समसामयिकी

साइन इन
विज्ञान और प्रौद्योगिकीGS3
GS3

क्वांटम उलझाव सिद्धांत और उभरती प्रौद्योगिकी के अनुप्रयोग

स्रोत:द हिंदू ↗

क्यों मायने रखता है

क्वांटम टेक्नोलॉजी एक महत्वपूर्ण अत्याधुनिक विज्ञान है जिसके साइबर सुरक्षा, कंप्यूटिंग और संचार के लिए व्यापक निहितार्थ हैं। UPSC अक्सर प्रीलिम्स में बुनियादी वैज्ञानिक अवधारणाओं (जैसे: क्यूबिट्स, आर्टिफिशियल इंटेलिजेंस) का परीक्षण करता है, जबकि मेन्स के प्रश्न भारत के विकास और सुरक्षा के लिए ऐसी उभरती प्रौद्योगिकियों के अनुप्रयोगों और रणनीतिक महत्व का मूल्यांकन करते हैं।

सारांश

यह लेख क्वांटम एंटैंगलमेंट की अवधारणा की व्याख्या करता है, जो क्वांटम मैकेनिक्स का एक मौलिक सिद्धांत है जहाँ दो या दो से अधिक कणों के गुण आपस में गहराई से जुड़ जाते हैं। विशाल दूरी से अलग होने पर भी, एक एंटैंगल्ड कण की अवस्था में परिवर्तन दूसरे को तुरंत प्रभावित करता है—एक ऐसी घटना जिसे अल्बर्ट आइंस्टीन ने 'spooky action at a distance' कहा था। यह लेख बताता है कि कैसे यह विरोधाभासी व्यवहार, जो कभी सैद्धांतिक बहस का विषय था और Bell's theorem के माध्यम से सिद्ध हुआ, अब एक व्यावहारिक तकनीकी संसाधन में बदल गया है। आज, क्वांटम एंटैंगलमेंट उभरती हुई अग्रणी प्रौद्योगिकियों की आधारशिला है, जिसमें क्वांटम कंप्यूटिंग (interconnected qubits का उपयोग करना) और अत्यधिक सुरक्षित क्वांटम संचार नेटवर्क (Quantum Key Distribution) शामिल हैं, जो वैश्विक अनुसंधान और भारत के National Quantum Mission का प्रमुख केंद्र हैं।

मुख्य बिंदु

  • क्वांटम एंटैंगलमेंट एक मौलिक क्वांटम मैकेनिकल परिघटना है जहाँ कण आपस में इस प्रकार जुड़ जाते हैं कि एक कण की अवस्था (state), उनके बीच की दूरी की परवाह किए बिना, तत्काल दूसरे कण की अवस्था को निर्धारित करती है।
  • अल्बर्ट आइंस्टीन ने प्रसिद्ध रूप से इस घटना को 'spooky action at a distance' कहा था क्योंकि यह शास्त्रीय भौतिकी के 'स्थानीय यथार्थवाद' (local realism) के सिद्धांत और प्रकाश की गति की सीमा का उल्लंघन करती प्रतीत होती थी।
  • यह प्रघटना बेल की असमानताओं (Bell's inequalities) का उल्लंघन करती है, जो यह सिद्ध करती है कि क्वांटम स्तर पर ब्रह्मांड पूर्व-निर्धारित 'छिपे हुए चरों' (hidden variables) पर कार्य नहीं करता है; इस खोज को 2022 में भौतिकी के नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया था।
  • 'Entanglement' क्वांटम कंप्यूटिंग को संचालित करने वाला एक महत्वपूर्ण संसाधन है, जो क्यूबिट्स (qubits) को क्लासिकल कंप्यूटर बिट्स की तुलना में जटिल और समानांतर गणनाओं को चरघातांकीय रूप से (exponentially) अधिक तेज़ी से करने में सक्षम बनाता है।
  • इसका व्यावहारिक रूप से क्वांटम क्रिप्टोग्राफी, विशेष रूप से क्वांटम की डिस्ट्रीब्यूशन (QKD) में उपयोग किया जाता है, ताकि सैद्धांतिक रूप से अनहैक (unhackable) संचार नेटवर्क बनाए जा सकें।

महत्वपूर्ण शब्द

राष्ट्रीय क्वांटम मिशन (NQM)

₹6,003 करोड़ के परिव्यय के साथ भारत का प्रमुख मिशन (2023-2031), जिसका लक्ष्य विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी विभाग के थीमैटिक हब (thematic hubs) के माध्यम से स्वदेशी क्वांटम कंप्यूटिंग (50-1,000 qubits), संचार, सेंसिंग और मैटेरियल्स विकसित करना है।

UPSC context

GS पेपर III: विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी; सरकारी पहलों और तकनीकी आत्मनिर्भरता के प्रति जागरूकता का परीक्षण करता है।

Source
क्वांटम एंटांगलमेंट

एक क्वांटम परिघटना जिसमें कण आपस में इस प्रकार जुड़ जाते हैं कि एक की स्थिति (state) तात्कालिक रूप से दूसरे को प्रभावित करती है, चाहे उनके बीच की दूरी कितनी भी हो। अल्बर्ट आइंस्टीन ने प्रसिद्ध रूप से इस व्यवहार को "spooky action at a distance" कहा था।

UPSC context

GS पेपर III: विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी; क्वांटम कंप्यूटर और क्रिप्टोग्राफी जैसी फ्रंटियर तकनीक को समझने के लिए मौलिक।

Source
क्यूबिट (क्वांटम बिट)

क्वांटम सूचना की बुनियादी इकाई। क्लासिकल बिट्स (0 या 1) के विपरीत, क्यूबिट्स (qubits) एक साथ कई अवस्थाओं (states) को प्रदर्शित करने के लिए सुपरपोजिशन (superposition) का उपयोग करते हैं, जो क्वांटम कंप्यूटरों में घातांकीय गणना गति (exponential computational speedup) का आधार प्रदान करते हैं।

UPSC context

GS पेपर III: IT और कंप्यूटर; विशेष रूप से प्रिलिम्स (2022) में पूछा गया। उभरती प्रौद्योगिकियों की बुनियादी इकाइयों पर स्पष्टता का परीक्षण करता है।

Source
क्वांटम कुंजी वितरण (QKD)

एन्क्रिप्शन कुंजियों (encryption keys) को वितरित करने के लिए क्वांटम गुणों का उपयोग करने वाली एक सुरक्षित संचार पद्धति। यह पूर्ण सुरक्षा सुनिश्चित करती है क्योंकि ईव्सड्रॉपिंग (eavesdropping) का कोई भी प्रयास क्वांटम अवस्था (quantum state) को बाधित कर देता है, जिससे वैध उपयोगकर्ताओं को तुरंत इसकी सूचना मिल जाती है।

UPSC context

GS पेपर III: सुरक्षा/IT; रक्षा अनुप्रयोगों और DRDO और ISRO जैसी एजेंसियों द्वारा स्वदेशी उपलब्धियों के लिए प्रासंगिक।

Source
बेल का प्रमेय

1964 का एक गणितीय प्रमाण जो यह स्थापित करता है कि क्वांटम मैकेनिक्स 'लोकल रियलिज्म' (local realism) के साथ असंगत है, यह पुष्टि करते हुए कि एंटैंगलमेंट (entanglement) जैसे नॉन-लोकल लिंक सैद्धांतिक त्रुटियां नहीं बल्कि एक मौलिक वास्तविकता हैं।

UPSC context

GS पेपर III: विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी; उन सैद्धांतिक बदलावों की वैचारिक समझ का परीक्षण करता है जिन्होंने आधुनिक क्वांटम तकनीक को सक्षम बनाया।

Source

प्रारंभिक ट्रैप

क्वांटम एंटांगलमेंट लंबी दूरियों पर प्रकाश की गति से तेज़ डेटा संचार की अनुमति देता है।

यद्यपि एक एंटैंगल्ड कण (entangled particle) की अवस्था में परिवर्तन तात्कालिक होता है, लेकिन नो-कम्युनिकेशन थ्योरम (no-communication theorem) के कारण इसका उपयोग प्रकाश की गति से तेज़ क्लासिकल डेटा प्रसारित करने के लिए नहीं किया जा सकता है।

संबंधित अवधारणाएँ

Science & Technology

एक Qubit को क्लासिकल कंप्यूटिंग Bit से क्या अलग करता है?

  • सुपरपोजिशन: क्लासिकल बिट्स स्पष्ट रूप से 0 या 1 होते हैं। क्यूबिट्स (Qubits) एक ही समय में 0 और 1 दोनों की 'superposition' में मौजूद होते हैं।
  • एन्टैंगलमेंट: आपस में जुड़े हुए qubits अपनी states को जोड़ने के लिए 'entanglement' का उपयोग करते हैं, जिससे processing power की घातांकीय वृद्धि (exponential scaling) संभव होती है।
  • प्रोसेसिंग स्पीड: ये विशेषताएँ क्वांटम कंप्यूटरों को अत्यधिक जटिल समानांतर (parallel) समस्याओं को क्लासिकल कंप्यूटरों की तुलना में घातांकीय रूप से अधिक तेज़ी से हल करने में सक्षम बनाती हैं।
Cybersecurity & Tech

क्वांटम की डिस्ट्रीब्यूशन (QKD) ईव्सड्रॉपिंग को कैसे रोकता है?

  • गणित पर भौतिकी: यह एन्क्रिप्शन की (encryption keys) वितरित करने के लिए गणितीय जटिलता के बजाय कणों (जैसे फोटॉन) की क्वांटम अवस्थाओं (quantum states) का उपयोग करता है।
  • ऑब्जर्वर इफेक्ट: एंटेंगल्ड फोटोन को इंटरसेप्ट करने, मापने या पढ़ने का कोई भी प्रयास उनकी क्वांटम अवस्था को मौलिक और स्थायी रूप से बदल देता है।
  • तत्काल अलर्ट: यह अपरिहार्य परिवर्तन तत्काल संचार करने वाले पक्षों को सूचित कर देता है कि एन्क्रिप्शन की (encryption key) के साथ छेड़छाड़ की गई है।

अंतर-विषय पैटर्न

  • QKD + GS3 साइबर सुरक्षा खतरे

    QKD पर ज़ोर GS3 साइबर सुरक्षा के अनुरूप है ताकि 'Harvest now, decrypt later' जैसे खतरों का मुकाबला किया जा सके, जहाँ विरोधी आज एन्क्रिप्टेड डेटा चुरा लेते हैं ताकि क्वांटम कंप्यूटर के परिपक्व होने पर उसे डिक्रिप्ट किया जा सके।

  • राष्ट्रीय क्वांटम मिशन + डीप टेक स्वदेशीकरण

    2031 तक 2000 किमी QKD नेटवर्क का NQM का लक्ष्य, सॉफ्टवेयर IT सेवाओं से डीप-टेक हार्डवेयर संप्रभुता की ओर भारत के व्यापक GS3 रणनीतिक बदलाव को दर्शाता है।

क्वांटम एंटैंगलमेंट (Quantum Entanglement) और सुपरपोजिशन (Superposition) के बीच अंतर स्पष्ट करने वाले एक बहु-कथनीय (multi-statement) प्रश्न की अपेक्षा करें, जो सीधे तौर पर राष्ट्रीय क्वांटम मिशन (National Quantum Mission) के लक्ष्यों से जुड़ा हो।

संबद्ध PYQ · 2

संबद्ध PYQ · 2

  • 2022PrelimsGS1

    Which one of the following is the context in which the term "qubit" is mentioned ?

  • 2024PrelimsGS1

    Consider the following statements: I. It is expected that Majorana 1 chip will enable quantum computing. II. Majorana 1 chip has been introduced by Amazon Web Services (AWS). III. Deep learning is a subset of machine learning. Which of the statements given above are correct?