क्वांटम कंप्यूटिंग समझाया गया: Qubits कैसे काम करते हैं और अब यह क्यों महत्वपूर्ण है

एक शास्त्रीय कंप्यूटर सूचना को bits में संग्रहीत करता है जो या तो 0 या 1 होते हैं, जैसे एक स्विच जो चालू या बंद हो। एक क्वांटम कंप्यूटर इसके बजाय Qubits का उपयोग करता है, जो IBM की क्वांटम कंप्यूटिंग पर आधिकारिक व्याख्या के अनुसार एक ही समय में 0, 1, या दोनों के एक भारित संयोजन का प्रतिनिधित्व कर सकते हैं। यह गुण, जिसे superposition कहा जाता है, एक कारण है कि क्वांटम मशीनें कुछ समस्याओं के कई संभावित उत्तरों का एक ही समय में पता लगा सकती हैं, न कि एक बार में एक।

मशीन के पीछे की भौतिकी

IBM ने चार क्वांटम-यांत्रिक प्रभावों की पहचान की है जो क्वांटम कंप्यूटिंग को संभव बनाते हैं: superposition, entanglement, interference और decoherence। Entanglement Qubits को इस तरह जोड़ता है कि एक को मापने से दूसरे के बारे में जानकारी मिलती है, भले ही दोनों भौतिक रूप से अलग हों। Interference एक क्वांटम सर्किट को सही उत्तरों को बढ़ाने और गलत लोगों को रद्द करने देता है, उसी तरह जैसे अतिव्यापी तरंगें एक दूसरे को मजबूत या रद्द कर सकती हैं। Decoherence विपरीत प्रभाव है — क्वांटम स्थितियां साधारण शास्त्रीय मानों में ढह जाती हैं — और यह मुख्य बाधा है जिसे इंजीनियरों को एक क्वांटम प्रोसेसर को उपयोगी रखने के लिए दबाना चाहिए, IBM के अनुसार।

Qubits को कई भौतिक प्रणालियों से बनाया जा सकता है, जिनमें superconducting सर्किट शामिल हैं जो निरपेक्ष शून्य के पास ठंडे होते हैं, फंसे हुए ions, क्वांटम dots और photons। IBM के अपने क्वांटम प्रोसेसर superconducting सर्किट पर निर्भर करते हैं क्योंकि वे मौजूदा chip-fabrication तकनीकों के साथ निर्मित और नियंत्रित किए जा सकते हैं, IBM कहता है।

एक सत्यापन योग्य लाभ: Google की Willow Chip

22 अक्टूबर 2025 को, Google ने घोषणा की कि इसके 105-qubit Willow processor ने जिसे कंपनी ने पहला सत्यापन योग्य क्वांटम लाभ कहा, एक एल्गोरिदम का उपयोग करके जिसका नाम उसने Quantum Echoes रखा, Google के आधिकारिक ब्लॉग पोस्ट के अनुसार। यह एल्गोरिदम Qubits के सेट में एक सिग्नल भेजता है, उनमें से एक को परेशान करता है, फिर सिग्नल के विकास को उलट देता है ताकि constructive interference द्वारा बनाई गई एक प्रशस्त 'echo' को सुना जा सके।

Google ने रिपोर्ट किया कि Quantum Echoes Willow पर दुनिया के सबसे तेज सुपरकंप्यूटरों में से एक पर सर्वश्रेष्ठ ज्ञात शास्त्रीय एल्गोरिदम की तुलना में 13,000 गुना तेजी से चला। कंपनी ने जोर दिया कि, अपने 2019 quantum-supremacy दावे के विपरीत, यह परिणाम 'सत्यापन योग्य' है — इसे तुलनीय क्वांटम हार्डवेयर पर दोहराया जा सकता है और cross-checked किया जा सकता है, बजाय एक नमूना कार्य के जिसके आउटपुट को सत्यापित करने का कोई स्वतंत्र तरीका न हो।

University of California, Berkeley के शोधकर्ताओं के साथ काम करते हुए, Google ने 15 और 28 परमाणुओं वाले अणुओं से nuclear magnetic resonance (NMR) सिग्नल का अध्ययन करने के लिए एल्गोरिदम का उपयोग किया, जो दवा की खोज, बैटरी सामग्री और नए Qubits के डिजाइन में संभावित भविष्य के उपयोग की ओर इशारा करता है, Google की घोषणा के अनुसार।

'Utility' से Fault Tolerance तक IBM का रास्ता

IBM प्रगति के कई चरणों के बीच अंतर करता है। कंपनी कहती है कि इसने 2023 में 'quantum utility' हासिल की, जिसका अर्थ है कि इसके क्वांटम प्रोसेसर विशिष्ट कार्यों पर शास्त्रीय approximation विधियों को बेहतर बना सकते हैं। IBM ने कहा है कि इसे 2026 के अंत तक 'quantum advantage' हासिल करने की उम्मीद है — एक व्यावहारिक समस्या पर सभी ज्ञात शास्त्रीय विधियों को बेहतर बनाना — कंपनी के अपने क्वांटम-कंप्यूटिंग overview के अनुसार।

इसके अलावा, IBM ने fault-tolerant क्वांटम कंप्यूटिंग की ओर एक roadmap प्रकाशित किया है, जहां त्रुटियों का पता लगाया जाता है और गणना को नुकसान पहुंचाने से पहले उन्हें ठीक किया जाता है। यह roadmap 2025 में जारी Quantum Loon नाम के एक chip का वर्णन करता है जिसमें high-rate qLDPC codes की ओर proof-of-concept प्रयोगों के लिए अतिरिक्त qubit connectivity है, एक मॉड्यूल Quantum Kookaburra 2026 के लिए योजनाबद्ध है जो quantum low-density parity-check (qLDPC) मेमोरी का उपयोग करके जानकारी संग्रहीत करता है, और Starling नाम की एक प्रणाली 2029 के लिए लक्षित है जो IBM कहता है कि 200 logical Qubits पर 100 मिलियन क्वांटम gates चलाना चाहिए। IBM की error-correction विधि जिसे वह 'bivariate bicycle codes' कहता है, का उपयोग करती है, जिसमें एक '[[144,12,12]] gross code' शामिल है जो कंपनी कहती है कि समान error protection प्राप्त करने के लिए पहली surface-code विधियों की तुलना में लगभग दस गुना कम भौतिक Qubits की आवश्यकता है।

एन्क्रिप्शन पहले से ही क्यों फिर से लिखा जा रहा है

क्वांटम कंप्यूटर प्रयोगशाला से परे महत्वपूर्ण हैं Shor के एल्गोरिदम की वजह से, Peter Shor द्वारा 1994 में प्रकाशित एक गणितीय विधि जो दिखाती है कि एक पर्याप्त शक्तिशाली क्वांटम कंप्यूटर बड़ी संख्याओं को कसीय कंप्यूटर से बहुत तेजी से कर सकता है — और इसलिए व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले RSA-style एन्क्रिप्शन को तोड़ सकता है — IBM के overview के अनुसार।

यह जोखिम मानक निकायों के लिए काल्पनिक नहीं है। 13 अगस्त 2024 को, यूएस नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ स्टैंडर्ड्स एंड टेक्नोलॉजी (NIST) ने अपने पहले तीन post-quantum एन्क्रिप्शन मानकों को अंतिम रूप दिया: FIPS 203 (ML-KEM) सामान्य एन्क्रिप्शन के लिए, और FIPS 204 (ML-DSA) और FIPS 205 (SLH-DSA) डिजिटल हस्ताक्षर के लिए, NIST की आधिकारिक घोषणा के अनुसार। NIST गणितज्ञ Dustin Moody ने कहा कि संगठनों को 'तुरंत उन्हें अपने सिस्टम में एकीकृत करना शुरू करना चाहिए, क्योंकि पूर्ण एकीकरण में समय लगेगा।'

क्वांटम कंप्यूटर क्या नहीं हैं

IBM की सामग्री इस बात पर जोर देती है कि क्वांटम कंप्यूटर सादा रूप से सामान्य कंप्यूटरों के तेजी से संस्करण नहीं हैं; वे समस्याओं की विशिष्ट श्रेणियों के लिए अनुकूल हैं — जैसे कि अणुओं का अनुकरण, रासायनिक प्रतिक्रियाएं और कुछ अनुकूलन या machine-learning कार्य — जहां परस्पर चर की संख्या शास्त्रीय कंप्यूटरों के लिए कुशलतापूर्वक ट्रैक करने के लिए बहुत बड़ी हो जाती है। रोजमर्रा के कार्यों जैसे word processing या web browsing के लिए, शास्त्रीय कंप्यूटर बहुत अधिक व्यावहारिक रहते हैं।