क्वांटम तकनीक: अध्यारोपण, उलझाव और भारत का राष्ट्रीय क्वांटम मिशन

2025 में क्वांटम यांत्रिकी के सौ साल पूरे हुए और इसे अंतरराष्ट्रीय क्वांटम विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी वर्ष के रूप में मनाया गया। भौतिकी तय हुए सौ साल बीत जाने के बाद अब इंजीनियरिंग एक राष्ट्रीय रणनीतिक सवाल बन चुकी है, और क्वांटम तकनीक अब सेमीकंडक्टर और आर्टिफिशियल इंटेलिजेंस के साथ उन गिनी-चुनी क्षमताओं में शामिल है जो लंबे दौर की तकनीकी हैसियत तय करती हैं।

क्वांटम तकनीक क्वांटम यांत्रिकी के सिद्धांतों से गणना, संचार, संवेदन, मापविज्ञान (metrology) और पदार्थों के लिए प्रणालियाँ बनाती है, और ऐसे गुणों का इस्तेमाल करती है जिनका कोई चिरसम्मत (classical) समकक्ष नहीं है।

चार सिद्धांत

• अध्यारोपण (superposition): कोई क्वांटम कण मापे जाने तक एक साथ कई अवस्थाओं में रह सकता है, जिससे क्वांटम कंप्यूटर एक ही समय में कई संभावनाएँ टटोल पाता है
• उलझाव (entanglement): दो कण दूरी के बावजूद जुड़े रहते हैं, यानी एक में बदलाव दूसरे की अवस्था पर असर डालता है। क्वांटम संचार और आगे चलकर क्वांटम इंटरनेट की बुनियाद यही है
• क्वांटम सुरंगन (quantum tunnelling): कण ऐसी ऊर्जा दीवार पार कर जाता है जिसे चिरसम्मत भौतिकी मना करती है। यह सिद्धांत सेमीकंडक्टर में पहले से केंद्रीय है
• क्वांटीकरण: ऊर्जा लगातार नहीं, बल्कि अलग-अलग पैकेटों में सोखी या छोड़ी जाती है

चिरसम्मत बिट या तो 0 होता है या 1, जबकि एक क्यूबिट दोनों का मेल हो सकता है।

चार उपयोग क्षेत्र

क्वांटम कंप्यूटिंग। क्यूबिट कुछ खास समस्याओं को चिरसम्मत मशीनों से कहीं तेज हल करते हैं। नजदीकी दौर के व्यावहारिक लक्ष्य हैं दवा खोज, वित्तीय मॉडलिंग, जलवायु मॉडलिंग, क्वांटम रसायन, पदार्थ डिजाइन, और लॉजिस्टिक्स और आपूर्ति शृंखला का अनुकूलन। कुछ खास शब्द पर ध्यान दीजिए: क्वांटम कंप्यूटर हर काम में तेज नहीं होते, सिर्फ कुछ खास किस्म की समस्याओं में।

क्वांटम संचार। क्वांटम की डिस्ट्रिब्यूशन (Quantum Key Distribution) क्वांटम अवस्थाओं के जरिए क्रिप्टोग्राफिक चाभियों का आदान-प्रदान करती है। इसकी सुरक्षा भौतिक है: अगर कोई तीसरा पक्ष अवस्था को देखता है, तो देखने भर से तंत्र गड़बड़ा जाता है और यूजर को चेतावनी मिल जाती है। उलझाव, क्वांटम स्मृतियों और क्वांटम रिपीटर पर बना क्वांटम इंटरनेट अति-सुरक्षित संचार, बँटी हुई क्वांटम गणना और आपस में जुड़े सेंसर संभव करेगा।

क्वांटम संवेदन और मापविज्ञान। ऐसे सेंसर जो भौतिक राशियों को बेहद सटीकता से मापते हैं: चुंबकीय क्षेत्र की पहचान, गुरुत्व मापन, परमाणु घड़ी से समय-गणना, GPS न मिलने वाली जगहों पर नौवहन, खनिज और तेल की खोज, भूकंप और ज्वालामुखी की निगरानी, चिकित्सा निदान, मस्तिष्क इमेजिंग, और पनडुब्बी की पहचान।

क्वांटम सिमुलेशन। विशेष प्रणालियाँ जो जटिल क्वांटम व्यवहार का मॉडल बनाकर आणविक अंतःक्रियाओं, नई दवाओं, बैटरी पदार्थों, अतिचालकों, उत्प्रेरकों, उच्च ऊर्जा भौतिकी और नए पदार्थों का अध्ययन करती हैं।

राष्ट्रीय क्वांटम मिशन

2023 में मंजूर हुआ, 2023-24 से 2030-31 तक आठ साल के लिए 6,000 करोड़ रुपये से ज्यादा के खर्च के साथ, और चार ऊर्ध्वाधर स्तंभों पर टिका: क्वांटम कंप्यूटिंग, क्वांटम संचार, क्वांटम संवेदन एवं मापविज्ञान, और क्वांटम पदार्थ एवं उपकरण।

चार स्तंभों वाला ढाँचा सोचा-समझा बचाव है। जो मिशन सिर्फ क्वांटम कंप्यूटिंग पर दाँव लगाता, वह चारों में सबसे कठिन और सबसे धीमे हिस्से पर दाँव लगा रहा होता।

क्वांटम सबसे पहले कहाँ उतरेगा

ज्यादातर चर्चा यहीं गलत हो जाती है। बड़े पैमाने के सर्वप्रयोजन क्वांटम कंप्यूटरों से काफी पहले क्वांटम सेंसर काम के बन जाएँगे, क्योंकि उन्हें बहुत कम क्यूबिट चाहिए और वे तैनाती के कहीं ज्यादा करीब हैं।

भारत के लिए इसका सीधा रणनीतिक मतलब है। GPS न मिलने वाली जगहों पर नौवहन, पनडुब्बी की पहचान और गुरुत्व आधारित खनिज खोज दूर की संभावनाएँ नहीं, नजदीकी दौर की सैन्य और संसाधन क्षमताएँ हैं। जो देश क्वांटम को सिर्फ कंप्यूटिंग की दौड़ मानेगा, वह ठीक उसी हिस्से में कम निवेश करेगा जो सबसे पहले फल देता है।

वह सुरक्षा समस्या जिसे टाला नहीं जा सकता

काफी सक्षम क्वांटम कंप्यूटर उस सार्वजनिक-कुंजी क्रिप्टोग्राफी को तोड़ देंगे जो आज बैंकिंग, सरकारी संचार, डिजिटल पहचान और भुगतान को सुरक्षित रखती है। यह कोई कल्पना नहीं, सिर्फ समय की बात है।

खतरा मशीन से पहले ही आ जाता है, “अभी बटोरो, बाद में खोलो” (harvest-now-decrypt-later) के रास्ते: कोई विरोधी आज एन्क्रिप्टेड ट्रैफिक रिकॉर्ड कर सकता है और क्षमता आते ही उसे पढ़ सकता है। भारत जैसे पैमाने पर डिजिटल सार्वजनिक ढाँचा चलाने वाले देश के लिए पोस्ट-क्वांटम क्रिप्टोग्राफी की ओर बढ़ना आज की समस्या है, भले उसका ट्रिगर भविष्य में हो।

जो बंदिशें सच में हैं

• प्रतिभा। असली अड़चन पैसा नहीं, लोग हैं। क्वांटम भौतिकविद और क्रायोजेनिक इंजीनियर किसी मिशन की समयसीमा के हिसाब से नहीं बनाए जा सकते।
• हार्डवेयर की आपूर्ति शृंखला। डाइल्यूशन रेफ्रिजरेटर, नियंत्रण इलेक्ट्रॉनिक्स, विशेष लेजर और अति-शुद्ध पदार्थ ज्यादातर गिनी-चुनी कंपनियों से आयात होते हैं।
• त्रुटि सुधार। मौजूदा क्यूबिट शोर भरे हैं, और खराबी सह पाने के लिए जो अतिरिक्त बोझ चाहिए वह बहुत बड़ा है। क्यूबिट की गिनती की घोषणाएँ काम की क्षमता की घोषणाएँ नहीं हैं।
• व्यावसायिक अनिश्चितता। कोई भी अभी भरोसे से नहीं कह सकता कि क्वांटम कंप्यूटर कब व्यावसायिक रूप से निर्णायक बढ़त देगा।

आगे का रास्ता

• नजदीकी दौर के रणनीतिक फायदे के लिए संवेदन वाले स्तंभ को प्राथमिकता दी जाए।
• महत्वपूर्ण ढाँचे के लिए पोस्ट-क्वांटम क्रिप्टोग्राफी की ओर बढ़ना अभी शुरू हो, न कि तब जब मशीन सामने आ जाए।
• डॉक्टरेट और पोस्ट-डॉक्टरेट की पाइपलाइन पर आक्रामक ढंग से पैसा लगे, क्योंकि प्रतिभा तैयार होने में सबसे ज्यादा समय लगता है।
• सहायक हार्डवेयर में, खास तौर पर क्रायोजेनिक्स और नियंत्रण इलेक्ट्रॉनिक्स में, देश के भीतर क्षमता बने।
• चार स्तंभों वाला बचाव बरकरार रखा जाए और सब कुछ कंप्यूटिंग पर केंद्रित करने के दबाव का विरोध किया जाए।

क्वांटम तकनीक किसी एक मशीन तक पहुँचने की दौड़ नहीं है। यह चार अलग-अलग दौड़ें हैं, और भारत की व्यावहारिक जीतें उन्हीं में हैं जिन पर ध्यान कम जाता है।

सामान्य प्रश्न

अभ्यास प्रश्न

प्रीलिम्स MCQ

1. क्यूबिट चिरसम्मत बिट से इसलिए अलग है क्योंकि वह
   (a) प्रति इकाई क्षेत्र ज्यादा डेटा रखता है
   (b) 0 और 1 के अध्यारोपण में रह सकता है
   (c) ज्यादा तापमान पर काम करता है
   (d) इलेक्ट्रॉनिक के बजाय प्रकाशीय संकेत इस्तेमाल करता है
   उत्तर: (b) अध्यारोपण के कारण क्यूबिट अवस्थाओं का मेल दिखा सकता है, और यही क्वांटम समांतरता की बुनियाद है।
2. क्वांटम की डिस्ट्रिब्यूशन की सुरक्षा किस पर टिकी है?
   (a) बड़ी संख्याओं के गुणनखंड निकालने की कठिनाई पर
   (b) इस तथ्य पर कि देखना ही क्वांटम अवस्था को बिगाड़ देता है
   (c) एन्क्रिप्शन कुंजी की लंबाई पर
   (d) वितरित बहीखाते की जाँच पर
   उत्तर: (b) कोई भी सेंधमारी क्वांटम अवस्था बदल देती है और इसलिए पकड़ में आ जाती है, जिससे सुरक्षा गणनात्मक नहीं बल्कि भौतिक हो जाती है।
3. भारत का राष्ट्रीय क्वांटम मिशन कब मंजूर हुआ?
   (a) 2019
   (b) 2021
   (c) 2023
   (d) 2025
   उत्तर: (c) मिशन 2023 में आठ साल के लिए, 2023-24 से 2030-31 तक, मंजूर हुआ।
4. इनमें से कौन राष्ट्रीय क्वांटम मिशन के चार स्तंभों में शामिल नहीं है?
   (a) क्वांटम कंप्यूटिंग
   (b) क्वांटम संचार
   (c) क्वांटम संवेदन एवं मापविज्ञान
   (d) क्वांटम क्रिप्टोकरेंसी
   उत्तर: (d) चौथा स्तंभ क्वांटम पदार्थ एवं उपकरण है; क्रिप्टोकरेंसी मिशन का हिस्सा नहीं है।
5. क्वांटम सुरंगन का सबसे सही वर्णन क्या है?
   (a) दो कणों का दूरी के बावजूद जुड़े रहना
   (b) किसी कण का ऐसी ऊर्जा दीवार पार करना जिसे चिरसम्मत भौतिकी मना करती है
   (c) ऊर्जा का अलग-अलग पैकेटों में छूटना
   (d) किसी कण का एक साथ कई अवस्थाओं में होना
   उत्तर: (b) सुरंगन का मतलब है ऐसी दीवार पार कर जाना जो चिरसम्मत रूप से नामुमकिन होती, और यही सेमीकंडक्टर के व्यवहार की बुनियाद है।

मुख्य परीक्षा प्रश्न

1. नजदीकी दौर में क्वांटम तकनीक व्यावसायिक से ज्यादा एक रणनीतिक क्षमता है। भारत के राष्ट्रीय क्वांटम मिशन के संदर्भ में जाँच कीजिए। (250 शब्द)
2. क्वांटम कंप्यूटिंग मौजूदा क्रिप्टोग्राफिक प्रणालियों के लिए खतरा है। भारत के डिजिटल ढाँचे पर इसके असर और उपलब्ध जवाबों पर चर्चा कीजिए। (250 शब्द)
3. क्वांटम संवेदन के व्यावहारिक फायदे क्वांटम कंप्यूटिंग से पहले मिलने की संभावना है। उपयोगों सहित कारण बताइए। (150 शब्द)
4. महत्वपूर्ण राष्ट्रीय ढाँचे को सुरक्षित करने में क्वांटम संचार की भूमिका पर चर्चा कीजिए। (150 शब्द)
5. राष्ट्रीय क्वांटम मिशन के लिए भारत की संस्थाओं और मानव संसाधन की तैयारी का मूल्यांकन कीजिए। (250 शब्द)