Quantum computing क्या है क्वांटम कंप्यूटिंग कैसे काम करता है

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क्वांटम कंप्यूटिंग (Quantum computing) की मूल अवधारणा सूचना को संसाधित करने के लिए क्वांटम यांत्रिकी के सिद्धांतों का उपयोग करना है। क्वांटम यांत्रिकी भौतिकी की एक शाखा है जो परमाणु और उपपरमाण्विक कणों जैसे बहुत छोटे पैमाने पर पदार्थ और ऊर्जा के व्यवहार का वर्णन करती है।

सामान्य कंप्यूटिंग में, सूचनाओं को बिट्स का उपयोग करके संग्रहीत और हेरफेर किया जाता है, जो दो state में से एक में हो सकता है: 0 या 1. क्वांटम कंप्यूटिंग, दूसरी ओर, क्वांटम बिट्स या क्यूबिट्स का उपयोग करता है, जो states के सुपरपोजिशन में मौजूद हो सकता है। इसका अर्थ यह है कि एक कक्षा 0 और 1 दोनों एक साथ हो सकती है, जिससे सूचना के अधिक जटिल प्रतिनिधित्व की अनुमति मिलती है।

सुपरपोज़िशन क्वांटम यांत्रिकी की एक मौलिक संपत्ति है जो क्वांटम कंप्यूटरों को एक साथ कई गणना करने में सक्षम बनाती है। एक समय में एक संभावना को संसाधित करने के बजाय, क्वांटम कंप्यूटर समानांतर में कई संभावनाओं का पता लगा सकते हैं, जो संभावित रूप से कुछ समस्याओं के लिए बहुत तेज संगणना की ओर ले जाता है।

सुपरपोज़िशन और उलझाव का लाभ उठाकर, क्वांटम कंप्यूटरों में सामान्य कंप्यूटरों की तुलना में जटिल समस्याओं को अधिक कुशलता से हल करने की क्षमता होती है। हालाँकि, व्यावहारिक क्वांटम कंप्यूटरों का निर्माण और संचालन क्वांटम राज्यों की नाजुक प्रकृति और सटीक नियंत्रण और त्रुटि सुधार की आवश्यकता के कारण एक महत्वपूर्ण तकनीकी चुनौती है।

कुल मिलाकर, क्वांटम कंप्यूटिंग की मूल अवधारणा में शास्त्रीय कंप्यूटरों से मौलिक रूप से अलग तरीके से सूचनाओं को संसाधित करने के लिए क्वैबिट्स, सुपरपोजिशन और उलझाव का उपयोग करना शामिल है, जो कुछ प्रकार की समस्याओं के लिए शक्तिशाली कम्प्यूटेशनल क्षमताओं को सक्षम करता है।

 

What is Quantum Computing

 

क्वांटम कंप्यूटिंग के इतिहास को 20वीं सदी की शुरुआत में देखा जा सकता है, जब क्वांटम यांत्रिकी की मूलभूत अवधारणाओं का विकास किया गया था। क्वांटम कंप्यूटिंग के इतिहास में कुछ प्रमुख मील के पत्थर इस प्रकार हैं:

1. Quantum Mechanics: 1900 की शुरुआत में, मैक्स प्लैंक, अल्बर्ट आइंस्टीन, नील्स बोह्र और अन्य जैसे भौतिकविदों ने क्वांटम यांत्रिकी के लिए नींव रखी। उनके काम ने सुपरपोजिशन और अनिश्चितता जैसी अवधारणाओं को पेश करते हुए परमाणु और उप-परमाणु स्तर पर कणों के व्यवहार का वर्णन किया।
2. Quantum theory: 1935 में, भौतिक विज्ञानी इरविन श्रोडिंगर ने क्वांटम यांत्रिकी के लिए गणितीय रूपरेखा तैयार की, जिसे तरंग यांत्रिकी के रूप में जाना जाता है। उनका समीकरण समय के साथ क्वांटम सिस्टम के विकास का वर्णन करता है और कणों के व्यवहार को समझने के लिए औपचारिकता प्रदान करता है।
3. Quantum Bits (Qubits): क्वांटम बिट या क्यूबिट की अवधारणा को 1980 के दशक में भौतिक विज्ञानी पॉल बेनिओफ और गणितज्ञ यूरी मैनिन द्वारा पेश किया गया था। उन्होंने संगणना करने के लिए क्वांटम सिस्टम का उपयोग करने का प्रस्ताव दिया और सुझाव दिया कि क्वाबिट्स क्वांटम कंप्यूटरों में सूचना का प्रतिनिधित्व और प्रक्रिया कर सकते हैं।
4. Quantum Algorithm: 1990 के दशक में, भौतिक विज्ञानी डेविड ड्यूश और गणितज्ञ पीटर शोर ने ग्राउंडब्रेकिंग क्वांटम एल्गोरिदम विकसित किया। Deutsch के एल्गोरिथम ने क्वांटम संगणनाओं में तेजी लाने की क्षमता का प्रदर्शन किया, जबकि शोर के एल्गोरिथ्म ने दिखाया कि कैसे एक क्वांटम कंप्यूटर कुशलतापूर्वक बड़ी संख्या में कारक बना सकता है, व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली एन्क्रिप्शन योजनाओं को तोड़ सकता है।
5. Technology progress: 1990 के दशक के अंत और 2000 के दशक की शुरुआत में, प्रायोगिक प्रगति को लागू करने और हेरफेर करने के लिए किया गया था। सुपरकंडक्टिंग सर्किट, फंसे हुए आयनों और क्वांटम डॉट्स सहित विभिन्न भौतिक प्रणालियों को क्वांटम कंप्यूटिंग के संभावित प्लेटफॉर्म के रूप में खोजा गया।
6. Quantum Error Correction: 1990 और 2000 के दशक में क्वांटम त्रुटि सुधार कोड का विकास क्वांटम सिस्टम में विसंगति और त्रुटियों की चुनौतियों का समाधान करने के लिए महत्वपूर्ण था। ये कोड क्वांटम सूचना की सुरक्षा के तरीके प्रदान करते हैं और क्वांटम संगणनाओं को अधिक विश्वसनीय बनाते हैं।
7. क्वांटम वर्चस्व: 2019 में, Google की शोध टीम ने क्वांटम वर्चस्व हासिल करने का दावा किया, यह प्रदर्शित करते हुए कि उनका क्वांटम कंप्यूटर शास्त्रीय कंप्यूटरों की तुलना में एक विशिष्ट समस्या को तेजी से हल कर सकता है। जबकि समस्या अत्यधिक विशिष्ट थी, इस मील के पत्थर ने कुछ कार्यों के लिए क्वांटम कंप्यूटरों की क्षमता पर प्रकाश डाला।
8. Industry and Research Advances: हाल के वर्षों में, आईबीएम, माइक्रोसॉफ्ट, गूगल और अन्य सहित प्रमुख प्रौद्योगिकी कंपनियों ने क्वांटम कंप्यूटिंग अनुसंधान और विकास में निवेश किया है। उन्होंने क्यूबिट्स की संख्या बढ़ाने, नियंत्रण और सुसंगतता में सुधार करने और क्लाउड-आधारित क्वांटम कंप्यूटिंग प्लेटफॉर्म तक पहुंच प्रदान करने में प्रगति की है।

क्वांटम कंप्यूटिंग का क्षेत्र अभी भी तेजी से विकसित हो रहा है, और कई तकनीकी चुनौतियां बनी हुई हैं, जिनमें क्वाबिट गुणवत्ता में सुधार, त्रुटियों को कम करना और स्केलेबल आर्किटेक्चर विकसित करना शामिल है। बहरहाल, क्वांटम कंप्यूटिंग का इतिहास सैद्धांतिक और प्रायोगिक दोनों पहलुओं की निरंतर प्रगति को दर्शाता है, जो हमें क्वांटम कंप्यूटरों की पूरी क्षमता को साकार करने के करीब लाता है।

 

How does quantum computing work

 

क्वांटम कंप्यूटिंग सिस्टम में आमतौर पर कई प्रमुख घटक होते हैं जो उनके संचालन के लिए आवश्यक होते हैं। क्वांटम कंप्यूटिंग के पांच मुख्य घटक हैं:

1. Qubits: क्यूबिट्स क्वांटम कंप्यूटरों के बुनियादी निर्माण खंड हैं। वे शास्त्रीय बिट्स के क्वांटम समतुल्य हैं और राज्यों की एक सुपरपोजिशन में मौजूद हो सकते हैं, जो 0 और 1 दोनों का एक साथ प्रतिनिधित्व करते हैं। क्यूबिट्स को विभिन्न भौतिक प्रणालियों का उपयोग करके कार्यान्वित किया जा सकता है, जैसे सुपरकंडक्टिंग सर्किट, ट्रैप्ड आयन या टोपोलॉजिकल स्टेट्स।
2. Quantum Gates: क्वांटम कंप्यूटिंग में क्वांटम गेट्स क्लासिकल लॉजिक गेट्स के अनुरूप हैं। उनका उपयोग qubits की स्थिति में हेरफेर करने और क्वांटम संचालन करने के लिए किया जाता है। क्वांटम गेट्स एक क्यूबिट की स्थिति को घुमा सकते हैं, क्यूबिट्स के बीच उलझाव पैदा कर सकते हैं या क्वांटम एल्गोरिदम के लिए आवश्यक अन्य विशिष्ट संचालन कर सकते हैं।
3. Quantum registers: क्वांटम रजिस्टर क्वाबिट्स का संग्रह होते हैं जिनका उपयोग क्वांटम जानकारी को स्टोर और प्रोसेस करने के लिए किया जाता है। रजिस्टर शास्त्रीय कंप्यूटरों में रजिस्टरों के अनुरूप होते हैं और क्वांटम एल्गोरिदम में संगणना करने के लिए मौलिक होते हैं। एक रजिस्टर में qubits की संख्या क्वांटम स्टेट स्पेस के आकार को निर्धारित करती है और कम्प्यूटेशंस की जटिलता को प्रभावित करती है जो कि की जा सकती है।
4. Quantum Measurement: क्वांटम मापन प्रेक्षणों द्वारा qubits से जानकारी निकालने की प्रक्रिया है। माप एक गणना के परिणाम प्रदान करते हुए, एक विशिष्ट शास्त्रीय स्थिति में qubits के सुपरपोजिशन को ध्वस्त कर देते हैं। क्वांटम माप संभाव्य हैं, जिसका अर्थ है कि वे क्वांटम स्थिति के आधार पर संभावित परिणामों का संभाव्यता वितरण प्रदान करते हैं।
5. Quantum correction: शोर, असंगति और अपूर्ण संचालन जैसे कारकों के कारण क्वांटम सिस्टम त्रुटियों से ग्रस्त हैं। क्वांटम संगणना में त्रुटियों को कम करने और सुधारने के लिए क्वांटम त्रुटि सुधार तकनीक महत्वपूर्ण हैं। इन तकनीकों में त्रुटियों से बचाने और त्रुटि का पता लगाने और सुधार प्रोटोकॉल को लागू करने के लिए कई मात्रा में अनावश्यक रूप से क्वांटम जानकारी को एन्कोडिंग शामिल है।

ये घटक एक कार्यात्मक क्वांटम कंप्यूटिंग सिस्टम बनाने के लिए मिलकर काम करते हैं। हालाँकि, यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि क्वांटम कंप्यूटिंग का क्षेत्र अभी भी विकसित हो रहा है, और शोधकर्ता क्वांटम कंप्यूटरों के प्रदर्शन और विश्वसनीयता में सुधार के लिए लगातार नई तकनीकों और घटकों की खोज और विकास कर रहे हैं।

 

What is quantum computing with example

 

क्वांटम कंप्यूटिंग में पारंपरिक कंप्यूटरों की तुलना में जटिल समस्याओं को अधिक कुशलता से हल करके कई क्षेत्रों में क्रांति लाने की क्षमता है। कुछ उदाहरण निम्नलिखित हैं:

1. Cryptography: क्वांटम कंप्यूटर कुछ एन्क्रिप्शन एल्गोरिदम को तोड़ सकते हैं जो आज व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं। दूसरी ओर, वे क्वांटम सिद्धांतों पर आधारित सुरक्षित तरीके प्रदान करके क्रिप्टोग्राफी को भी बढ़ा सकते हैं।
2. Adaptation: क्वांटम कंप्यूटर अनुकूलन समस्याओं से निपट सकते हैं जिनमें बड़ी संख्या में संभावनाओं के बीच सबसे अच्छा समाधान खोजना शामिल है। इसमें रसद, संसाधन आवंटन और पोर्टफोलियो अनुकूलन जैसे क्षेत्रों में अनुप्रयोग हैं।
3. Drug discovery: क्वांटम कंप्यूटर शास्त्रीय कंप्यूटरों की तुलना में अणुओं और परमाणुओं के व्यवहार को अधिक सटीक रूप से अनुकरण कर सकते हैं। यह क्षमता शोधकर्ताओं को यह समझने में मदद करके नई दवाओं की खोज में तेजी ला सकती है कि कैसे अणु परस्पर क्रिया करते हैं और अधिक प्रभावी दवाओं को डिजाइन करते हैं।
4. Materials science: क्वांटम कंप्यूटर विशिष्ट गुणों वाली नई सामग्रियों को डिजाइन करने में मदद कर सकते हैं। वे क्वांटम सिस्टम के व्यवहार का अनुकरण कर सकते हैं, जिससे वैज्ञानिक सुपरकंडक्टिविटी जैसी जटिल घटनाओं का अध्ययन कर सकते हैं या विभिन्न उद्योगों के लिए उन्नत सामग्री विकसित कर सकते हैं।
5. Machine Learning: क्वांटम कंप्यूटिंग एल्गोरिदम मशीन सीखने के कार्यों को बढ़ा सकते हैं, जैसे पैटर्न पहचान और डेटा विश्लेषण। क्वांटम मशीन लर्निंग एल्गोरिदम में कृत्रिम बुद्धि में प्रगति को सक्षम करने, तेज और अधिक सटीक परिणाम प्रदान करने की क्षमता है।

शोधकर्ता सक्रिय रूप से वास्तविक दुनिया की समस्याओं के लिए क्वांटम कंप्यूटिंग की शक्ति का उपयोग करने पर काम कर रहे हैं।

क्वांटम कंप्यूटिंग एक रोमांचक और तेजी से विकसित होने वाला क्षेत्र है जिसमें कंप्यूटिंग और समस्या समाधान के विभिन्न पहलुओं में क्रांति लाने की क्षमता है। इसकी नींव क्वांटम यांत्रिकी के सिद्धांतों में निहित है, जहां qubits सुपरपोजिशन में मौजूद हो सकते हैं और उलझ सकते हैं, जिससे समानांतर प्रसंस्करण और घातीय कम्प्यूटेशनल शक्ति को सक्षम किया जा सकता है।

What are quantum computers used for in real life

क्वांटम कंप्यूटिंग और व्यावहारिक कंप्यूटिंग सूचना प्रसंस्करण के दो मौलिक रूप से भिन्न दृष्टिकोण हैं। यहाँ क्वांटम कंप्यूटिंग और व्यावहारिक कंप्यूटिंग के बीच कुछ प्रमुख अंतर हैं:

1. सूचना का प्रतिनिधित्व: व्यावहारिक कंप्यूटर क्लासिकल बिट्स का उपयोग करते हैं, जो दो राज्यों में से एक में हो सकते हैं, 0 या 1. इसके विपरीत, क्वांटम कंप्यूटर क्वांटम बिट्स या क्यूबिट्स का उपयोग करते हैं, जो राज्यों के सुपरपोजिशन में मौजूद हो सकते हैं, जो 0 और 1 दोनों का एक साथ प्रतिनिधित्व करते हैं। . यह सुपरपोजिशन संपत्ति क्वांटम कंप्यूटरों को समानांतर में कई गणना करने की अनुमति देती है, कुछ समस्याओं के लिए व्यावहारिक कंप्यूटरों पर घातीय गति प्रदान करने की क्षमता प्रदान करती है।
2. कम्प्यूटेशनल पावर: क्वांटम कंप्यूटर में व्यावहारिक कंप्यूटरों की तुलना में कुछ समस्याओं को काफी तेजी से हल करने की क्षमता होती है। यह स्पीडअप कुछ प्रकार की गणनाओं के लिए विशेष रूप से प्रासंगिक है, जैसे कि गुणनखंडन, अनुकूलन और क्वांटम सिस्टम के सिमुलेशन। हालांकि, यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि क्वांटम स्पीडअप से सभी समस्याएं लाभान्वित नहीं हो सकती हैं, और व्यावहारिक क्वांटम कंप्यूटरों के निर्माण में अभी भी सीमाएं और चुनौतियां हैं।
3. जटिलता: क्वांटम कंप्यूटिंग नए कम्प्यूटेशनल जटिलता वर्गों का परिचय देती है। क्वांटम एल्गोरिदम, जैसे कि बड़ी संख्या में फैक्टरिंग के लिए शोर के एल्गोरिदम, ने दिखाया है कि क्वांटम कंप्यूटर उन समस्याओं को हल कर सकते हैं जिन्हें पारंपरिक कंप्यूटरों के लिए मुश्किल माना जाता है। ये एल्गोरिदम व्यावहारिक एल्गोरिदम की तुलना में कम्प्यूटेशंस को अधिक कुशलता से करने के लिए सुपरपोज़िशन और उलझाव जैसी क्वांटम घटनाओं का लाभ उठाते हैं।
4. त्रुटि सुधार: क्वांटम सिस्टम शोर, डिकॉरेन्स और अपूर्ण संचालन जैसे कारकों के कारण त्रुटियों से ग्रस्त हैं। क्वांटम त्रुटि सुधार तकनीक क्वांटम कम्प्यूटेशंस में त्रुटियों को कम करने और सही करने के लिए आवश्यक हैं। दूसरी ओर व्यावहारिक कंप्यूटर, व्यापक त्रुटि सुधार की आवश्यकता के बिना मज़बूती से काम करते हैं।
5. मौजूदा इंफ्रास्ट्रक्चर: क्लासिकल कंप्यूटिंग में एक अच्छी तरह से स्थापित बुनियादी ढांचा है, जिसमें मानकीकृत प्रोग्रामिंग भाषाएं, ऑपरेटिंग सिस्टम और एल्गोरिदम और सॉफ्टवेयर टूल्स का एक विशाल पुस्तकालय शामिल है। इसके विपरीत, क्वांटम कंप्यूटिंग अभी भी विकास के अपने प्रारंभिक चरण में है, और बुनियादी ढांचा अपेक्षाकृत सीमित है। क्वांटम प्रोग्रामिंग लैंग्वेज और सॉफ्टवेयर लाइब्रेरी विकसित की जा रही हैं, लेकिन वे अपने व्यावहारिक समकक्षों की तरह परिपक्व नहीं हैं।
6. व्यावहारिकता और प्रयोज्यता: व्यावहारिक कंप्यूटर अत्यधिक व्यावहारिक हैं और व्यापक रूप से कार्यों की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए लागू होते हैं, रोज़मर्रा की कंप्यूटिंग आवश्यकताओं से लेकर जटिल वैज्ञानिक सिमुलेशन तक। क्वांटम कंप्यूटर, विशिष्ट समस्याओं के लिए वादा दिखाते हुए, अभी भी अनुसंधान और विकास के चरण में हैं। वास्तविक दुनिया की समस्याओं के लिए क्वांटम कंप्यूटिंग की व्यावहारिकता और प्रयोज्यता को अभी पूरी तरह से महसूस किया जाना बाकी है।

क्वांटम कंप्यूटिंग अभी भी अपने शुरुआती चरणों में है। अनुप्रयोग क्रिप्टोग्राफी और अनुकूलन से लेकर दवा की खोज, सामग्री विज्ञान और मशीन लर्निंग तक हैं। क्वांटम कंप्यूटर में उन क्षेत्रों में सफलता प्रदान करने की क्षमता है जिनके लिए व्यापक कम्प्यूटेशनल शक्ति और सिमुलेशन की आवश्यकता होती है।

हालाँकि, व्यावहारिक क्वांटम कंप्यूटर महत्वपूर्ण चुनौतियों का सामना करते हैं। क्वांटम सिस्टम शोर और त्रुटियों के प्रति अत्यधिक संवेदनशील होते हैं, त्रुटि सुधार तकनीकों के विकास की आवश्यकता होती है। बड़े पैमाने पर, दोष-सहिष्णु क्वांटम कंप्यूटरों का निर्माण स्थिर क्यूबिट्स के साथ एक बड़ी बाधा बनी हुई है।

फिर भी, क्वांटम कंप्यूटिंग में रुचि और निवेश तेजी से बढ़ रहे हैं, दोनों अकादमिक और उद्योग सक्रिय रूप से प्रगति में योगदान दे रहे हैं। क्वांटम कंप्यूटर तेजी से बड़ी संख्या में क्यूबिट्स और लंबे समय तक सुसंगतता के साथ विकसित किए जा रहे हैं, और क्वांटम एल्गोरिदम और प्रोटोकॉल लगातार विकसित हो रहे हैं।

जैसे-जैसे क्षेत्र आगे बढ़ता है, यह उम्मीद की जाती है कि क्वांटम कंप्यूटिंग का वित्त और स्वास्थ्य सेवा से लेकर सामग्री विज्ञान और कृत्रिम बुद्धिमत्ता तक विभिन्न उद्योगों पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ेगा। जबकि व्यावहारिक क्वांटम कंप्यूटरों का पूर्ण अहसास अभी भी कुछ समय दूर हो सकता है, क्वांटम कंप्यूटिंग की संभावित परिवर्तनकारी शक्ति इसे प्रौद्योगिकी और वैज्ञानिक खोज के भविष्य के लिए बहुत उत्साह और प्रत्याशा का क्षेत्र बनाती है।