संदर्भ - 

 क्वांटम कंप्यूटिंग कम्प्यूटेशनल क्षमताओं में एक प्रतिमान बदलाव का प्रतिनिधित्व करता है, जो सूचना प्रसंस्करण में क्रांति लाने के लिए क्वांटम यांत्रिकी के सिद्धांतों पर आधारित है। द्विआधारी बिट्स पर काम करने वाले परंपरागत कंप्यूटरों के विपरीत, क्वांटम कंप्यूटर, क्वांटम बिट्स या क्यूबिट्स के आधार पर कार्य करते हैं, यह बिट्स सुपरपोजिशन अवस्थाओं में मौजूद हो सकते हैं और   समानांतर गणनाओं को करने में सक्षम होते हैं ।

क्यूबिट्स की मूल बातें:
एक क्यूबिट, क्वांटम गणना की मूलभूत इकाई होती है । यह  सुपरपोजिशन और उलझाव (entanglement) सहित अद्वितीय क्वांटम गुणों को प्रदर्शित करती है। सुपरपोजिशन क्यूबिट्स को एक साथ कई अवस्थाओं में मौजूद रहने में सक्षम बनाता है, जबकि इन्टैंगल्मेन्ट क्यूबिट्स के बीच भौतिक दूरी की परवाह किए बिना सहसंबंध को सक्षम बनाता है। ये विशेषताएँ क्वांटम समानांतरता और कम्प्यूटेशनल शक्ति का आधार हैं।

क्वांटम कम्प्यूटिंग में चुनौतियां:
क्वांटम कंप्यूटिंग की विभिन्न विशेषताओं के बावजूद, कई चुनौतियां इसकी व्यावहारिक प्राप्ति में बाधक हैं। इसकी एक महत्वपूर्ण बाधा क्यूबिट्स की नाजुक प्रकृति है, जो पर्यावरण के साथ अंतरसंबंध के कारण विघटन के प्रति अतिसंवेदनशील हैं। विश्वसनीय गणना के लिए आवश्यक क्वांटम सुसंगतता को बनाए रखना, क्यूबिट्स की संख्या और उनकी अंतःक्रियाओं के बढ़ने के साथ चुनौतीपूर्ण हो जाता है।

क्यूबिट सिस्टम के लिए आवश्यकताएँ:
क्वांटम कंप्यूटर के निर्माण के लिए विशिष्ट मानदंडों को पूरा करने वाले क्यूबिट सिस्टम की आवश्यकता होती है। सबसे पहले, गणनाओं में स्थिरता और विश्वसनीयता सुनिश्चित करने के लिए क्यूबिट्स समान होने चाहिए। हालांकि, सही क्यूबिट एकरूपता प्राप्त करना विनिर्माण चुनौतियों को मुश्किल बनाता है। दूसरा, क्यूबिट्स को नियंत्रित करने योग्य होना चाहिए, जिससे क्यूबिट्स के बीच सटीक हेरफेर और अंतरसंबंध संभव हो सके , यह क्वांटम गेट संचालन के लिए एक पूर्व शर्त है।

पारंपरिक क्यूबिट तकनीकः
कई भौतिक प्रणालियाँ क्यूबिट्स को प्राप्त करने के लिए प्लेटफार्मों के रूप में काम करती हैं, जिनमें सुपरकंडक्टिंग जंक्शन, ट्रैप्ड आयन और क्वांटम डॉट्स आदि शामिल हैं। हालाँकि, इनमें से अधिकांश प्रणालियाँ केवल अत्यंत कम तापमान पर या कठोर पर्यावरणीय परिस्थितियों में प्रभावी ढंग से काम करती हैं, जिससे उन्हें व्यापक रूप से अपनाना अव्यावहारिक और महंगा है।

सामान्य तापमान क्यूबिट्स के लिए प्रयास:  
विश्व भर में शोधकर्ता सक्रिय रूप से वैकल्पिक क्यूबिट प्रौद्योगिकियों की खोज कर रहे हैं जो सामान्य तापमान पर काम करती हों। इसका उद्देश्य क्वांटम कंप्यूटिंग की पहुंच और वाणिज्यिक व्यवहार्यता को बढ़ाना है। हालिया प्रगति ने सामान्य तापमान क्यूबिट्स की व्यवहार्यता का प्रदर्शन किया है, जो मापनयोग्य क्वांटम गणना के लिए आशाजनक संकेत है।

क्यूबिट प्लेटफार्मों के रूप में धातु-जैविक ढांचे (Metal-Organic Frameworks -एमओएफ):
जापान में एक सहयोगी दल द्वारा किए गए एक अध्ययन में धातु-कार्बनिक ढांचे(MOFs). का उपयोग करते हुए सामान्य तापमान क्यूबिट्स के लिए एक नया दृष्टिकोण पेश किया गया है। एमओएफ में कार्बनिक अणुओं द्वारा आपस में जुड़े धातु आयन होते हैं, जो क्वांटम घटनाओं के लिए अनुकूल अत्यधिक छिद्रपूर्ण संरचनाएँ बनाते हैं।

 एमओएफ में क्रोमोफोर :
जापानी अध्ययन में, जिरकोनियम-आधारित एमओएफ ने क्रोमोफोर वाले कार्बनिक अणुओं को एकीकृत किया, उदाहरण के लिए पेंटासीन । क्रोमोफोर कार्बनिक मोएटीज हैं जो प्रकाश की विशिष्ट तरंग दैर्ध्य को अवशोषित करने में सक्षम होते हैं, जिससे यह अलग-अलग रंग प्रदर्शित करते हैं। एक क्रोमोफोर  के भीतर, इलेक्ट्रॉन ऊर्जा स्तरों के बीच संक्रमण करते हैं, जो इसके ऑप्टिकल और क्वांटम गुणों को प्रभावित करते हैं।

एकल विखंडनः एक क्वांटम घटनाः
एकल विखंडन एमओएफ-आधारित क्यूबिट प्रणालियों में एक प्रमुख तंत्र के रूप में उभरा है। इस प्रक्रिया में एक एकल उत्तेजित अवस्था को दो त्रिक अवस्थाओं में परिवर्तित किया जाता है, जो प्रभावी रूप से क्वांटम अवस्थाओं की संख्या को दोगुना करता है और क्वांटम सुसंगतता को बढ़ाता है। सिंगलेट विखंडन क्रोमोफोर्स के बीच ऊर्जा हस्तांतरण की सुविधा प्रदान करता है, जो क्यूबिट कार्यक्षमता के लिए महत्वपूर्ण क्वांटम इंटरैक्शन को संभव बनाता है।

क्वांटम सुसंगतता की भूमिकाः
क्वांटम सुसंगतता-सुपरपोजिशन अवस्थाओं की दृढ़ता, क्वांटम गणना के लिए आवश्यक है। एमओएफ-आधारित क्यूबिट्स में, क्रोमोफोर्स के बीच नाजुक अंतःक्रियाओं से सुसंगतता उत्पन्न होती है, जो छिद्रपूर्ण एमओएफ संरचना के भीतर घूर्णन गतिकी द्वारा व्यवस्थित होती है। ये अंतःक्रियाएँ सामान्य तापमान पर भी क्वांटम सुसंगतता बनाए रखती हैं, जो क्वांटम कंप्यूटिंग अनुसंधान में एक महत्वपूर्ण सफलता है।

प्रयोगात्मक अंतर्दृष्टि और चुनौतियां:
जापानी अध्ययन के प्रयोगात्मक निष्कर्ष एमओएफ-आधारित क्यूबिट्स में क्वांटम सुसंगतता की मजबूती और दीर्घायु पर प्रकाश डालते हैं। आशाजनक परिणामों के बावजूद, क्यूबिट प्रणालियों को बढ़ाने, क्वांटम गेट संचालन को प्राप्त करने और क्वांटम गणनाओं में नियंत्रणीयता और स्थिरता सुनिश्चित करने में चुनौतियां बनी हुई हैं।

 भविष्य की संभावनाएं और अनुसंधान :
सामान्य तापमान क्यूबिट्स का विकास क्वांटम कंप्यूटिंग में नई सीमाएँ खोलता है, जो आगे के अन्वेषण और नवाचार को बढ़ाएगा। भविष्य के शोध प्रयास क्यूबिट आर्किटेक्चर को परिष्कृत करने, क्वांटम गेट संचालन को अनुकूलित करने और एमओएफ-आधारित क्यूबिट्स को स्केलेबल क्वांटम कंप्यूटिंग प्लेटफार्मों में एकीकृत करने पर ध्यान केंद्रित करेंगे। बहु-विषयक क्षेत्रों में सहयोगात्मक प्रयास क्वांटम प्रौद्योगिकियों की प्रगति को व्यावहारिक अनुप्रयोगों की ओर ले जाएंगे।

निष्कर्ष-

अंत में, सामान्य तापमान क्यूबिट्स का प्रयास क्वांटम कंप्यूटिंग में एक महत्वपूर्ण प्रगति का प्रतीक है, जो वैज्ञानिक अन्वेषण और तकनीकी प्रगति के एक नए युग की शुरुआत करता है। धातु-कार्बनिक ढांचे के भीतर अंतर्निहित 'रंग अणुओं' की विशिष्ट विशेषताओं का लाभ उठाते हुए, शोधकर्ताओं ने क्वांटम सूचना प्रसंस्करण के लिए नए रास्ते खोले हैं। यह सफलता न केवल नवाचार के लिए अभूतपूर्व अवसरों का सृजन करती है, बल्कि विविध क्षेत्रों में क्रांति लाने के लिए क्वांटम कंप्यूटिंग की क्षमता को भी रेखांकित करती है। 

जैसे-जैसे हम स्केलेबल क्वांटम कंप्यूटिंग की दिशा में आगे बढ़ेंगे, सहयोग, प्रयोग और सरलता मार्गदर्शक सिद्धांतों के रूप में काम करेंगे। अंतःविषय साझेदारी को बढ़ावा देकर और अथक अन्वेषण की संस्कृति को अपनाकर, हम क्वांटम प्रौद्योगिकियों की परिवर्तनकारी शक्ति का पूरी तरह से उपयोग कर सकते हैं। स्केलेबल क्वांटम कंप्यूटिंग की खोज एक सामूहिक प्रयास का प्रतिनिधित्व करती है, जहां वैज्ञानिक जिज्ञासा और तकनीकी कौशल का अभिसरण गणना और खोज के भविष्य के परिदृश्य को आकार देगा। ठोस प्रयासों और अटूट समर्पण के माध्यम से, हम एक क्वांटम-सक्षम भविष्य की असीम संभावनाओं को खोलने के लिए तैयार हैं।

Source- The Hindu