क्वांटम अवधारणाएँ: क्यूबिट, सुपरपोज़िशन, एंटैंगलमेंट, डीकोहेरेंस
प्रारंभिक और मुख्यइस पर समसामयिकी: क्वांटम विज्ञान और प्रौद्योगिकी
चिरसम्मत बिट 0 या 1 होता है; क्यूबिट (qubit), यानी क्वांटम बिट, ऐसी कोई प्रणाली है जैसे इलेक्ट्रॉन का चक्रण या अतिचालक परिपथ, जो मापे जाने तक सुपरपोज़िशन में रह सकती है, अर्थात एक ही समय में 0 और 1 का संयोजन; मापे जाने पर वह एक ही उत्तर देती है। दो क्यूबिट एंटैंगल हो सकते हैं, जिससे एक को मापने पर दूसरा भी नियत हो जाता है, चाहे वे कितनी भी दूर हों; आइंस्टीन ने इसे भुतहा कहा था और प्रयोगों ने इसकी पुष्टि की है। क्वांटम कंप्यूटर इन दोनों का उपयोग करके कई संभावनाओं पर एक साथ काम करता है, जो गुणनखंडन, खोज और अणुओं के अनुकरण में ऐसी गति का वादा करता है जिसकी बराबरी कोई चिरसम्मत मशीन नहीं कर सकती। बाधा है डीकोहेरेंस (decoherence): पर्यावरण से कोई भी व्यवधान सुपरपोज़िशन को ढहा देता है, इसलिए क्यूबिट को अलग रखना पड़ता है, प्रायः परम शून्य के निकट, और एक विश्वसनीय क्यूबिट के लिए कई भौतिक क्यूबिट लगाकर त्रुटियाँ सुधारनी पड़ती हैं। क्वांटम संचार इसी नाज़ुकपन को शक्ति बनाता है: क्वांटम कुंजी पर सेंध लगाने वाला उसे विचलित कर देता है और पकड़ा जाता है।
एन्क्रिप्शन पर क्वांटम ख़तरे के दो उत्तर
| Quantum Key Distribution | Post quantum cryptography | |
|---|---|---|
| What it is | a physical way to share a secret key using photons | new mathematical algorithms run on ordinary computers |
| What protects it | the laws of physics: measuring the key disturbs it | hardness of problems no known quantum algorithm solves |
| Needs | dedicated fibre or line of sight, or a satellite; special hardware | a software update |
| Range | tens to a few hundred km per link; satellites for more | unlimited |
| Ready today | demonstrations and pilot networks | standards published 2024, deployment under way |
| India | National Quantum Mission's 2,000 km network target, DRDO and ISRO demonstrations | adoption by banks and government systems is the next step |
- हार्डवेयर के रास्ते: अतिचालक परिपथ (IBM, Google), प्रग्रहित आयन, फोटॉन और अर्धचालक चक्रण; हर एक में गति, त्रुटि दर और विस्तार की सरलता के बीच समझौता है। “क्वांटम एडवांटेज” वह कार्य है जो किसी भी चिरसम्मत कंप्यूटर से तेज़ी से किया जाए, जिसका पहला दावा Google ने 2019 में किया था।
- Quantum Key Distribution कुंजी को फोटॉन के रूप में भेजती है; BB84 प्रोटोकॉल सेंध को पकड़ लेता है, क्योंकि फोटॉन को मापने से वह बदल जाता है। भारत ने 100 km फाइबर पर (DRDO (रक्षा अनुसंधान एवं विकास संगठन), 2022) और मुक्त आकाश में (ISRO (भारतीय अंतरिक्ष अनुसंधान संगठन), 2021) QKD का प्रदर्शन किया है, और राष्ट्रीय क्वांटम मिशन का लक्ष्य उपग्रह QKD तथा 2,000 km का फाइबर नेटवर्क है।
- Post quantum cryptography दूसरा बचाव है: सामान्य गणित, जिसे इसलिए चुना गया क्योंकि कोई ज्ञात क्वांटम एल्गोरिदम उसे नहीं तोड़ पाता; संयुक्त राज्य अमेरिका ने पहले तीन एल्गोरिदम अगस्त 2024 में मानकीकृत किए, और यह जिस ख़तरे का उत्तर है वह है “अभी संचित करो, बाद में विकोडित करो”।
- क्वांटम संवेदन व्यवधान के प्रति इसी संवेदनशीलता का उपयोग करके समय, गुरुत्व और चुंबकीय क्षेत्रों को किसी भी चिरसम्मत संवेदक से अधिक सूक्ष्मता से मापता है, जो उपग्रहों के बिना नौवहन और चिकित्सा इमेजिंग के लिए उपयोगी है।
- राष्ट्रीय क्वांटम मिशन, जिसे अप्रैल 2023 में 2031 तक के लिए 6,003.65 करोड़ रुपये के साथ स्वीकृति मिली, का लक्ष्य 50 से 1,000 क्यूबिट के मध्यम स्तरीय कंप्यूटर, 2,000 km से अधिक पर QKD, और चार विषयगत केंद्र हैं: कंप्यूटिंग के लिए IISc बेंगलुरु, संचार के लिए IIT (भारतीय प्रौद्योगिकी संस्थान) मद्रास, संवेदन के लिए IIT मुंबई और पदार्थों के लिए IIT दिल्ली।
मुख्य परीक्षा: क्वांटम प्रौद्योगिकी एक ही भौतिकी पर लगे तीन अलग दाँव हैं, कंप्यूटिंग, संचार और संवेदन; भारत का मिशन तीनों को धन देता है, पर निकट भविष्य का लाभ संचार और संवेदन में है, जहाँ भौतिकी सिद्ध है और अड़चन अभियांत्रिकी की है।
UPSC पूछ चुका है
- Prelims 2022: वह संदर्भ जिसमें क्यूबिट शब्द का प्रयोग होता है
यह भी देखें: राष्ट्रीय क्वांटम मिशन · C-DOT के क्वांटम सुरक्षा उत्पाद · प्रॉम्प्ट इंजेक्शन और ASCII स्मगलिंग
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