क्वांटम कंप्यूटिंग क्वांटम यांत्रिकी सिद्धांतों का उपयोग करके डेटा को संसाधित करती है। परिणामस्वरूप, क्वांटम कंप्यूटिंग को शास्त्रीय कंप्यूटिंग की तुलना में एक अलग दृष्टिकोण की आवश्यकता होती है। क्वांटम कंप्यूटर में प्रयुक्त प्रोसेसर इस भेद का एक उदाहरण है।
जबकि पारंपरिक कंप्यूटर सिलिकॉन-आधारित प्रोसेसर का उपयोग करते हैं, क्वांटम कंप्यूटर परमाणु, आयन, फोटॉन या इलेक्ट्रॉन जैसे क्वांटम सिस्टम का उपयोग करते हैं। वे बिट्स का प्रतिनिधित्व करने के लिए क्वांटम सुविधाओं का उपयोग करते हैं जिन्हें 1 और 0 के विभिन्न क्वांटम सुपरपोजिशन में बनाया जा सकता है।
तो, इस संदर्भ में "क्वांटम" शब्द का वास्तव में क्या अर्थ है? क्या यह एक महत्वपूर्ण छलांग है?
क्वांटम शब्द की उत्पत्ति लैटिन शब्द क्वांटम से हुई है, जिसका अर्थ है "मात्रा।" यह भौतिकी में 'ऊर्जा की एक अलग मात्रा है जो विकिरण की आवृत्ति के परिमाण में आनुपातिक है'। असतत का तात्पर्य किसी ऐसी चीज़ से है जो न तो निरंतर है और न ही अलग। इस अर्थ में क्वांटम का तात्पर्य अद्वितीय या महत्वपूर्ण मात्रा से है।
क्वांटम कंप्यूटिंग क्या है?
क्वांटम कम्प्यूटिंग गणनाओं के लिए एल्गोरिदम बनाने के लिए बीजगणितीय तरीकों का उपयोग कर रहा है, जो अक्सर क्वांटम भौतिकी में उपयोग किए जाने वाले समान या समान होते हैं। क्वांटम यांत्रिकी, बदले में, एक बुनियादी भौतिकी सिद्धांत को संदर्भित करता है जो परमाणुओं और उप-परमाणु कणों के आकार पर प्रकृति के भौतिक गुणों की व्याख्या में गोता लगाता है।
A क्वांटम कंप्यूटर इस प्रकार एक काल्पनिक कंप्यूटर है जो ऐसे एल्गोरिदम को लागू करने में सक्षम है। नतीजतन, क्वांटम कंप्यूटर मूल रूप से क्वांटम बिट्स पर आधारित होते हैं, जिन्हें क्वैबिट भी कहा जाता है, जो एक इलेक्ट्रॉन से बनाया जा सकता है।
क्वांटम सामग्री क्वांटम यांत्रिकी नियमों के अनुसार व्यवहार करती है, संभाव्य गणना, सुपरपोजिशन और जैसी धारणाओं का उपयोग करती है। नाज़ुक हालत. ये विचार क्वांटम एल्गोरिदम की नींव के रूप में काम करते हैं, जो जटिल समस्याओं से निपटने के लिए क्वांटम कंप्यूटर की क्षमताओं का उपयोग करते हैं।
इस लेख में, मैं क्वांटम उलझाव के बारे में आपको जो कुछ जानने की जरूरत है उस पर चर्चा करूंगा।
क्वांटम उलझाव क्या है?
क्वांटम उलझाव तब होता है जब दो प्रणालियाँ इतनी निकटता से जुड़ी होती हैं कि एक के बारे में जानने से आपको दूसरे के बारे में तत्काल ज्ञान मिल जाता है, चाहे वे कितनी भी दूर क्यों न हों।
आइंस्टीन जैसे वैज्ञानिक इस घटना से चकित थे, जिसे उन्होंने "दूरी पर एक डरावनी कार्रवाई" करार दिया क्योंकि इसने नियम को तोड़ दिया कि कोई भी जानकारी प्रकाश की गति से तेज नहीं भेजी जा सकती। हालाँकि, फोटॉन और इलेक्ट्रॉनों का उपयोग करने वाले अतिरिक्त प्रयोगों ने उलझाव को सत्यापित किया।
उलझाव क्वांटम कंप्यूटिंग की आधारशिला है। भौतिकी में क्वांटम उलझाव क्वांटम कणों के बीच एक अत्यधिक मजबूत संबंध को संदर्भित करता है। यह संबंध इतना मजबूत है कि दो या दो से अधिक क्वांटम कण भारी दूरी से अलग होते हुए भी एक-दूसरे से जुड़े रह सकते हैं।
इसे और समझने के लिए, एक सरल तुलना पर विचार करें जो भौतिकी या कंप्यूटिंग से संबंधित नहीं है। सोचिए अगर एक नहीं बल्कि दो सिक्के उछाले जाएं तो क्या होगा। आमतौर पर, चाहे एक सिक्का चित पर गिरे या पट पर, इसका दूसरे सिक्के के उछाल के परिणाम पर बहुत कम प्रभाव पड़ता है।
हालाँकि, उलझाव के मामले में, दोनों हिस्से जुड़े या उलझे हुए हैं, भले ही वे शारीरिक रूप से अलग हों। इस मामले में, यदि एक सिक्का शीर्ष पर गिरता है, तो दूसरा सिक्का भी इसी तरह शीर्ष प्रदर्शित करेगा, और इसके विपरीत।
क्वांटम उलझाव को समझना (उदाहरण के साथ)
क्वांटम उलझाव वास्तव में एक ऐसी स्थिति है जिसमें दो सिस्टम (आमतौर पर इलेक्ट्रॉन या फोटॉन) इतने करीब से जुड़े होते हैं कि एक सिस्टम की "स्थिति" (इलेक्ट्रॉन के घूमने की दिशा, मान लीजिए "ऊपर") के बारे में जानकारी प्राप्त करने से दूसरे सिस्टम के बारे में तात्कालिक ज्ञान प्राप्त हो जाता है। "स्थिति" (दूसरे इलेक्ट्रॉन के घूमने की दिशा, मान लीजिए "नीचे") भले ही ये प्रणालियाँ कितनी भी दूर मौजूद हों।
वाक्यांश "तत्काल" और "भले ही वे कितने दूर हों" महत्वपूर्ण हैं। इस घटना ने आइंस्टीन जैसे वैज्ञानिकों को भ्रमित कर दिया है, क्योंकि राज्य को तब तक परिभाषित नहीं किया जाता है जब तक कि इसे मापा नहीं जाता है, और सूचना प्रसारण शास्त्रीय भौतिकी नियम की अवहेलना करता है कि सूचना को प्रकाश की गति से अधिक तेजी से नहीं ले जाया जा सकता है।
हालाँकि, 1980 के दशक से शुरू हुए अनुसंधान और परीक्षण के कारण, 1980 के दशक से फोटॉन और इलेक्ट्रॉन दोनों का उपयोग करना सिद्ध हो गया है।
दो उपपरमाण्विक कणों (इलेक्ट्रॉनों) का उत्पादन किया जा सकता है ताकि उन्हें एक एकल तरंग फ़ंक्शन द्वारा वर्णित किया जा सके। शून्य स्पिन वाले मूल कण को समान लेकिन विपरीत स्पिन वाले दो उलझे हुए बेटी कणों में क्षय करने की अनुमति देकर उलझाव को एक विधि में प्राप्त किया जा सकता है।
यदि दो संतति कण किसी भी चीज़ के साथ परस्पर क्रिया नहीं करते हैं, तो उनकी तरंग क्रियाएँ समान और विपरीत रहेंगी, चाहे वे कितनी भी दूर क्यों न मापी जाएँ। वैज्ञानिकों ने परीक्षण के माध्यम से यह निर्धारित किया कि उलझने के समय का जानकारी पर कोई प्रभाव नहीं पड़ा।
इसके बजाय, जब एक कण की जानकारी मापी जाती है तो सूचना प्रकाश की गति से भी तेज गति से दूसरे कण तक भेजी जाती है।
परिणामस्वरूप, सूचना इसी गति से प्रवाहित होती है। लेकिन इस पर हमारा कोई नियंत्रण नहीं है - नियंत्रण की यह कमी क्वांटम एंटैंगमेंट के उपयोग को प्रतिबंधित करती है, जैसे कि प्रकाश की गति से अधिक तेज़ संदेश या अन्य जानकारी भेजना।
क्वांटम कंप्यूटिंग में उलझाव क्या भूमिका निभाता है?
उलझे हुए क्वबिट की स्थिति को बदलने से क्वांटम कंप्यूटर में युग्मित क्वबिट की स्थिति तुरंत बदल जाती है। परिणामस्वरूप, उलझाव क्वांटम कंप्यूटरों की प्रसंस्करण गति को तेज कर देता है।
क्योंकि एक क्वबिट को संसाधित करने से कई क्वबिट के बारे में जानकारी का पता चलता है, क्वबिट की संख्या को दोगुना करने से आवश्यक रूप से प्रक्रियाओं की संख्या में वृद्धि नहीं होती है (यानी, उलझी हुई क्वबिट)।
अध्ययनों के अनुसार, क्वांटम एल्गोरिथ्म के लिए शास्त्रीय गणनाओं पर घातीय गति प्रदान करने के लिए क्वांटम उलझाव की आवश्यकता होती है।
क्वांटम कंप्यूटिंग में उलझाव अनुप्रयोग
कई अनुप्रयोग इस अनूठी भौतिक विशेषता से लाभ उठा सकते हैं, जो हमारे वर्तमान और भविष्य को बदल देगा। क्वांटम एन्क्रिप्शन, सुपरडेंस कोडिंग, शायद प्रकाश से भी तेज़ ट्रांसमिशन, और यहां तक कि टेलीपोर्टेशन भी एन्टैंगलमेंट द्वारा सक्षम किया जा सकता है।
क्वांटम कंप्यूटर में वित्त और बैंकिंग सहित विभिन्न उद्योगों में समय और प्रसंस्करण शक्ति-गहन चुनौतियों से निपटने की क्षमता है।
क्वांटम उलझाव एक ऐसी घटना है जो ऐसे कंप्यूटरों को उनके क्वैबिट के बीच डेटा प्रवाह को संभालने के लिए आवश्यक समय और प्रसंस्करण शक्ति को कम करके मदद कर सकती है।
1. क्वांटम क्रिप्टोग्राफी
शास्त्रीय क्रिप्टोग्राफी में, प्रेषक संदेश को एक कुंजी के साथ एनकोड करता है, जबकि प्राप्तकर्ता इसे साझा कुंजी के साथ डीकोड करता है। हालाँकि, यह खतरा है कि कोई तीसरा पक्ष कुंजियों के बारे में ज्ञान प्राप्त कर लेगा और क्रिप्टोग्राफी को बाधित करने और कमजोर करने में सक्षम हो जाएगा।
दोनों पक्षों के बीच एक सुरक्षित चैनल बनाना अटूट क्रिप्टोग्राफी की आधारशिला है। उलझाव इसका कारण बन सकता है। चूँकि दोनों प्रणालियाँ उलझी हुई हैं, वे एक-दूसरे के साथ सहसंबद्ध हैं (जब एक बदलता है, तो दूसरा भी बदलता है), और कोई भी तीसरा पक्ष इस सहसंबंध को साझा नहीं करेगा।
क्वांटम क्रिप्टोग्राफी को नो-क्लोनिंग से भी लाभ होता है, जिसका अर्थ है कि अज्ञात क्वांटम स्थिति की एक समान प्रतिकृति उत्पन्न करना असंभव है। परिणामस्वरूप, क्वांटम अवस्था में एन्कोड किए गए डेटा को दोहराना असंभव है।
अभेद्य क्वांटम कुंजी वितरण के साथ, क्वांटम क्रिप्टोग्राफी पहले ही साकार हो चुकी है (क्यूकेडी)। क्यूकेडी कुंजी के बारे में जानकारी संप्रेषित करने के लिए यादृच्छिक रूप से ध्रुवीकृत फोटॉन का उपयोग करता है। प्राप्तकर्ता ध्रुवीकरण फ़िल्टर और संदेश को एन्क्रिप्ट करने के लिए उपयोग की जाने वाली तकनीक का उपयोग करके कुंजी को समझता है।
गुप्त डेटा अभी भी मानक संचार लाइनों के माध्यम से स्थानांतरित किया जाता है, लेकिन केवल सटीक क्वांटम कुंजी ही संदेश को डिकोड कर सकती है। क्योंकि ध्रुवीकृत फोटॉनों को "पढ़ने" से उनकी स्थिति बदल जाती है, कोई भी छिपकर बात करने से संचारकों को घुसपैठ के प्रति सचेत किया जा सकता है।
क्यूकेडी तकनीक वर्तमान में फाइबर ऑप्टिक केबल द्वारा बाधित है, जो प्राप्त करने के लिए बहुत कमजोर होने से पहले लगभग 100 किमी तक एक फोटॉन वितरित कर सकती है। 2004 में, पहला उलझा हुआ QKD बैंक हस्तांतरण ऑस्ट्रिया में हुआ।
यह सुनिश्चित करना कि अटूट और छेड़छाड़-रोधी संचार का प्रसारण जो भौतिक सिद्धांतों के आधार पर सुरक्षित है, का वित्त, बैंकिंग, सैन्य, चिकित्सा और अन्य क्षेत्रों में स्पष्ट अनुप्रयोग है। कई व्यवसाय अब उलझे हुए QKD का उपयोग कर रहे हैं।
2. क्वांटम टेलीपोर्टेशन
क्वांटम टेलीपोर्टेशन भी दो पक्षों, जैसे फोटॉन, परमाणु, इलेक्ट्रॉन और सुपरकंडक्टिंग सर्किट के बीच क्वांटम जानकारी प्रसारित करने की विधि है। शोध के अनुसार, टेलीपोर्टेशन क्यूसी को कम बिजली का उपयोग करते हुए समानांतर में चलने की अनुमति देता है, जिससे बिजली का उपयोग 100 से 1000 गुना कम हो जाता है।
क्वांटम टेलीपोर्टेशन और क्वांटम क्रिप्टोग्राफी के बीच अंतर इस प्रकार है:
- क्वांटम टेलीपोर्टेशन का आदान-प्रदान एक शास्त्रीय चैनल पर, "क्वांटम" जानकारी भेजी जाती है।
- क्वांटम क्रिप्टोग्राफी का आदान-प्रदान क्वांटम चैनल पर, "शास्त्रीय" जानकारी भेजी जाती है।
क्वांटम कंप्यूटरों की बिजली की ज़रूरतें गर्मी पैदा करती हैं, जो एक चुनौती है क्योंकि उन्हें इतने कम तापमान पर काम करना होगा। टेलीपोर्टेशन में डिज़ाइन समाधानों को जन्म देने की क्षमता है जो क्वांटम कंप्यूटिंग के विकास को गति देगा।
3. जैविक प्रणाली
मानव शरीर, सभी प्राणियों की तरह, लाखों रासायनिक और जैविक प्रक्रियाओं की परस्पर क्रिया के कारण लगातार बदल रहा है। हाल तक, उन्हें रैखिक माना जाता था, जिसमें "ए" से "बी" होता था। हालाँकि, क्वांटम जीव विज्ञान और बायोफिज़िक्स ने जैविक प्रणालियों के अंदर भारी मात्रा में सामंजस्य को उजागर किया है, जिसमें QE की भूमिका है।
जिस तरह से विविध सबयूनिट प्रोटीन संरचनाएं एक साथ पैक किए गए हैं निरंतर क्वांटम उलझाव और सुसंगतता की अनुमति देने के लिए विकसित किया गया है। क्वांटम जीव विज्ञान अभी भी विभिन्न अनुत्तरित चिंताओं के साथ एक सैद्धांतिक विषय है; जब उन्हें संबोधित किया जाता है, चिकित्सा में अनुप्रयोग तेजी से दिखाई देने लगेंगे।
क्वांटम कंप्यूटिंग, सैद्धांतिक रूप से, शास्त्रीय कंप्यूटरों की तुलना में प्रकृति (परमाणु बंधन का अनुकरण करके) और क्वांटम जैविक प्रणालियों से बेहतर मेल खा सकती है।
4. सुपरडेंस कोडिंग
सुपरडेंस कोडिंग एक एकल उलझे हुए क्वबिट का उपयोग करके सूचना के दो पारंपरिक बिट्स को प्रसारित करने की विधि है। वह कोड जो सुपर-सघन हो सकता है:
- उपयोगकर्ता को शास्त्रीय संदेश को समय से पहले पुनर्निर्माण करने के लिए आवश्यक आधे हिस्से को भेजने की अनुमति देता है, जिससे उपयोगकर्ता को पूर्व-डिलीवर किए गए क्वैबिट समाप्त होने तक दोगुनी गति से संचार करने की अनुमति मिलती है।
- एक दिशा में दो-तरफा क्वांटम चैनल की क्षमता दोगुनी हो गई है।
- कम-विलंबता चैनल पर आने वाले डेटा का समर्थन करने के लिए उच्च-विलंबता चैनल पर आधा डेटा संचारित करके उच्च-विलंबता बैंडविड्थ को कम-विलंबता बैंडविड्थ में परिवर्तित करें।
संचार की प्रत्येक पीढ़ी ने अधिक डेटा स्थानांतरण की मांग की है। सुपरडेंस कोडिंग से जानकारी में तुलनीय लाभ संभव होगा।
निष्कर्ष
क्वांटम उलझाव हमें डेटा के साथ पहले से अकल्पनीय तरीकों से काम करने की अनुमति दे सकता है। क्वांटम कंप्यूटिंग को एन्टैंगलमेंट के साथ एकीकृत करके, हम उन मुद्दों का उत्तर अधिक कुशल और सुरक्षित तरीके से देने में सक्षम होंगे जो भारी मात्रा में डेटा की मांग करते हैं।
जैविक और खगोलीय अनुप्रयोगों के साथ, क्यूई का उपयोग उन मुद्दों का उत्तर देने के लिए किया जा सकता है जिन पर मनुष्य लंबे समय से विचार कर रहे हैं: हम कहां से आए हैं और यह सब कैसे शुरू हुआ?
प्रौद्योगिकी जितनी अधिक उन्नत होगी, हम इसके लिए उतने ही अधिक अनुप्रयोग खोजेंगे- इसमें जबरदस्त संभावनाएं हैं!
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