम कंप्यूटिंग कंप्यूटर बनाने का एक नया तरीका है जो रोज़मर्रा की इलेक्ट्रॉनिक्स की बजाय क्वांटम भौतिकी के नियमों का उपयोग करता है। जहाँ सामान्य कंप्यूटर परिचित हाँ/नहीं लॉजिक का पालन करते हैं, क्वांटम कंप्यूटर नन्हे पैमाने पर कणों के अजीब व्यवहार से कुछ प्रकार की समस्याओं को पूरी तरह अलग तरीके से संसाधित करने की कोशिश करते हैं।
क्लासिकल कंप्यूटर जानकारी को बिट्स में संग्रहीत करते हैं। हर बिट या तो 0 या 1 होता है। आपके लैपटॉप या फोन का हर काम इन 0s और 1s के तेज़ी से बदलने के विशाल पैटर्न पर बना होता है।
क्वांटम कंप्यूटर क्यूबिट्स (quantum bits) का उपयोग करते हैं। एक क्यूबिट 0, 1, या एक ही समय में दोनों का मिश्रण हो सकता है। इस गुण को सुपरपोज़िशन कहते हैं, जो क्यूबिट्स के एक संग्रह को एक‑एक करके एक स्थिति दिखाने के बजाय कई संभावित अवस्थाएँ समानांतर में प्रस्तुत करने देता है।
क्यूबिट्स एंटैंगल्ड भी हो सकते हैं, जिससे उनकी अवस्थाएँ इस तरह जुड़ जाती हैं जिसका क्लासिकल कंप्यूटिंग में कोई असली समानार्थी नहीं है। एक एंटैंगल्ड क्यूबिट को बदलने से उसका साथी तुरंत प्रभावित होता है, चाहे वे कितनी भी दूर क्यों न हों। क्वांटम एल्गोरिद्म सुपरपोज़िशन और एंटैंगलमेंट दोनों का उपयोग करके कई संभावनाओं की खोज करते हैं जो क्लासिकल मशीन के लिए बहुत कम कुशल होती।
इन प्रभावों की वजह से, क्वांटम कंप्यूटर्स कुछ विशिष्ट कार्यों के लिए कंप्यूटिंग के भविष्य को बदल सकते हैं: अणुओं और सामग्री का सिमुलेशन, जटिल प्रणालियों का अनुकूलन, कुछ AI मॉडलों का प्रशिक्षण, या क्रिप्टोग्राफी का टूटना और पुनर्निर्माण। वे आपके लैपटॉप को ईमेल या वीडियो कॉल के लिए प्रतिस्थापित नहीं करेंगे, पर कुछ विशेष समस्याओं में वे अंततः किसी भी क्लासिकल सुपरकंप्यूटर से बेहतर साबित हो सकते हैं।
यही कारण है कि सरकारें, बड़ी तकनीकी कंपनियाँ और स्टार्टअप्स सभी क्वांटम कंप्यूटिंग को विज्ञान, उद्योग और राष्ट्रीय सुरक्षा के लिए एक रणनीतिक तकनीक मानते हैं।
यह लेख जिज्ञासु शुरुआती पाठकों के लिए है जो समझना चाहते हैं कि क्वांटम कंप्यूटिंग क्या है, क्वांटम कंप्यूटर उच्च‑स्तर पर कैसे काम करते हैं, और क्वांटम बनाम क्लासिकल कंप्यूटिंग कैसे तुलना करते हैं।
हम क्यूबिट्स और सुपरपोज़िशन, मुख्य क्वांटम सिद्धांत, आज के हार्डवेयर, वास्तविक क्वांटम एल्गोरिद्म, संभावित अनुप्रयोग, वर्तमान सीमाएँ और शोर, साइबरसुरक्षा पर प्रभाव, और इस उभरते क्षेत्र के बेसिक्स कैसे सीखें — इन सब पर चर्चा करेंगे।
क्लासिकल कंप्यूटर जानकारी को बिट्स में संग्रहीत करते हैं। एक बिट सबसे सरल डेटा इकाई है: यह या तो 0 या 1 होता है, बीच में कुछ नहीं। चिप के अंदर, हर बिट आमतौर पर एक छोटा ट्रांजिस्टर होता है जो स्विच की तरह काम करता है। अगर स्विच बंद है तो 0; अगर चालू है तो 1। हर फाइल, फोटो और प्रोग्राम अंततः इन निश्चित 0s और 1s की लंबी स्ट्रिंग होते हैं।
एक क्यूबिट (quantum bit) अलग होता है। इसे हम 0 और 1 लेबल करते हैं, पर क्वांटम भौतिकी की वजह से एक क्यूबिट सुपरपोज़िशन में दोनों एक साथ हो सकता है। यह कठोर रूप से 0 या 1 होने की बजाय “आंशिक रूप से 0 और आंशिक रूप से 1” हो सकता है, जिनके साथ कुछ संभावनाएँ जुड़ी होती हैं।
एक बिट एक टेबल पर पड़ी हुई सिक्के की तरह है: यह या तो हेड्स (0) या टेल्स (1) है, स्पष्ट और अस्पष्ट नहीं।
एक क्यूबिट अधिक एक घूमते हुए सिक्के जैसा है। जब तक वह घूम रहा है, वह सिर्फ हेड्स या टेल्स नहीं है; वह दोनों संभावनाओं का मिश्रण है। केवल तब जब आप सिक्के को पकड़कर देखते हैं (क्वांटम मापन के समकक्ष) आपको हेड्स या टेल्स में से एक ही दिखाई देगा। इससे पहले, घूमती स्थिति एक निश्चित परिणाम से अधिक सूचनाएँ रखती है।
वास्तविक क्यूबिट्स छोटे भौतिक प्रणालियों का उपयोग करके बनाए जाते हैं जिनके क्वांटम व्यवहार को नियंत्रित किया जा सकता है, उदाहरण के लिए:
ये प्रणालियाँ बेहद नाज़ुक हैं। छोटे‑से‑छोटे गड़बड़ी—गर्मी, कम्पन, अनियंत्रित विद्युत्‑चुंबकीय क्षेत्र—क्यूबिट्स को उनकी नाजुक क्वांटम अवस्थाओं से बाहर धकेल देती है, जिसे डिकोहेरेंस कहा जाता है। क्यूबिट्स को अलग रखते हुए फिर भी नियंत्रित करना क्वांटम कंप्यूटर को व्यावहारिक बनाने की सबसे बड़ी इंजीनियरिंग चुनौतियों में से एक है।
बिट्स मजबूत और सरल हैं; क्यूबिट्स सूक्ष्म और शक्तिशाली, पर नियंत्रित करने में बहुत कठिन। यही व्यापार‑ऑफ है कि क्यों क्वांटम कंप्यूटिंग वादाभरी और तकनीकी रूप से मांगलिक दोनों है।
क्वांटम कंप्यूटिंग क्या है और यह भविष्य को क्यों आकार दे सकती है, यह समझने के लिए आपको तीन मुख्य विचार चाहिए: सुपरपोज़िशन, एंटैंगलमेंट और इंटरफेरेंस। ये सुनने में अमूर्त लगते हैं, पर हम इन्हें रोज़मर्रा की उपमाओं से समझा सकते हैं।
एक क्लासिकल बिट एक सामान्य लाइट स्विच की तरह है: या तो बंद (0) या चालू (1)।
एक क्यूबिट अधिक एक डिमर स्विच जैसा है। यह पूरी तरह बंद, पूरी तरह चालू, या बीच कहीं भी हो सकता है। क्वांटम शब्दावली में, हम कहते हैं कि क्यूबिट 0 और 1 की सुपरपोज़िशन में है—एक साथ “बंद” और “चालू” का मिश्रण, कुछ संभावनाओं के साथ।
गणितीय रूप से यह 0 और 1 का भारित मिश्रण है। व्यावहारिक रूप से इसका मतलब यह है कि एक क्वांटम कंप्यूटर परिणाम देखने से पहले कई संभावित अवस्थाओं को समानांतर में तैयार कर सकता है।
एंटैंगलमेंट क्यूबिट्स के बीच एक विशेष प्रकार का सहसंबंध है।
दोनों बिल्कुल सिंक किए हुए पासों की कल्पना कीजिए: जब भी आप उन्हें घुमाएँ, वे हमेशा मेल खाते नंबर दिखाते हैं, चाहे वे कितने भी दूर क्यों न हों। एंटैंगल्ड क्यूबिट्स वैसी ही हैं, पर क्वांटम नियमों के साथ। एक का मापन तुरंत दूसरे के बारे में कुछ बताता है।
यह न तो जादू है और न‑ही प्रकाश से तेज संदेश भेजना; यह बस संयुक्त क्वांटम स्थिति की संरचना का परिणाम है। एंटैंगलमेंट क्वांटम एल्गोरिद्मों को कई क्यूबिट्स को एक एकीकृत, गहराई से जुड़े सिस्टम की तरह व्यवहार करने देता है, जो उनकी शक्ति के लिए महत्वपूर्ण है।
क्वांटम अवस्थाएँ तरंगों की तरह व्यवहार करती हैं। तरंगें इंटरफेयर कर सकती हैं:
क्वांटम एल्गोरिद्म इस तरह डिजाइन किए जाते हैं कि सही उत्तरों की ओर जाने वाले गणनात्मक पथ रचनात्मक रूप से इंटरफेयर करें और उनकी संभावना बढ़ जाए, जबकि गलत उत्तरों के पथ विघटनात्मक रूप से इंटरफेयर कर कम हो जाएँ।
जब तक आप क्यूबिट का मापन नहीं करते, वह सुपरपोज़िशन में रह सकता है और अन्य के साथ एंटैंगल्ड रह सकता है। मापन वह क्षण है जब आप घूमते सिक्के को आखिरकार देखते हैं: क्वांटम अवस्था "कोलैप्स" होकर निश्चित 0 या 1 हो जाती है।
क्वांटम एल्गोरिद्म डिज़ाइन की कला यह है कि:\n\n1. सुपरपोज़िशन का उपयोग करके कई संभावनाओं का एक साथ अन्वेषण करें।\n2. एंटैंगलमेंट का उपयोग करके क्यूबिट्स को एक शक्तिशाली संयुक्त अवस्था में जोड़ें।\n3. इंटरफेरेंस का उपयोग करके सही उत्तरों की संभावना बढ़ाएँ।\n4. अंत में उपयोगी क्लासिकल परिणाम पढ़ने के लिए मापन करें।
ये सिद्धांत बताते हैं कि क्वांटम कंप्यूटर्स क्लासिकल से कैसे अलग काम करते हैं और क्यों वे कुछ समस्याओं को बहुत अधिक कुशलता से हल कर सकते हैं, भले ही वे हर तरह से तेज न हों।
सभी क्वांटम कंप्यूटर एक ही तरीके से नहीं बनाए जाते। कई प्रतिस्पर्धी आर्किटेक्चर पर काम चल रहा है, जिनमें अलग‑अलग शक्तियाँ और सीमा‑रेखाएँ हैं।
गेट‑आधारित (या सर्किट‑आधारित) क्वांटम कंप्यूटर क्लासिकल कंप्यूटरों के सबसे नज़दीकी समकक्ष हैं।
क्लासिकल मशीनें बिट्स पर काम करने वाले लॉजिक गेट्स (AND, OR, NOT) का उपयोग करती हैं। आप कई गेट्स को जोड़कर एक सर्किट बनाते हैं और आउटपुट इनपुट्स से पूरी तरह निर्धारित होता है।
गेट‑आधारित क्वांटम कंप्यूटर क्वांटम गेट्स का उपयोग करते हैं जो क्यूबिट्स पर काम करते हैं। ये गेट्स रिवर्सिबल ऑपरेशन्स होते हैं जो क्यूबिट्स को घुमाते और एंटैंगल करते हैं। एक क्वांटम एल्गोरिद्म ऐसे गेट्स के अनुक्रम का सटीक समयबद्ध उपयोग है।
ज्यादातर प्लेटफॉर्म—सुपरकंडक्टिंग क्यूबिट्स (IBM, Google, Rigetti), ट्रैप्ड आयन (IonQ, Honeywell/Quantinuum), और फोटॉनिक सर्किट (PsiQuantum, Xanadu)—इस यूनिवर्सल गेट‑आधारित मॉडल को लक्षित कर रहे हैं।
क्वांटम एनीलर्स, जैसे D‑Wave द्वारा बनाए गए, अधिक विशेषीकृत होते हैं।
वे सामान्य‑उद्देश्य क्वांटम सर्किटों को चलाने की बजाय अनुकूलन समस्याओं को हल करने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं। आप किसी समस्या को ऊर्जा परिदृश्य में एन्कोड करते हैं, और उपकरण कम‑ऊर्जा अवस्थाओं की खोज करता है जो अच्छे समाधानों के समतुल्य हों।
एनीलर्स शेड्यूलिंग, पोर्टफोलियो अनुकूलन, या कुछ मशीन‑लर्निंग कार्यप्रवृत्तियों जैसी समस्याओं के लिए उपयोगी हैं, पर वे गेट‑आधारित यूनिवर्सल कंप्यूटरों के समान सार्वभौमिक नहीं माने जाते।
दो अतिरिक्त दृष्टिकोण सैद्धांतिक रूप से महत्वपूर्ण हैं, भले ही वे आज के वाणिज्यिक उत्पादों में कम दिखते हों:
दोनों बड़े, भरोसेमंद क्वांटम सिस्टम बनाने के आकर्षक तरीके वादित करते हैं, पर अभी वे प्रयोगात्मक चरणों में हैं।
आप अक्सर वर्तमान मशीनों को NISQ कहा हुआ देखते हैं: Noisy Intermediate‑Scale Quantum।
NISQ उपकरणों में त्रुटियाँ इतनी तेज़ी से जमा होती हैं कि लंबे, सटीक एल्गोरिद्म चलाना कठिन है। शोधकर्ता उन एल्गोरिद्मों की खोज कर रहे हैं जो इन सीमाओं के भीतर भी उपयोगी परिणाम दे सकें।
दीर्घकालिक लक्ष्य है फॉल्ट‑टॉलरेंट क्वांटम कंप्यूटिंग, जहाँ हम:\n\n- एक लॉजिकल क्यूबिट को कई फिजिकल क्यूबिट्स में एन्कोड करेंगे और त्रुटियों का पता लगा कर ठीक करेंगे बिना क्वांटम स्थिति को नष्ट किए।\n फॉल्ट‑टॉलरेंट उपकरण सिद्धांततः गहरे एल्गोरिद्म भरोसेमंद तरीके से चला पाएँगे—रसायन विज्ञान, सामग्री, क्रिप्टानालिसिस आदि में शक्तिशाली अनुप्रयोग संभव होंगे—पर इसके लिए बहुत अधिक क्यूबिट्स और इंजीनियरिंग प्रगति की आवश्यकता होगी।
अधिकांश मौजूदा क्वांटम कंप्यूटर:\n\n- प्रयोगात्मक प्रोटोटाइप हैं, जो एक पीढ़ी से दूसरी पीढ़ी तक तेजी से εξελίत हो रहे हैं।\n- विशेष‑उद्देश्य होते हैं, वास्तविक दुनिया में उपयोग सीमित है—कुछ अनुकूलन, सिमुलेशन या शोध कार्यों तक।
विभिन्न आर्किटेक्चर समानांतर में पुश किए जा रहे हैं क्योंकि यह अभी स्पष्ट नहीं है कि कौन‑सा दृष्टिकोण या संयोजन व्यावहारिक, फॉल्ट‑टॉलरेंट क्वांटम कंप्यूटिंग तक बेहतर स्केल करेगा।
एक क्वांटम एल्गोरिद्म चरण-दर-चरण की ऐसी प्रक्रिया है जो क्वांटम कंप्यूटर के लिए डिज़ाइन की गई है—क्यूबिट्स, सुपरपोज़िशन और एंटैंगलमेंट का उपयोग करके जानकारी को उन तरीकों से संसाधित करती है जो क्लासिकल एल्गोरिद्म नहीं कर पाते।
क्लासिकल एल्गोरिद्म हर चरण पर 0 या 1 वाले बिट्स के साथ काम करते हैं। क्वांटम एल्गोरिद्म क्वांटम अवस्थाओं के साथ काम करते हैं जो एक ही समय में 0 और 1 हो सकती हैं, फिर इंटरफेरेंस का उपयोग कर सही उत्तरों को बढ़ाते और गलत को रद्द करते हैं। लक्ष्य यह नहीं कि हर संभावना को तेज़ी से परखा जाए, बल्कि computation को ऐसी संरचना देना है कि सिस्टम का भौतिक व्यवहार उसे समाधान की ओर निर्देशित करे।
Shor’s algorithm क्वांटम लाभ का क्लासिक उदाहरण है।
बड़े, त्रुटि‑सुधारित क्वांटम कंप्यूटर पर Shor’s algorithm आधुनिक पब्लिक‑की क्रिप्टोग्राफी को असुरक्षित कर सकता है, इसलिए यह साइबर‑सुरक्षा के भविष्य पर चर्चा में केंद्रीय है।
Grover’s algorithm एक अलग कार्य पर लागू होता है: एक अनस्ट्रक्चरड सूची में खोज।
यह एक घातीय स्पीड‑अप नहीं है, पर विशाल सर्च स्पेस के लिए यह अभी भी महत्वपूर्ण सुधार है।
आप वास्तविक उपकरणों का उपयोग करके छोटे‑पैमाने के क्वांटम एल्गोरिद्म प्रयोग कर सकते हैं:\n\n- Qiskit (IBM)\n- Cirq (Google)\n- Amazon Braket (AWS)
ये फ्रेमवर्क आपको सर्किट डिज़ाइन करने, उन्हें सिमुलेटर या वास्तविक क्वांटम हार्डवेयर पर चलाने और परिणाम विश्लेषण करने देते हैं।
क्वांटम एल्गोरिद्म हर समस्या को तेज़ नहीं करते। कई कार्यों के लिए सर्वश्रेष्ठ जाने‑माने क्लासिकल तरीके अभी भी प्रतिस्पर्धी या बेहतर हैं।
क्वांटम लाभ समस्या‑निर्भर है: कुछ समस्याएँ (जैसे फैक्टरिंग और विशिष्ट अनुकूलन या केमिस्ट्री सिमुलेशन) में मजबूत संभावना दिखती है, जबकि अन्य में कम या कोई लाभ नहीं मिलता। क्वांटम कंप्यूटिंग की असली शक्ति सही एल्गोरिद्म को सही समस्या से मिलाने में है।
क्वांटम कंप्यूटर सिर्फ "तेज़ लैपटॉप" नहीं हैं। वे उन समस्याओं के लिए उपकरण हैं जहाँ क्वांटम प्रभावों का गणित स्वाभाविक रूप से फिट बैठता है। ये "स्वीट‑स्पॉट्स" उभरने लगे हैं।
अणु स्वयं क्वांटम प्रणालियाँ हैं, इसलिए उन्हें क्लासिकल मशीनों पर सटीक रूप से सिमुलेट करना बेहद कठिन है। आवश्यक मेमोरी अणु के आकार के साथ घातीय रूप से बढ़ती है।
क्यूबिट्स और सुपरपोज़िशन क्वांटम कंप्यूटर को कई क्वांटम अवस्थाओं को एक‑साथ नेटनिव रूप से प्रस्तुत करने देते हैं। VQE (Variational Quantum Eigensolver) जैसे एल्गोरिद्म का लक्ष्य:\n\n- दवा खोज में बाइंडिंग एनर्जी और अभिक्रिया पाथवेज की भविष्यवाणी करना\n- क्लीनर इंडस्ट्रियल प्रोसेस के लिए उत्प्रेरकों (catalysts) का डिजाइन\n- नई बैटरी केमिस्ट्री और सुपरकंडक्टिंग सामग्री की खोज
यदि ये तरीके परिपक्व होते हैं, तो वे केमिस्ट्री लैब्स में ट्रायल‑एंड‑एरर अवधि को घटा सकते हैं।
कई वास्तविक‑दुनिया कार्य हैं: विशाल विकल्पों में से सर्वोत्तम विकल्प चुनना।
आम उदाहरण:\n\n- ट्रकों, जहाजों या विमानों के रूट को व्यवस्थित कर ईंधन लागत घटाना\n- वित्त में पोर्टफोलियो अनुकूलन और जोखिम संतुलन\n- ऊर्जा ग्रिड में पावर प्लांट और बैटरी का शेड्यूलिंग\n QAOA और क्वांटम एनीलिंग जैसे क्वांटम एल्गोरिद्म अनगिनत विन्यासों का समानांतर में अन्वेषण कर उच्च‑गुणवत्ता समाधान खोजने की कोशिश करते हैं।
हमें अभी बड़े, सामान्य‑कायमी क्वांटम स्पीड‑अप का निर्णायक प्रमाण नहीं मिला है, पर लॉजिस्टिक्स, टाइमटेबलिंग और पोर्टफोलियो जैसी खिलौना समस्याओं पर छोटे प्रयोग चल रहे हैं।
क्वांटम मशीन‑लर्निंग (QML) यह खोजता है कि क्या क्वांटम अवस्थाएँ डेटा को ऐसे तरीके से एन्कोड कर सकती हैं जो क्लासिकल मॉडलों से चूके पैटर्न उजागर करें।
प्रारम्भिक विचारों में शामिल हैं:\n\n- वर्गीकरण के लिए क्वांटम कर्नेल्स\n- क्वांटम‑सहायित फीचर एक्स्ट्रैक्शन\n- हाइब्रिड मॉडल जहाँ एक क्वांटम सर्किट बड़े क्लासिकल ML पाइपलाइन का हिस्सा होता है
फिलहाल ये आम तौर पर छोटे डेटा सेटों पर प्रयोग हैं। मुख्यधारा के डीप‑लर्निंग फ्रेमवर्क्स का क्वांटम विकल्प अभी नहीं आया है।
केमिस्ट्री के परे, क्वांटम कंप्यूटर्स मदद कर सकते हैं:\n\n- उच्च‑ऊर्जा भौतिकी और कण इंटरैक्शन के सिमुलेशन\n- एक्सोटिक फेज़ ऑफ़ मैटर और क्वांटम मनी‑बॉडी प्रणालियाँ\n- कुछ ब्रह्माण्डशास्त्र या संघनित‑पदार्थ भौतिकी मॉडल
ये सिमुलेशन अक्सर शीर्ष सुपरकंप्यूटर्स के लिए भी बाहर पहुंच से परे होते हैं। क्वांटम डिवाइस अंततः “क्वांटम सिमुलेटर्स” के रूप में काम कर सकते हैं जो भौतिकविदों को ऐसे व्यवहारों तक सीधे पहुँच दें जिन्हें वे अब केवल अनुमानित करते हैं।
इन उपयोग‑मामलों में से अधिकांश के लिए हम शोध और प्रोटोटाइप चरण में हैं:\n\n- उपकरण शोरयुक्त और छोटे हैं\n- एल्गोरिद्मों को निखारा जा रहा है\n- स्पष्ट, दोहराव योग्य क्वांटम लाभ दुर्लभ और समस्या‑विशेष हैं
तो जब आप “क्रांतिकारी” क्वांटम अनुप्रयोगों के बारे में पढ़ें, तो उन्हें भविष्य के उपकरणों की ओर संकेत करने वाले आशाजनक प्रयोगों के रूप में सोचें, न कि आज आप सीधे प्रोडक्शन सिस्टम में जोड़ने योग्य तकनीक के रूप में। वास्तविक मूल्य हार्डवेयर के स्केल होने, त्रुटि दरों के घटने, और सर्वश्रेष्ठ क्लासिकल व क्वांटम विधियों के संयोजन के साथ धीरे‑धीरे आएगा।
क्यूबिट्स अत्यंत संवेदनशील हैं। उन्हें अपने परिवेश से बिल्कुल अलग रहना चाहिए फिर भी हमारी इलेक्ट्रॉनिक्स द्वारा नियंत्रित होना चाहिए। कोई भी अनियंत्रित कम्पन, गर्मी, या विद्युत्‑चुंबकीय क्षेत्र उन्हें परेशान कर देता है और क्वांटम सूचना नष्ट कर देता है।
कुछ क्यूबिट्स को स्थिर रखना भी कठिन है; सैकड़ों या लाखों को एक साथ स्थिर रखना और भी अलग और कठिन चुनौती है। यही वह चीज है जो वास्तव में बड़े उपयोगी समस्याओं के समाधान के लिए चाहिए।
दो मुख्य समस्याएँ वर्तमान क्वांटम हार्डवेयर पर हावी हैं:\n\n- शोर: क्यूबिट पर हर ऑपरेशन (गेट) में त्रुटि की कुछ संभावना होती है। पढ़ना (रिडआउट) भी पूर्णतया सटीक नहीं है।\n- डिकोहेरेंस: क्यूबिट समय के साथ अपने क्वांटम राज्य को वातावरण के साथ इंटरैक्शन के कारण खो देता है। हर तकनीक की एक "coherence time" होती है जो निर्धारित करती है कि आप कितने ऑपरेशन्स कर सकते हैं इससे पहले कि जानकारी फीकी पड़ जाए।
इनका मतलब है कि आज के डिवाइस केवल शैलो (छोटे) सर्किट चला सकते हैं इससे पहले कि त्रुटियाँ परिणामों को गड़बड़ा दें।
शोर से निपटने के लिए शोधकर्ता क्वांटम एरर करेक्शन (QEC) का उपयोग करते हैं। मूल विचार: एक "लॉजिकल" क्यूबिट को कई "फिजिकल" क्यूबिट्स में एन्कोड करना ताकि त्रुटियों का पता लगाया और उन्हें ठीक किया जा सके बिना क्वांटम सूचना को सीधे मापे।
इसका व्यापार‑ऑफ बहुत बड़ा ओवरहेड है। त्रुटि दरों और उपयोग किए गए कोड पर निर्भर करते हुए, एक लॉजिकल क्यूबिट के लिए सैकड़ों या हजारों फिजिकल क्यूबिट्स की आवश्यकता हो सकती है। इसका अर्थ है कि लाखों फिजिकल क्यूबिट्स वाले एक मशीन में भी केवल हजारों उच्च‑गुणवत्ता लॉजिकल क्यूबिट्स उपलब्ध हो सकते हैं।
यदि हम क्यूबिट्स का निर्माण कर भी लें, तो फिर हमें चाहिए:\n\n- उच्च कनेक्टिविटी ताकि जिन क्यूबिट्स को इंटरैक्ट करना है वे प्रभावी ढंग से कर सकें।\n- कंट्रोल इलेक्ट्रॉनिक्स जो हर क्यूबिट को अत्यधिक सटीकता से ड्राइव और रीड‑आउट कर सके, अक्सर क्रायोजेनिक तापमान पर।\n- भौतिक एकीकरण: वायरिंग, कूलिंग, शील्डिंग और पैकेजिंग जो स्केल होने पर अतिरिक्त शोर न जोड़े।
किसी एक हिस्से को आगे बढ़ाने (जैसे क्यूबिट गिनती) से अक्सर किसी दूसरे हिस्से पर दबाव पड़ता है (जैसे नियंत्रण जटिलता या त्रुटि दर)।
क्योंकि ये चुनौतियाँ परस्पर जुड़ी हैं, भरोसेमंद विशेषज्ञ समयरेखा पर सहमत नहीं हैं। कुछ लोग व्यावहारिक फॉल्ट‑टॉलरेंट मशीनों को कुछ दशकों में सम्भव मानते हैं; अन्य सोचते हैं कि यह कहीं ज्यादा समय ले सकता है—या पूरी तरह नए दृष्टिकोणों की आवश्यकता होगी।
स्पष्ट बात यह है कि प्रगति वास्तविक पर क्रमिक है। क्वांटम कंप्यूटिंग अचानक सभी क्लासिकल कंप्यूटरों की जगह लेने वाली चीज़ नहीं है, और निकट‑अवधि की बहुत बड़ी दावों को सावधानी से लिया जाना चाहिए। क्षेत्र तेजी से बढ़ रहा है, पर भौतिक और इंजीनियरिंग सीमाएँ भी वास्तविक हैं।
क्वांटम कंप्यूटिंग सीधे उन गणितीय मान्यताओं को चुनौती देता है जो आज के अधिकांश संचार को सुरक्षित रखती हैं।
आधुनिक पब्लिक‑की क्रिप्टोग्राफी (जैसे RSA और elliptic‑curve cryptography, ECC) उन समस्याओं पर आधारित है जो क्लासिकल कंप्यूटरों के लिए बेहद कठिन हैं:\n\n- RSA की सुरक्षा बड़ी संख्याओं को फैक्टर करने की कठिनाई पर निर्भर है।\n- ECC की सुरक्षा इलिप्टिक कर्व पर डिस्क्रीट लॉगरिदम समस्या की कठिनाई पर निर्भर है।
क्लासिकल एल्गोरिद्म इन समस्याओं को वर्तमान‑कुंजी आकारों के लिए हल करने में खगोलिय समय लेते हैं, इसलिए आपका ब्राउज़र पैडलोक, VPN और कई सॉफ़्टवेयर अपडेट आज सुरक्षित माने जाते हैं।
Shor’s algorithm दिखाता है कि पर्याप्त सक्षम क्वांटम कंप्यूटर बड़ी संख्याओं को फैक्टर और डिस्क्रीट लॉगरिदम को कुशलता से हल कर सकता है।
इससे RSA और ECC जैसे व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले स्कीम टूट सकते हैं, जिससे TLS, कोड‑साइनिंग, क्रिप्टोकरेंसी, सुरक्षित ई‑मेल और कई प्रमाणीकरण प्रणालियाँ प्रभावित होंगी। भले ही बड़े‑पैमाने के क्वांटम कंप्यूटर अभी मौजूद न हों, हम कह सकते हैं कि हमलावर अब संवेदनशील एन्क्रिप्टेड डेटा को "हार्वेस्ट" कर सकते हैं और भविष्य में उपलब्ध हार्डवेयर आने पर उन्हें डिक्रिप्ट कर सकते हैं।
पोस्ट‑क्वांटम क्रिप्टोग्राफी (PQC), जिसे क्वांटम‑सेफ़ भी कहा जाता है, नए गणितीय निर्माणों का उपयोग करती है जो क्लासिकल और क्वांटम दोनों हमलों के विरुद्ध प्रतिरोधी मानी जाती हैं।
अधिकांश प्रस्तावित स्कीम अभी भी क्लासिकल एल्गोरिद्म हैं जो सामान्य हार्डवेयर पर चलते हैं; वे बस ऐसी समस्याओं पर निर्भर करते हैं जिनके लिए किसी कुशल क्वांटम हमला ज्ञात नहीं है (जैसे लैटिस समस्या, कोड‑आधारित या हैश‑आधारित संरचनाएँ)।
PQC में माइग्रेशन सिर्फ एक लाइब्रेरी बदलने जैसा नहीं होगा। संगठनों को:\n\n- यह खोजने की जरूरत है कि क्रिप्टोग्राफी कहाँ उपयोग हो रही है और किस डेटा को लंबी‑अवधि गोपनीयता चाहिए।\n- क्रिप्टो‑एजिलिटी की योजना बनानी होगी ताकि एल्गोरिद्म और कुंजियाँ बदली जा सकें बिना पूरे सिस्टम को फिर से बनाये।\n- ऐसे आर्काइव और बैकअप माइग्रेट करने होंगे जिन्हें साल या दशकों तक गोपनीय रखा जाना है।
मानकीकरण संगठन और सरकारें क्वांटम भविष्य के लिए सक्रिय रूप से तैयारी कर रही हैं:\n\n- NIST पोस्ट‑क्वांटम एल्गोरिद्म मानकीकृत कर रहा है, पहले चयन पहले ही घोषित किए जा चुके हैं।\n- ETSI और ISO जैसे निकाय एकीकरण दिशानिर्देशों पर काम कर रहे हैं।\n- कई राष्ट्रीय साइबरसुरक्षा एजेंसियाँ क्वांटम‑सुरक्षित माइग्रेशन के रोडमैप प्रकाशित कर रही हैं।
सुरक्षा‑संवेदनशील क्षेत्रों—वित्त, स्वास्थ्य, सरकार, रक्षा—के लिए क्वांटम‑प्रतिरोधी क्रिप्टोग्राफी की योजना बनाना अब वैकल्पिक नहीं रहा। संक्रमण में वर्षों लगेंगे, और जो संगठन अभी से अपने क्रिप्टोग्राफिक इंफ्रास्ट्रक्चर का इन्वेंटरी और अपग्रेड करना शुरू करते हैं वे जब व्यावहारिक क्वांटम कंप्यूटर आएँगे तो बेहतर स्थिति में होंगे।
क्वांटम कंप्यूटिंग अब सिर्फ सैद्धांतिक विचार नहीं रही—वास्तव में उपकरण हैं जो प्रयोग चला रहे हैं और दुनिया भर के डेवलपर्स के लिए सुलभ हैं। पर क्षेत्र अभी भी शुरुआती है, और अधिकांश काम उन्नत R&D जैसा दिखता है बजाय परिपक्व उत्पादों के।
कुछ प्रमुख तकनीकी कंपनियाँ पूरा क्वांटम स्टैक बना रही हैं: हार्डवेयर, कंट्रोल इलेक्ट्रॉनिक्स, कंपाइलर्स और सॉफ्टवेयर टूल्स।\n\n- IBM, Google, और Microsoft सबसे अधिक दिखाई देने वाले नाम हैं। IBM और Google अपने प्रोसेसर बनाते हैं, जबकि Microsoft सॉफ्टवेयर, क्लाउड एकीकरण और दीर्घकालिक हार्डवेयर धारणाओं पर अधिक फोकस करता है।\n- Amazon Web Services (AWS) अपने खुद के चिप्स नहीं बनाती, पर अपने Braket सेवा के माध्यम से कई विक्रेताओं के उपकरणों तक पहुँच प्रदान करती है।
इन प्लेटफॉर्म्स के ज़रिये, इंटरनेट कनेक्शन रखने वाला कोई भी छोटے क्वांटम प्रोग्राम वास्तविक हार्डवेयर या उच्च‑गुणवत्ता सिमुलेटर पर चला सकता है। यह "क्लाउड के माध्यम से क्वांटम" मॉडल शोधकर्ताओं, स्टार्टअप्स और छात्रों के बीच प्रमुख तरीका है।
बड़ी टेक के साथ‑साथ कई स्टार्टअप्स विभिन्न हार्डवेयर दृष्टिकोणों पर दांव लगा रहे हैं:\n\n- सुपरकंडक्टिंग क्यूबिट्स\n- ट्रैप्ड आयन\n- न्यूट्रल एटम्स\n- फोटोनिक (लाइट‑आधारित) सिस्टम
IonQ, Quantinuum, Rigetti, PsiQuantum, Xanadu जैसी कंपनियाँ यह एक्सप्लोर कर रही हैं कि कौन सा भौतिक प्लेटफ़ॉर्म सर्वश्रेष्ठ स्केल करेगा। कई अपने मशीनों को क्लाउड पोर्टलों के माध्यम से उपलब्ध कराते हैं या बड़े क्लाउड प्रदाताओं के साथ एकीकृत होते हैं।
शैक्षणिक समूह और राष्ट्रीय प्रयोगशालाएँ अभी भी मौलिक प्रगति का बड़ा हिस्सा चला रही हैं:\n\n- नए क्यूबिट आर्किटेक्चर और नियंत्रण योजनाएँ डिजाइन करना\n- रिकॉर्ड‑स्तरीय coherence times और gate fidelities दिखाना\n- फॉल्ट‑टॉलरेंट मशीनों के लिए त्रुटि‑सुधार कोड और आर्किटेक्चर की खोज
उत्तर अमेरिका, यूरोप और एशिया में सरकारी प्रोग्राम समन्वित क्वांटम पहलों को वित्तपोषित करते हैं, जो विश्वविद्यालयों, प्रयोगशालाओं और उद्योग भागीदारों को जोड़ते हैं।
सार्वजनिक उपलब्धियाँ अक्सर ध्यान केंद्रित करती हैं:\n\n- क्यूबिट काउंट: दर्जनों से कम‑सैकड़ों क्यूबिट वाले चिप्स अब सामान्य घोषणा में दिखाई देते हैं।\n- गुणवत्ता: बेहतर त्रुटि दरें और अधिक भरोसेमंद ऑपरेशंस अंकों से भी ज़्यादा मायने रखते हैं।\n- क्वांटम एडवांटेज प्रदर्शन: सावधानीपूर्वक चुने गए कार्य जहाँ क्वांटम उपकरण सर्वश्रेष्ठ ज्ञात क्लासिकल विधियों से बेहतर प्रदर्शन करते हैं।
Google का प्रारम्भिक "quantum supremacy" प्रयोग और बाद के चीनी फोटोनिक सिस्टम के परिणामों ने ध्यान खींचा, पर ये कार्य अत्यंत विशिष्ट थे और सीधे‑उपयोगी नहीं थे। फिर भी उन्होंने दिखाया कि सही परिस्थितियों में क्वांटम मशीनें क्लासिकली कठिन कार्य कर सकती हैं।
हेडलाइन्स के बावजूद, वर्तमान उपकरण अब भी NISQ कहलाते हैं:\n\n- बड़े, त्रुटि‑सुधारित एल्गोरिद्म के लिए बहुत छोटे और त्रुटि‑प्रवण\n- शोध, एल्गोरिद्म‑प्रोटोटाइपिंग और शिक्षा के लिए बहुत उपयोगी\n- अभी मुख्यधारा के व्यवसायिक वर्कलोड्स को क्रांतिकारी रूप से बदलने के लिए तैयार नहीं
क्षेत्र तेजी से बढ़ रहा है: बेहतर क्यूबिट, सुधरी फैब्रिकेशन, स्मार्ट त्रुटि‑निवारण और परिपक्व सॉफ्टवेयर टूलचेन हर साल दिखाई देते हैं। साथ ही अपेक्षाएँ भी संतुलित हो रही हैं। अधिकतर गंभीर खिलाड़ी क्वांटम कंप्यूटिंग को दशकों में नापा जाने वाला दीर्घकालिक प्रयास मानते हैं, न कि अचानक क्लासिकल की जगह लेने वाली चीज़।
यदि आप शामिल होना चाहते हैं, तो यह एक अच्छा समय है: हार्डवेयर प्रयोग करने के लिए पर्याप्त अच्छा है, क्लाउड के माध्यम से सुलभ है, और अभी भी पर्याप्त शुरुआती है कि नए विचार—एल्गोरिद्म से लेकर अनुप्रयोगों तक—वास्तविक प्रभाव डाल सकते हैं।
क्वांटम के लिए तैयारी करना किसी तिथि का अनुमान लगाना नहीं है बल्कि धीरे‑धीरे साक्षरता बनाना है ताकि आप वास्तविक अवसरों और जोखिमों को पहचान सकें।
अधिकांश प्रमुख क्वांटम प्लेटफ़ॉर्म प्रदान करते हैं:\n\n- ब्राउज़र‑आधारित सर्किट बिल्डर और सिमुलेटर\n- केमिस्ट्री, अनुकूलन और खिलौना एल्गोरिद्म के उदाहरण नोटबुक\n- छोटे प्रयोगों के लिए मुफ्त टियर्स
इन्हें जिज्ञासा‑आधारित प्रयोगशालाओं की तरह लगाएँ न कि प्रोडक्शन‑स्थलों की तरह।
क्वांटम कंप्यूटिंग वादा करती है, पर यह हर कठिन समस्या का शॉर्टकट नहीं है और क्लासिकल सिस्टम्स की जगह नहीं लेगी। धीरे‑धीरे प्रगति, हाइब्रिड क्वांटम‑क्लासिकल वर्कफ़्लोज़, और कई रास्ते भी बंद होंगे।
श्रेष्ठ तैयारी मामूली पर लगातार है: बुनियादी बातें समझें, सोच‑समझकर प्रयोग करें, और बड़े‑पैमाने की मशीनों के आने से बहुत पहले सुरक्षा बदलावों की योजना बनाएं।
क्वांटम कंप्यूटिंग सिर्फ वर्तमान मशीनों का तेज़ संस्करण नहीं है। यह गणना का एक अलग मॉडल है, बिट्स की जगह क्यूबिट्स और लॉक‑हुए 0/1 की जगह सुपरपोज़िशन पर आधारित। यह बदलाव कुछ समस्याओं को समानांतर में इस तरह अनुरूप करने की अनुमति देता है कि क्लासिकल कंप्यूटर मिलकर भी बराबरी नहीं कर सकते।
इसी वजह से कई लोग इसे कंप्यूटिंग के भविष्य का स्तम्भ मानते हैं। ठीक से डिज़ाइन किए गए क्वांटम एल्गोरिद्म सुपरपोज़िशन, एंटैंगलमेंट और इंटरफेरेंस का उपयोग करके सर्च, अनुकूलन और अणु/सामग्री सिमुलेशन जैसे कार्यों को तेज कर सकते हैं। ये वादे सिर्फ सूचनात्मक नहीं हैं: Shor और Grover जैसे उदाहरण पहले से मौजूद हैं जो दिखाते हैं कि क्वांटम और क्लासिकल कंप्यूटिंग में शक्ति का अंतर कैसा हो सकता है।
एक ही समय में, आज के उपकरण शोरयुक्त, छोटे और नाज़ुक हैं। त्रुटि‑दरें ऊँची हैं, क्यूबिट्स नियंत्रित करना कठिन है, और सिस्टम्स को लाखों क्यूबिट्स तक स्केल करना नई इंजीनियरिंग, नए पदार्थ और नई थ्योरी मांगेगा। क्वांटम की सीमाओं को समझना इसकी संभावनाओं को समझने जितना ही महत्वपूर्ण है।
सुरक्षा में स्थिति विशेष रूप से स्पष्ट है। बड़े, फॉल्ट‑टॉलरेंट क्वांटम कंप्यूटर्स आज की पब्लिक‑की क्रिप्टोग्राफी को तोड़ सकते हैं, जिससे साइबर‑सुरक्षा का भविष्य बदल सकता है और पोस्ट‑क्वांटम स्कीमों की ओर संक्रमण तेज होगा। क्वांटम क्रिप्टोग्राफी और क्वांटम‑सेफ़ एल्गोरिद्म अब सरकारों और कंपनियों के लिए रणनीतिक विषय बन रहे हैं।
सुरक्षा के परे, सबसे तत्काल क्वांटम अनुप्रयोग केमिस्ट्री, सामग्री विज्ञान, लॉजिस्टिक्स और वित्त में होने की उम्मीद है—ऐसे क्षेत्र जहाँ मामूली क्वांटम स्पीड‑अप भी वास्तविक आर्थिक मूल्य खोल सकते हैं।
सही रवैया न तो अतिउत्साह हो और न ही इनकार, बल्कि सूचित जिज्ञासा है। पूछते रहें कि क्वांटम कंप्यूटर्स कैसे काम करते हैं, वे वास्तव में कहाँ मदद करते हैं, और कौन ठोस प्रमाणों के साथ दावों का सत्यापन कर रहा है।
यदि इस लेख ने आपको क्वांटम कंप्यूटिंग के मूल सिद्धांत सीखने में मदद की, तो इसे एक शुरुआत मानें। नए परिणामों, मानकों और व्यावहारिक परिनियोजनों को फॉलो करते रहें। क्वांटम प्रौद्योगिकी वर्षों में विकसित होगी, हफ्तों में नहीं—पर जो संगठन और लोग इसमें जल्दी जुड़ते हैं वे आने वाले परिवर्तनों के लिए बेहतर तैयार होंगे।
क्वांटम कंप्यूटर एक ऐसी मशीन है जो सूचना संसाधित करने के लिए क्वांटम भौतिकी के नियमों का उपयोग करती है। पारंपरिक कंप्यूटरों की तरह केवल निश्चित 0 और 1 के साथ काम करने के बजाय, यह क्यूबिट्स का उपयोग करता है जो एक ही समय में 0 और 1 दोनों की सुपरपोज़िशन में हो सकते हैं और एक-दूसरे के साथ उलझे (entangled) हो सकते हैं। इससे कुछ समस्याओं को इस तरह से समानांतर में खोजा जा सकता है जो क्लासिकल मशीनें आसानी से नहीं कर पातीं।
एक क्लासिकल बिट हमेशा 0 या 1 होता है, जैसे कि एक लाइट स्विच जो बंद या चालू हो। एक क्यूबिट सुपरपोज़िशन में 0 और 1 दोनों हो सकता है, और कई क्यूबिट्स एंटैंगल्ड हो सकते हैं, जिससे क्लासिकल प्रणालियों से भी अधिक मजबूत सहसंबंध बनते हैं। यह अतिरिक्त संरचना क्वांटम एल्गोरिद्मों को जानकारी को उस तरह से संशोधित करने की अनुमति देती है कि सही उत्तरों की संभावना बढ़े।
क्वांटम कंप्यूटर्स विशेष रूप से उपयुक्त हैं:
वे रोज़मर्रा के कार्यों—वेब ब्राउज़िंग, ऑफिस ऐप्स या सामान्य डेटाबेस—के लिए ज़्यादा मददगार नहीं हैं।
नहीं। क्वांटम कंप्यूटर सामान्य‑उद्देश्य वाले क्लासिकल मशीनों का स्थान नहीं लेंगे। वे कुछ कठिन समस्याओं के लिए स्पेशलाइज़्ड एक्सेलेरेटर्स की तरह हैं, जैसे GPU कुछ ग्राफिक्स और AI वर्कलोड्स को तेज करते हैं। रोज़मर्रा के कार्यों के लिए—ईमेल, दस्तावेज़, गेमिंग, वेब—क्लासिकल कंप्यूटर मुख्य रूप से बने रहेंगे, और आवश्यकता होने पर बैकग्राउंड में क्वांटम सेवाओं के साथ एकीकृत हो सकते हैं।
NISQ का मतलब है Noisy Intermediate‑Scale Quantum। वर्तमान उपकरण:
ये शोध, शिक्षा और प्रोटोटाइप के लिए उत्कृष्ट हैं, पर बड़े प्रॉडक्शन‑वर्कलोड्स के लिए अभी उपयुक्त नहीं हैं।
आज की अधिकांश सार्वजनिक‑की क्रिप्टोग्राफी (RSA, ECC) उन गणितीय समस्याओं पर निर्भर करती है जिन्हें बड़े, एरर‑कर्रेक्टेड क्वांटम कंप्यूटर आसानी से हल कर सकते हैं—यह खतरा Shor’s algorithm की वजह से है। इससे TLS, कोड‑साइनिंग, क्रिप्टोकरेंसी और सुरक्षित संचार प्रभावित हो सकते हैं। तैयारी के लिए मानक‑निर्माता और संगठन पहले से ही पोस्ट‑क्वांटम क्रिप्टोग्राफी (PQC) की ओर जा रहे हैं—ऐसे नए एल्गोरिद्म जो क्लासिकल और क्वांटम हमलों दोनों के विरुद्ध सुरक्षित माने जाते हैं।
विशेषज्ञ आम तौर पर सहमत हैं कि बड़े, फॉल्ट‑टॉलरेंट क्वांटम कंप्यूटर्स तक पहुंच सालों से लेकर दशकों में हो सकती है। प्रगति वास्तविक है पर क्रमिक: क्यूबिट की गुणवत्ता, संख्या और त्रुटि‑सुधार को साथ‑साथ बेहतर होना चाहिए। समयरेखा अनिश्चित है, इसलिए सुरक्षा नियोजन और कौशल विकास अभी से शुरू होने चाहिए, भले ही पूर्ण‑स्केल मशीनें तुरंत आ न रही हों।
हाँ। आप आज ही क्वांटम सर्किट प्रोग्राम कर सकते हैं क्लाउड प्लेटफ़ॉर्म और ओपन‑सोर्स टूल्स का उपयोग करके, जैसे Qiskit, Cirq, और Amazon Braket। व्यावहारिक दृष्टिकोण:
फिलहाल व्यावसायिक स्तर की पूरी‑स्टैक क्वांटम रणनीतियों की आवश्यकता नहीं है, पर निम्न‑जोखिम तैयारी करनी चाहिए:
जिन लोगों को शुरुआती सीख से सबसे अधिक लाभ होगा उनमें डेवलपर्स, डेटा वैज्ञानिक, सुरक्षा इंजीनियर और शोध‑गहन या सुरक्षा‑संवेदनशील क्षेत्रों के तकनीकी नेता शामिल हैं। भौतिकी में गहरी पृष्ठभूमि ज़रूरी नहीं है; लिनियर एल्जेब्रा (वेक्टर, मैट्रिक्स, जटिल संख्याएँ) का व्यावहारिक ज्ञान और सुपरपोज़िशन, एंटैंगलमेंट, और बुनियादी सर्किट्स के बारे में जिज्ञासा शुरुआती पाठ्यक्रम और हैंड्स‑ऑन ट्यूटोरियल्स के लिए पर्याप्त है।