कमरे के तापमान पर काम करने वाली क्वांटम चिप: फोटोनिक क्रांति कांच से शुरू होती है

1. प्रस्तावना: क्वांटम की सुबह कांच के रंग की भोर

क्वांटम कंप्यूटर को "दुनिया को बदलने वाली गणना मशीन" कहा जाता है। हालांकि, सुपरकंडक्टर और आयन ट्रैप जैसे मौजूदा प्लेटफॉर्म को अत्यधिक ठंडे उपकरणों और जटिल वैक्यूम सिस्टम की आवश्यकता होती है, जिससे व्यावहारिकता की लागत बहुत अधिक हो जाती है।

लेकिन जुलाई 2025 में, इटली के मिलान के केंद्र में स्थित एक ईयू अनुसंधान टीम ने कांच के सब्सट्रेट पर सीधे प्रकाश वेवगाइड लिखने की लेज़र लेखन तकनीक को अपनाया और फोटोनिक क्वांटम चिप का अनावरण किया, जिससे स्थिति बदल गई। क्वांटम बिट्स (क्यूबिट्स) को इलेक्ट्रॉनों या आयनों द्वारा नहीं, बल्कि **फोटॉनों** द्वारा संचालित किया जाता है। यह कमरे के तापमान पर काम करता है, संकेत प्रकाश की गति से प्रसारित होते हैं, और ऊर्जा की हानि भी बहुत कम होती है। यह वास्तव में "सुबह" की घोषणा करने वाली एक महत्वपूर्ण प्रगति है।phys.org

2. QLASS परियोजना क्या है?

इस महत्वपूर्ण प्रगति का नेतृत्व करने वाली परियोजना है, जिसे पोलिटेक्निको डी मिलानो (PoliMi) द्वारा संचालित QLASS (Quantum Glass-based Photonic Integrated Circuits) परियोजना। इटली, फ्रांस, और जर्मनी के विश्वविद्यालयों, अनुसंधान संस्थानों, और स्टार्टअप्स के 11 अनुसंधान संस्थानों ने मिलकर इसे बनाया है, और इसे ईयू रिसर्च & इनोवेशन मैगज़ीन "Horizon" द्वारा विस्तृत रूप से रिपोर्ट किया गया है। इसका उद्देश्य सरल है—कांच निर्मित क्वांटम चिप्स के माध्यम से 200 मोड से अधिक के पुन: संयोज्य फोटोनिक क्वांटम प्रोसेसर को 2026 तक व्यावहारिक बनाना।phys.org

मुख्य कंपनी है इटली की स्टार्टअप Ephos। इस कंपनी ने NATO DIANA से अनुदान और यूरोपीय और अमेरिकी वीसी से कुल 8.5 मिलियन डॉलर जुटाए हैं, और मिलान के बाहरी इलाके में दुनिया की पहली कांच क्वांटम चिप्स के लिए समर्पित फैब की स्थापना की है।reuters.com सीईओ आंद्रेआ रोकेट्टो (Andrea Rocchetto) कहते हैं, "फोटॉनों को रोकने के लिए सबसे अच्छा सामग्री कांच है"। कांच की ऑप्टिकल हानि सिलिकॉन की तुलना में 10 गुना कम होती है, और यह कमरे के तापमान पर काम करता है, जिससे ठंडा करने वाले उपकरण की आवश्यकता नहीं होती—बिजली की खपत बहुत कम होती है।

3. तकनीक का केंद्र: फेमटोसेकंड लेजर लेखन

Ephos की अद्वितीय तकनीक है, फेमटोसेकंड (10⁻¹⁵ सेकंड) लेजर के साथ कांच के अंदर त्रिआयामी वेवगाइड को "प्रत्यक्ष रूप से लिखने" की विधि। यह टाइटेनियम सैफायर लेजर के साथ अपवर्तक सूचकांक को स्थानीय रूप से बदलकर प्रकाश को नैनोस्केल के "प्रकाश के मार्ग" में बंद करता है। पारंपरिक सिलिकॉन फोटोनिक्स को 2D वायरिंग तक सीमित किया गया था, जबकि कांच में 3D वायरिंग के लिए ऊर्ध्वाधर दिशा में भी स्वतंत्र वक्र बनाने की क्षमता होती है। परिणामस्वरूप, 200 मोड→400 मोड तक का स्केल अप सैद्धांतिक रूप से केवल मास्क परिवर्तन के साथ ही संभव है।phys.org

जर्मनी की Pixel Photonics द्वारा प्रदान किए गए SNSPD (सुपरकंडक्टिंग नैनोवायर सिंगल फोटॉन डिटेक्टर) के साथ संयोजन करके, सिंगल फोटॉन का बिना हानि के पता लगाने का लक्ष्य है। इसके अलावा, फ्रांस की Unitary Foundation France एक ओपन-सोर्स क्वांटम SDK विकसित कर रही है, और मोंटपेलियर विश्वविद्यालय समूह लिथियम आयन बैटरी के क्वांटम सिमुलेशन का कार्यभार संभाल रहा है। यह विभाजन प्रणाली वास्तव में ईयू चिप्स एक्ट द्वारा निर्धारित "यूरोप के भीतर आपूर्ति श्रृंखला आत्मनिर्भरता" का एक उदाहरण है।phys.org

4. क्यों कांच?—पर्यावरण और लागत के दोनों पहलुओं में श्रेष्ठता

• ऊर्जा की बचत: कमरे के तापमान पर काम करने के कारण, सुपरकंडक्टिंग चिप्स के लिए आवश्यक डाइल्यूशन रेफ्रिजरेटर (जिसकी वार्षिक बिजली लागत 10 मिलियन येन से अधिक है) की आवश्यकता नहीं होती।

• कम कार्बन: कांच का निर्माण सिलिकॉन के प्रारंभिक चरण की तुलना में CO₂ उत्सर्जन को 75% तक कम कर सकता है।wsj.com

• उपज: लेजर डायरेक्ट राइटिंग के कारण फोटोलिथोग्राफी प्रक्रिया में काफी कमी आती है, और दोष दर भी घटती है।

• लागत: Ephos के अनुसार, 12 इंच के बराबर सब्सट्रेट पर निर्माण लागत सिलिकॉन फोटोनिक्स की तुलना में एक तिहाई है।

इसके अलावा, फोटॉन कमरे के तापमान पर डेकोहेरेंस के लिए कम प्रवृत्त होते हैं, जिससे त्रुटि सुधार के ओवरहेड को 20% से अधिक कम किया जा सकता है। हालांकि यह अभी भी अनुसंधान के चरण में है, व्यावहारिक क्वांटम श्रेष्ठता (जहां क्वांटम कंप्यूटर सबसे तेज़ क्लासिकल मशीन से आगे निकल जाता है) की दिशा में एक महत्वपूर्ण कदम है।

5. औद्योगिक अनुप्रयोग: बैटरी डिजाइन से लेकर एआई अनुमान त्वरण तक

1. अगली पीढ़ी की बैटरी सिमुलेशन
   मोंटपेलियर विश्वविद्यालय परिवर्तनशील क्वांटम एल्गोरिदम (VQA) का उपयोग करके लिथियम प्रसार पथ को हल कर रहा है और इलेक्ट्रोलाइट्स के अनुकूलन की कोशिश कर रहा है। लैब में लागू 50 मोड फोटोनिक चिप के साथ क्लासिकल की तुलना में 30 गुना तेज़ी की पुष्टि की गई है (गैर-प्रकाशित प्रीप्रिंट से)।

2. दवा की खोज
   एकल फोटॉन हस्तक्षेप का उपयोग करके हैमिल्टोनियन एन्कोडिंग के माध्यम से कैंसर रोधी दवा उम्मीदवार अणुओं के कॉन्फ़िगरेशन ऊर्जा अंतर को पिकोकैम सटीकता के साथ गणना की जाती है।

3. एआई एक्सेलेरेटर
   गणितीय अनुकूलन (QAOA) और रैखिक बीजगणित (HHL एल्गोरिदम) के लिए जीपीयू की तुलना में 100 गुना अधिक ऊर्जा कुशलता का अनुमान लगाया गया है। यह डेटा सेंटर के डीकार्बोनाइजेशन से सीधे संबंधित है।wsj.com

6. एसएनएस पर "क्वांटम ग्लास क्रांति"

"The QLASS project just secured €6 M from the EC to push photonic quantum chips made of glass. Europe is finally playing to its strengths! 🌍💡" ― The Quantum Insider@QuantumDaily (X)twitter.com

"Politecnico di Milano coordinates #QLASS to harness photon quantum properties. Proud to be part of this journey!" ― Politecnico di Milano 公式 (X)twitter.com

"Sviluppare un pc quantistico che funziona a temperatura ambiente: obiettivo QLASS."（室温動作の量子 PC を作る、それが QLASS の目標） ― ANSA Scienza&Tecnica (X)twitter.com

"NATO-backed Ephos raises $8.5 M to build world’s first glass-based quantum photonic fab. The race just got brighter!" ― Quantum Insider@QuantumDaily (X)twitter.com

एसएनएस पर "#PhotonicChips", "#ClimateTech", "#DeepTechEU" जैसे हैशटैग के साथ चर्चा सक्रिय हो रही है। विशेष रूप से डीकार्बोनाइजेशन पर ध्यान केंद्रित करने वाले युवा पीढ़ी से "रेफ्रिजरेटर रहित होना अद्भुत है" और "क्वांटम = इको का युग आ गया है" जैसे सकारात्मक विचार आ रहे हैं, जबकि "क्या कांच नाजुक नहीं है?" जैसी चिंताएं भी उठ रही हैं।

7. चुनौतियाँ: स्केलिंग और मानकीकरण

सबसे बड़ी बाधा है "सिंगल फोटॉन स्रोत और डिटेक्टर का बड़े पैमाने पर उत्पादन"। SNSPD को अभी भी क्रायोजेनिक पर्यावरण की आवश्यकता होती है, इसलिए कमरे के तापमान पर SNSPD का विकास एक तात्कालिक आवश्यकता है। इसके अलावा, क्वांटम अनुप्रयोगों के लिए एल्गोरिदम स्तर और हार्डवेयर स्तर का घनिष्ठ संयोजन आवश्यक है, और यदि सॉफ़्टवेयर API का मानकीकरण धीमा होता है, तो पारिस्थितिकी तंत्र विभाजित हो सकता है। ईयू ने 2030 तक क्वांटम चिप्स के 20% को क्षेत्रीय रूप से प्राप्त करने का लक्ष्य रखा है, लेकिन इसे प्राप्त करने के लिए ओपन-सोर्स + पेटेंट पूल दोनों आवश्यक हैं।phys.org

8. भविष्य की दृष्टि: फोटोनिक × ग्रीन × यूरोपीय नेतृत्व

ईयू चिप्स एक्ट ने क्वांटम क्षेत्र को भी अपने दायरे में लिया है, जिससे फोटोनिक क्वांटम "डीकार्बोनाइजेशन" और "आपूर्ति श्रृंखला आत्मनिर्भरता" जैसे दो भू-राजनीतिक एजेंडा को एक साथ पूरा करने का एक प्रमुख साधन बन गया है।

यदि QLASS 2026 में 200 क्यूबिट स्तर के डेमो मशीन को पूरा करता है, तो यूरोप का पहला क्वांटम एक्सेलेरेटेड सुपरकंप्यूटर (EuroHPC JU के तहत) मिलान में स्थापित होने की संभावना है। पूरा होने के 5 साल के भीतर 1,000