क्वांटम लाभ क्या है? वह क्षण जब अत्यंत शक्तिशाली क्वांटम कंप्यूटर आएंगे

क्वांटम लाभ वह मील का पत्थर है जिसके लिए क्वांटम कंप्यूटिंग का क्षेत्र उत्साहपूर्वक काम कर रहा है, जब एक क्वांटम कंप्यूटर उन समस्याओं को हल कर सकता है जो सबसे शक्तिशाली गैर-क्वांटम, या शास्त्रीय, कंप्यूटर की पहुंच से परे हैं।

क्वांटम परमाणुओं और अणुओं के पैमाने को संदर्भित करता है जहां भौतिकी के नियम, जैसा कि हम अनुभव करते हैं, टूट जाते हैं और कानूनों का एक अलग, प्रति-सहज ज्ञान युक्त सेट लागू होता है। क्वांटम कंप्यूटर समस्याओं को हल करने के लिए इन अजीब व्यवहारों का लाभ उठाते हैं।

कुछ प्रकार की समस्याएँ होती हैं शास्त्रीय कंप्यूटरों के लिए इसे हल करना अव्यावहारिक हैइस तरह के रूप में, अत्याधुनिक एन्क्रिप्शन एल्गोरिदम को क्रैक करना. हाल के दशकों में हुए शोध से पता चला है कि क्वांटम कंप्यूटर में इनमें से कुछ समस्याओं को हल करने की क्षमता है। यदि एक क्वांटम कंप्यूटर बनाया जा सकता है जो वास्तव में इनमें से किसी एक समस्या का समाधान करता है, तो इसने क्वांटम लाभ का प्रदर्शन किया होगा।

मैं कर रहा हूँ एक भौतिकशास्त्री जो क्वांटम सूचना प्रसंस्करण और क्वांटम सिस्टम के नियंत्रण का अध्ययन करता है। मेरा मानना ​​है कि वैज्ञानिक और तकनीकी नवाचार की यह सीमा न केवल गणना में अभूतपूर्व प्रगति का वादा करती है, बल्कि क्वांटम प्रौद्योगिकी में व्यापक उछाल का भी प्रतिनिधित्व करती है, जिसमें क्वांटम क्रिप्टोग्राफी और क्वांटम सेंसिंग में महत्वपूर्ण प्रगति शामिल है।

क्वांटम कंप्यूटिंग की शक्ति का स्रोत

क्वांटम कंप्यूटिंग का केंद्र क्वांटम बिट है, या qubit. शास्त्रीय बिट्स के विपरीत, जो केवल 0 या 1 की स्थिति में हो सकता है, एक क्वबिट किसी भी स्थिति में हो सकता है जो 0 और 1 का कुछ संयोजन है। न तो केवल 1 या केवल 0 की इस स्थिति को एक के रूप में जाना जाता है क्वांटम सुपरपोजिशन. प्रत्येक अतिरिक्त क्वैबिट के साथ, क्वैबिट द्वारा दर्शाए जा सकने वाले राज्यों की संख्या दोगुनी हो जाती है।

इस गुण को अक्सर क्वांटम कंप्यूटिंग की शक्ति का स्रोत समझ लिया जाता है। इसके बजाय, यह सुपरपोज़िशन की एक जटिल परस्पर क्रिया के कारण आता है, हस्तक्षेप , तथा नाज़ुक हालत.

हस्तक्षेप में क्वैबिट में हेरफेर करना शामिल है ताकि उनके राज्य गणना के दौरान रचनात्मक रूप से सही समाधानों को बढ़ाने और गलत उत्तरों को दबाने के लिए विनाशकारी रूप से संयोजित हों। रचनात्मक हस्तक्षेप तब होता है जब दो तरंगों की चोटियाँ - जैसे ध्वनि तरंगें या समुद्री लहरें - मिलकर एक ऊँची चोटी बनाती हैं। विनाशकारी हस्तक्षेप तब होता है जब एक तरंग शिखर और एक तरंग गर्त संयोजित होते हैं और एक दूसरे को रद्द कर देते हैं। क्वांटम एल्गोरिदम, जो कम हैं और तैयार करना मुश्किल है, हस्तक्षेप पैटर्न का एक क्रम स्थापित करते हैं जो किसी समस्या का सही उत्तर देते हैं।

एन्टैंगलमेंट क्वैबिट के बीच एक विशिष्ट क्वांटम सहसंबंध स्थापित करता है: एक की स्थिति को दूसरों से स्वतंत्र रूप से वर्णित नहीं किया जा सकता है, चाहे क्वबिट कितनी भी दूर क्यों न हों। इसे अल्बर्ट आइंस्टीन ने प्रसिद्ध रूप से "दूरस्थ डरावनी कार्रवाई" के रूप में खारिज कर दिया था। एंटैंगलमेंट का सामूहिक व्यवहार, क्वांटम कंप्यूटर के माध्यम से व्यवस्थित, कम्प्यूटेशनल गति-अप को सक्षम बनाता है जो शास्त्रीय कंप्यूटर की पहुंच से परे है।

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क्वांटम कंप्यूटिंग के अनुप्रयोग

क्वांटम कंप्यूटिंग के कई संभावित उपयोग हैं जहां यह शास्त्रीय कंप्यूटरों से बेहतर प्रदर्शन कर सकता है। क्रिप्टोग्राफी में, क्वांटम कंप्यूटर एक अवसर और चुनौती दोनों पेश करते हैं। सबसे प्रसिद्ध रूप से, उनके पास है वर्तमान एन्क्रिप्शन एल्गोरिदम को समझने की क्षमता, जैसे कि व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है आरएसए योजना.

इसका एक परिणाम यह है कि आज के एन्क्रिप्शन प्रोटोकॉल को भविष्य के क्वांटम हमलों के प्रति प्रतिरोधी बनाने के लिए पुन: इंजीनियर करने की आवश्यकता है। इस मान्यता के कारण इस क्षेत्र का विकास हुआ है पोस्ट-क्वांटम क्रिप्टोग्राफी. एक लंबी प्रक्रिया के बाद, राष्ट्रीय मानक और प्रौद्योगिकी संस्थान ने हाल ही में चार क्वांटम-प्रतिरोधी एल्गोरिदम का चयन किया है और उन्हें तैयार करने की प्रक्रिया शुरू कर दी है ताकि दुनिया भर के संगठन उन्हें अपनी एन्क्रिप्शन तकनीक में उपयोग कर सकें।

इसके अलावा, क्वांटम कंप्यूटिंग नाटकीय रूप से क्वांटम सिमुलेशन को गति दे सकती है: क्वांटम क्षेत्र में चल रहे प्रयोगों के परिणाम की भविष्यवाणी करने की क्षमता। प्रसिद्ध भौतिक विज्ञानी रिचर्ड फेनमैन इस संभावना की कल्पना की 40 वर्ष से भी पहले. क्वांटम सिमुलेशन रसायन विज्ञान और सामग्री विज्ञान में काफी प्रगति की संभावना प्रदान करता है, दवा की खोज के लिए आणविक संरचनाओं के जटिल मॉडलिंग जैसे क्षेत्रों में सहायता करता है और उपन्यास गुणों के साथ सामग्री की खोज या निर्माण को सक्षम बनाता है।

क्वांटम सूचना प्रौद्योगिकी का एक अन्य उपयोग है क्वांटम सेंसिंग: विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा, गुरुत्वाकर्षण, दबाव और तापमान जैसे भौतिक गुणों का पता लगाना और मापना अधिक संवेदनशीलता और परिशुद्धता गैर-क्वांटम उपकरणों की तुलना में। क्वांटम सेंसिंग जैसे क्षेत्रों में असंख्य अनुप्रयोग हैं पर्यावरणीय निगरानी, भूवैज्ञानिक अन्वेषण, चिकित्सीय इमेजिंग, तथा निगरानी.

के विकास जैसी पहल क्वांटम इंटरनेट क्वांटम कंप्यूटरों को आपस में जोड़ना क्वांटम और शास्त्रीय कंप्यूटिंग दुनिया को जोड़ने की दिशा में महत्वपूर्ण कदम है। इस नेटवर्क को क्वांटम कुंजी वितरण जैसे क्वांटम क्रिप्टोग्राफ़िक प्रोटोकॉल का उपयोग करके सुरक्षित किया जा सकता है, जो अल्ट्रा-सुरक्षित संचार चैनलों को सक्षम बनाता है जो कम्प्यूटेशनल हमलों से सुरक्षित होते हैं - जिनमें क्वांटम कंप्यूटर का उपयोग करने वाले भी शामिल हैं।

क्वांटम कंप्यूटिंग के लिए बढ़ते एप्लिकेशन सूट के बावजूद, नए एल्गोरिदम विकसित किए जा रहे हैं जो विशेष रूप से क्वांटम लाभ का पूरा उपयोग करते हैं मशीन लर्निंग में-चल रहे अनुसंधान का एक महत्वपूर्ण क्षेत्र बना हुआ है।

सुसंगत रहना और त्रुटियों पर काबू पाना

RSI क्वांटम कंप्यूटिंग क्षेत्र हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर विकास में महत्वपूर्ण बाधाओं का सामना करना पड़ता है। क्वांटम कंप्यूटर अपने वातावरण के साथ किसी भी अनजाने इंटरैक्शन के प्रति अत्यधिक संवेदनशील होते हैं। इससे विघटन की घटना उत्पन्न होती है, जहां क्विबिट तेजी से शास्त्रीय बिट्स के 0 या 1 राज्यों में गिरावट आती है।

क्वांटम स्पीड-अप के वादे को पूरा करने में सक्षम बड़े पैमाने पर क्वांटम कंप्यूटिंग सिस्टम का निर्माण करने के लिए विसंगति पर काबू पाने की आवश्यकता है। मुख्य बात प्रभावी तरीके विकसित करना है क्वांटम त्रुटियों को दबाना और ठीक करना, एक ऐसा क्षेत्र जिस पर मेरा अपना शोध केंद्रित है.

इन चुनौतियों से निपटने में असंख्य क्वांटम हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर स्टार्टअप Google और IBM जैसे सुस्थापित प्रौद्योगिकी उद्योग के खिलाड़ियों के साथ उभरे हैं। यह उद्योग हित, दुनिया भर की सरकारों के महत्वपूर्ण निवेश के साथ मिलकर, क्वांटम प्रौद्योगिकी की परिवर्तनकारी क्षमता की सामूहिक मान्यता को रेखांकित करता है। ये पहल एक समृद्ध पारिस्थितिकी तंत्र को बढ़ावा देती हैं जहां शिक्षा और उद्योग सहयोग करते हैं, जिससे क्षेत्र में प्रगति में तेजी आती है।

क्वांटम लाभ सामने आ रहा है

क्वांटम कंप्यूटिंग एक दिन के आगमन के समान ही विघटनकारी हो सकती है जनरेटिव ए.आई.. वर्तमान में, क्वांटम कंप्यूटिंग तकनीक का विकास एक महत्वपूर्ण मोड़ पर है। एक ओर, इस क्षेत्र ने पहले से ही एक संकीर्ण विशिष्ट क्वांटम लाभ हासिल करने के शुरुआती संकेत दिखाए हैं। Google के शोधकर्ता और बाद में ए चीन में शोधकर्ताओं की टीम क्वांटम लाभ का प्रदर्शन किया यादृच्छिक संख्याओं की सूची तैयार करने के लिए कुछ गुणों के साथ. मेरी शोध टीम ने क्वांटम स्पीड-अप का प्रदर्शन किया एक यादृच्छिक संख्या अनुमान लगाने के खेल के लिए.

दूसरी ओर, यदि निकट अवधि में व्यावहारिक परिणाम विफल हो जाते हैं, तो "क्वांटम विंटर" में प्रवेश करने का एक वास्तविक जोखिम है, जो कम निवेश की अवधि है।

जबकि प्रौद्योगिकी उद्योग निकट अवधि में उत्पादों और सेवाओं में क्वांटम लाभ देने के लिए काम कर रहा है, अकादमिक अनुसंधान इस नए विज्ञान और प्रौद्योगिकी को रेखांकित करने वाले मूलभूत सिद्धांतों की जांच पर केंद्रित है। यह चल रहा बुनियादी शोध, जिस प्रकार के नए और प्रतिभाशाली छात्रों से मेरा लगभग हर दिन सामना होता है, उनके उत्साही कार्यकर्ताओं द्वारा संचालित, यह सुनिश्चित करता है कि क्षेत्र प्रगति करता रहेगा।

इस लेख से पुन: प्रकाशित किया गया है वार्तालाप क्रिएटिव कॉमन्स लाइसेंस के तहत। को पढ़िए मूल लेख.

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• स्रोत: https://singularityhub.com/2023/11/17/what-is-quantum-advantage-the-moment-extremely-powerful-quantum-computers-will-arrive/