क्वांटम प्रौद्योगिकी एवं इसके अनुप्रयोग

संदर्भ 

• जुलाई 1925 में जर्मन भौतिक विज्ञानी वर्नर हाइज़ेनबर्ग ने ‘गतिज एवं यांत्रिक संबंधों की क्वांटम-सैद्धांतिक पुनर्व्याख्या’ शीर्षक से ‘ज़िट्सक्रिफ्ट फ़र फ़िज़िक’ जर्नल में एक पेपर प्रस्तुत किया था। इसने क्वांटम यांत्रिकी के आधुनिक युग की शुरुआत की। 
• इस घटना के 100 वर्ष पूर्ण होने पर संयुक्त राष्ट्र ने वर्ष 2025 को ‘अंतर्राष्ट्रीय क्वांटम विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी वर्ष’ (IYQ) घोषित किया है। इसका समन्वयक यूनेस्को और अमेरिकन फिजिकल सोसायटी (APS) द्वारा गठित IYQ सचिवालय है।

क्वांटम प्रौद्योगिकी के बारे में

• यह प्रौद्योगिकी क्वांटम यांत्रिकी (Quantum Mechanics) के सिद्धांतों पर आधारित है जिसका उद्देश्य परमाणुओं एवं प्राथमिक कणों के आधार पर प्रकृति की व्याख्या करना है।
  • प्राथमिक कणों में इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन, न्यूट्रान, बोसॉन आदि शामिल हैं।
• क्वांटम किसी भौतिक गुण (ऊर्जा, आवेश या कोणीय गति) की वह सबसे छोटी राशि (इकाई) है जो किसी अंतःक्रिया में शामिल हो सकती है। वर्तमान में किसी अंतःक्रिया में इससे छोटी राशि संभव नहीं है। 
  • उदाहरण के लिए, प्रकाश का क्वांटम एक फोटॉन है और विद्युत् का क्वांटम एक इलेक्ट्रॉन है। 
• किसी प्रणाली में क्वांटा किसी भौतिक गुण या परिघटना की सबसे छोटी संभव इकाई है अर्थात इस इकाई को आगे विभाजित नहीं किया जा सकता है। 
  • क्वांटम ‘किसी भी भौतिक पदार्थ का आधारभूत कल्पनीय माप’ है अर्थात इससे छोटी माप की कल्पना नहीं की गयी है।  

विगत 100 वर्षों में क्वांटम प्रौद्योगिकी के अनुप्रयोग

• स्वास्थ्य एवं कल्याण
  • क्वांटम फोटोनिक्स चिकित्सा इमेजिंग एवं निदान को आगे बढ़ा रहा है। 
    • उदहारण के लिए, कैंसर का पता लगाने में क्वांटम डॉट्स का उपयोग, बायोमेडिकल अनुप्रयोगों के लिए घोस्ट इमेजिंग एवं क्वांटम सेंसर
  • क्वांटम रसायन विज्ञान नए टीकों एवं दवाओं के विकास में सहायता कर रहा है। 
    • उदहारण के लिए, त्वरित डाटा संग्रह एवं विश्लेषण से इनके विकास में लगने वाले समय को कम करना
  • अमेरिका में क्लीवलैंड क्लिनिक और आई.बी.एम. ने स्वास्थ्य सेवा अनुसंधान के लिए समर्पित दुनिया का पहला क्वांटम कंप्यूटर पेश किया है।
• असमानताओं में कमी
  • क्वांटम प्रौद्योगिकी का उपयोग वित्तीय साधनों के जोखिमों, धोखाधड़ी का पता लगाने और डेरीवेटिव्स मूल्य निर्धारण के मॉडल के लिए किया जाता है। इस प्रकार यह असमानता कम करने में सहायक है।
  • क्वांटम मशीन लर्निंग का उपयोग विभिन्न देशों के आर्थिक डाटा को संसाधित करने और प्रभावी निर्णयन के लिए सूक्ष्म दृष्टिकोण प्राप्त करने में किया जाता है।
• आर्थिक विकास
  • क्वांटम विज्ञान एवं प्रौद्योगिकियां कई उद्योगों का अभिन्न अंग हैं; भविष्य की आर्थिक और वित्तीय अवसंरचनाएं क्वांटम सूचना द्वारा सुरक्षित होंगी।
  • क्वांटम कंप्यूटर वास्तविक समय में बड़े डाटासेट को संसाधित करके वित्तीय मॉडलिंग, जोखिम विश्लेषण और परिसंपत्ति प्रबंधन को बढ़ा सकते हैं।
• उद्योग एवं बुनियादी ढांचा : क्वांटम विज्ञान, तकनीकी नवाचार को बढ़ावा देने वाली नई सामग्रियों के विकास के लिए आवश्यक है। उदाहरण के लिए,  विनिर्माण वर्कफ़्लो में सुधार, अपशिष्ट को कम करना और प्रोडक्शन लाइन में दक्षता बढ़ाना।
• जलवायु कार्रवाई : क्वांटम भौतिकी पर्यावरण निगरानी के लिए अगली पीढ़ी के सेंसरों को सूचित करेगी। क्वांटम कंप्यूटर दीर्घकालिक जलवायु मॉडल की सटीकता में सुधार करेंगे।
• स्वच्छ ऊर्जा : क्वांटम इंजीनियरिंग अधिक ऊर्जा कुशल एवं किफायती सौर सेल और निम्न उत्सर्जन वाले एल.ई.डी. प्रकाश स्रोतों के विकास पर कार्य कर रहा है।

क्वांटम कंप्यूटिंग के बारे में

क्वांटम कंप्यूटिंग में क्यूबिट्स शामिल होते हैं, जिससे इनकी गति तेज हो जाती है।   क्वांटम बिट्स या क्यूबिट्स इन कणों को एक ही समय में एक से अधिक अवस्था (यानी 1 और 0) में मौजूद रहने की अनुमति देते हैं।

क्वांटम कंप्यूटिंग के अनुप्रयोग हेतु महत्वपूर्ण क्षेत्र

क्वांटम कंप्यूटिंग सुरक्षा, वित्त, सैन्य मामले एवं खुफिया, दवा डिजाइन व खोज, एयरोस्पेस डिजाइनिंग, उपयोगिताओं (परमाणु संलयन), पॉलिमर डिजाइन, मशीन लर्निंग, कृत्रिम बुद्धिमत्ता (एआई), बिग डेटा खोज और डिजिटल विनिर्माण के क्षेत्रों में उल्लेखनीय योगदान दे सकती है।

क्वांटम कंप्यूटिंग के संभावित लाभ

• वित्तीय क्षेत्र : वित्तीय संस्थाएँ खुदरा और संस्थागत ग्राहकों के लिए अधिक प्रभावी और कुशल निवेश पोर्टफोलियो डिजाइन करने के लिए क्वांटम कंप्यूटिंग का उपयोग करने में सक्षम हो सकती हैं। 
• स्वास्थ्य क्षेत्र : स्वास्थ्य सेवा उद्योग क्वांटम कंप्यूटिंग का उपयोग नई दवाओं और आनुवंशिक रूप से लक्षित चिकित्सा देखभाल के विकास के लिए कर सकता है। यह अधिक उन्नत डीएनए अनुसंधान को भी बढ़ावा दे सकता है।
• डिजिटल सुरक्षा : मजबूत ऑनलाइन सुरक्षा के लिए, क्वांटम कंप्यूटिंग बेहतर डाटा एन्क्रिप्शन और कंप्यूटर सिस्टम में हैकिंग (या हैकर) का पता लगाने के लिए प्रकाश संकेतों का उपयोग करने के तरीकों को डिजाइन करने में मदद कर सकती है।
• अवसंरचनात्मक महत्त्व : क्वांटम कंप्यूटिंग का उपयोग अधिक कुशल, सुरक्षित विमान एवं यातायात नियोजन प्रणालियों को डिजाइन करने के लिए किया जा सकता है।
• रक्षा क्षेत्र : रडार, मिसाइलों और विमानों का पता लगाने की क्षमता को बेहतर बनाने के लिए इसका प्रयोग किया जा सकता है। 
• पर्यावरणीय क्षेत्र :  क्वांटम कंप्यूटिंग का उपयोग पर्यावरण सुरक्षा और रासायनिक सेंसर के साथ पानी को स्वच्छ रखने जैसे महत्वपूर्ण कार्यों के लिए किया जा सकता है।