भारतीय प्रयोगशाला ने शास्त्रीय कंप्यूटरों को मात देने के लिए क्वांटम एल्गोरिदम डिजाइन किया है

इंद्राक्षी रायचौधरी से पूछें कि क्या है क्वांटम कंप्यूटर में ख़राब है, और वह अंकगणित की ओर इशारा करती है।

“यदि आप दो संख्याओं को जोड़ने का प्रयास करते हैं, तो एक शास्त्रीय कैलकुलेटर इसे आसानी से कर देता है, जबकि क्वांटम कंप्यूटर पर ऐसा करना अविश्वसनीय रूप से कठिन है,” उन्होंने एक बातचीत में कहा। द हिंदू. “लेकिन एक अत्यधिक जटिल, अंतःक्रियात्मक क्वांटम प्रणाली (जहां कण परस्पर एक-दूसरे को प्रभावित करते हैं) का अनुकरण करना क्वांटम कंप्यूटर के लिए अपेक्षाकृत आसान है। यह अत्यधिक प्रति-सहज ज्ञान युक्त है, लेकिन यहीं पर क्वांटम लाभ निहित है।”

बिट्स पिलानी (गोवा कैंपस) में भौतिकी विभाग के एसोसिएट प्रोफेसर डॉ. रायचौधरी ने कहा, “यह समझना कि क्वांटम कंप्यूटर यह लाभ कहां प्रदान कर सकते हैं, वर्तमान में सबसे बड़ी चुनौती है और यही कारण है कि सरकारें और कंपनियां इस क्षेत्र में भारी निवेश कर रही हैं।”

ऊंची पट्टी

उनकी टीम ने कुछ सप्ताह पहले जो समस्या हल की थी वह उपयोगी प्रकार की है। एक विशेषज्ञ मूल्यांकन के अनुसार, यह केवल तीन समस्याओं में से एक है जो भौतिकविदों के लिए अविश्वसनीय रूप से उपयोगी है और शास्त्रीय कंप्यूटर की मांसपेशियों के लिए भी अभेद्य (अब तक) है। दूसरे शब्दों में, यह ‘क्वांटम लाभ’ प्रदर्शित करता है।

आईबीएम क्वांटम के वैज्ञानिकों के साथ काम करते हुए, डॉ. रायचौधरी और उनके सहयोगियों ने आईबीएम प्रोसेसर के 120 क्यूबिट – क्यूबिट क्वांटम कंप्यूटर की कंप्यूटिंग मुद्रा है – पर उपपरमाण्विक कणों के व्यवहार का अनुकरण किया। गणना में क्वांटम मशीन को 20 सेकंड और क्लासिकल कंप्यूटर को दो घंटे लगे।

दावा करने वाली पुलिस के पास विशेषज्ञ मूल्यांकनकर्ता क्वांटम एडवांटेज ट्रैकर (क्यूएटी) मौजूद है। नवंबर 2025 में आईबीएम द्वारा फ़्लैटिरॉन इंस्टीट्यूट, स्टार्टअप्स ब्लूक्यूबिट और एल्गोरिथमिक और अकादमिक समीक्षकों की एक विस्तृत श्रृंखला के साथ लॉन्च किया गया, क्यूएटी एक प्रकार की लाइव सहकर्मी समीक्षा है जहां एक शोधकर्ता एक परिणाम प्रस्तुत करता है और एक समिति इसे शास्त्रीय और क्वांटम दोनों मशीनों पर पुन: पेश करती है – इसे खड़ा करने से पहले। बार ऊंचा है. इसके GitHub पेज पर लॉग किए गए लगभग 220 आइटमों में से केवल एक दर्जन को ही स्वीकार किया गया है, और केवल कुछ ही ‘सक्रिय’ दावों के रूप में बचे हैं।

क्वांटम एडवांटेज ट्रैकर होमपेज। | फोटो साभार: क्वांटम एडवांटेज ट्रैकर

डॉ. रायचौधरी ने कहा, “यह एक मानक अकादमिक पत्रिका से अधिक संपूर्ण है।” यहीं पर उनके समूह की प्रविष्टि अब ‘सक्रिय’ के रूप में अंकित है – किसी भारतीय प्रयोगशाला से पहली बार। यदि समस्या को किसी शास्त्रीय मशीन द्वारा हल किया जा सकता है, तो इसे ‘स्थानांतरित’ माना जाएगा। उनका समाधान कितने समय तक ‘सक्रिय’ रहता है यह एक खुली चुनौती है: मई के बाद से, उन्हें हटाया नहीं गया है।

सही समस्या की तलाश है

क्वांटम कंप्यूटिंग के चारों ओर मौजूद सभी पैसे और शोर के बावजूद, मशीनों को अभी भी एक सामान्य कंप्यूटर की तुलना में तेजी से उपयोगी समस्या का समाधान करना बाकी है। सबसे प्रसिद्ध प्रदर्शन आविष्कार किया गया है. जब Google ने 2019 में बताया कि उसके प्रोसेसर ने मिनटों में एक कार्य पूरा कर लिया है, जिसे पूरा करने के लिए एक सुपर कंप्यूटर को 10,000 वर्षों की आवश्यकता होगी, तो कार्य का कोई व्यावहारिक उपयोग नहीं था और इसे ठीक से चुना गया क्योंकि यह क्वांटम हार्डवेयर के अनुकूल था। (निश्चित रूप से, QAT में उनके लिए भी जगह है।)

आधुनिक एन्क्रिप्शन को तोड़ना या स्क्रैच से एक बड़े अणु का अनुकरण करना वर्षों दूर है। तो इस क्षेत्र ने एक संकीर्ण पुरस्कार का पीछा करना शुरू कर दिया है: “उपयोगी” लाभ, एक वास्तविक समस्या पर एक बड़ी जीत जिसका उत्तर स्वतंत्र रूप से जांचा जा सकता है।

डॉ. रायचौधरी की पसंद की समस्या भौतिकी की नींव पर आधारित है। एक प्रोटॉन के अंदर क्वार्क, और उन्हें बांधने वाले ग्लूऑन, मजबूत परमाणु बल द्वारा नियंत्रित होते हैं, और वास्तविक समय में वे कैसे चलते और पुनर्व्यवस्थित होते हैं, यह पता लगाना इस क्षेत्र की सबसे कठिन समस्याओं में से एक है। स्नैपशॉट में शास्त्रीय तरीके अच्छे हैं – वे एक प्रोटॉन के द्रव्यमान को बड़ी सटीकता के साथ पिन कर सकते हैं – लेकिन कणों को फ्रेम दर फ्रेम विकसित होते देखना, “शास्त्रीय रूप से गणना करना बहुत कठिन है,” उसने कहा। एक क्वांटम कंप्यूटर, जो स्वयं क्वांटम भागों से बना होता है, को इसके बजाय सीधे सिस्टम की नकल करने के लिए प्रेरित किया जा सकता है: एक स्थिर तस्वीर को एक फिल्म द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है।

प्रोटॉन के अंदर क्वार्क और उन्हें बांधने वाले ग्लूऑन प्रकृति की सबसे मजबूत शक्ति द्वारा नियंत्रित होते हैं। | फोटो साभार: एआई से बनाई गई छवि

“मैं वास्तव में अगले महीने सर्न (स्विट्जरलैंड) का दौरा कर रही हूं,” उसने कहा, जहां दुनिया का सबसे शक्तिशाली कण स्मैशर भौतिक रूप से पता लगाने के लिए प्रोटॉन को चूर्णित करता है कि कैसे सबसे सरल कण वजनदार, अधिक जटिल कणों में विकसित हो सकते हैं। उन्होंने कहा, शास्त्रीय तरीकों की सीमाओं से घिरे सीईआरएन शोधकर्ताओं ने उन्हें यह जानने के लिए आमंत्रित किया है कि क्या उनका दृष्टिकोण उनके सिमुलेशन को आगे बढ़ा सकता है।

‘एल्गोरिदम के बिना, हार्डवेयर बेकार है’

उनकी टीम ने जिस मॉडल का उपयोग किया वह मजबूत बल के पूर्ण सिद्धांत के लिए एक सरलीकृत स्टैंड-इन था, जो प्रकृति की सबसे शक्तिशाली शक्ति है। हालाँकि इससे कोई नया कण नहीं निकला है, नवीनता विधि में निहित है। उसके समूह की एन्कोडिंग ने गणितीय अतिरेक को दूर कर दिया ताकि अनुकरण बड़े पैमाने पर हो सके; जिस कार्य को दूसरों ने अधिकतम 27 क्यूबिट पर चलाया था, उसे 120 पर धकेल दिया गया। “अगर कोई आज मुझे 1,000-क्यूबिट का कंप्यूटर देता है, तो हमारा एल्गोरिदम इसे निर्बाध रूप से बढ़ा देगा,” उसने कहा।

उनका मानना है कि पोर्टेबल के रूप में, उनकी टीम ने नाजुक क्वांटम हार्डवेयर को परेशान करने वाले शोर को दूर करने के लिए इस्तेमाल की जाने वाली चाल है: प्रयोग को दो बार चलाएं – एक बार कण के साथ, एक बार बिना – एक सेकंड के अंश के भीतर, फिर एक माप को दूसरे से घटाएं, ताकि लगभग समान त्रुटियां रद्द हो जाएं। “यह शोर को कम करने का एक सस्ता तरीका है,” उसने कहा, और सहकर्मियों ने पहले ही इसे अन्य समस्याओं पर लागू करना शुरू कर दिया है। इनमें से किसी के लिए भी उसे अपनी डेस्क छोड़ने की आवश्यकता नहीं पड़ी। आईबीएम की मशीनों को क्लाउड पर पहुंचाया जाता है, किस्किट नामक टूलकिट के माध्यम से पायथन में प्रोग्राम किया जाता है, और उसके अधिकांश रन मिनटों में समाप्त हो जाते हैं। “जबकि मीडिया अक्सर दवा खोज या सामग्री विज्ञान में क्वांटम अनुप्रयोगों पर प्रकाश डालता है, वे क्षेत्र उच्च-ऊर्जा भौतिकी की तुलना में कम्प्यूटेशनल रूप से बहुत अधिक आदिम चरण में हैं।”

भारत ने इस दिशा में अभी शुरुआत ही की है। इसका राष्ट्रीय क्वांटम मिशन, 2023 में स्वीकृत ₹6,003 करोड़ का कार्यक्रम, क्वांटम एल्गोरिदम को वित्त पोषित कर रहा है और बेंगलुरु में एक कंप्यूटिंग हब चलाता है, लेकिन देश के पास अपना कोई उच्च-स्तरीय क्वांटम हार्डवेयर नहीं है, और यहां के शोधकर्ता विदेशों में मशीनों पर निर्भर हैं।

“एल्गोरिदम के बिना, हार्डवेयर बेकार है; आप क्वांटम कंप्यूटर के सामने बैठकर उत्तर नहीं पा सकते हैं,” उसने कहा।

jacob.koshy@thehindu.co.in