Quantum computer की तस्वीर अक्सर किसी बेहद असामान्य मशीन जैसी दिखाई देती है—अत्यंत ठंडा वातावरण, जटिल wiring और ऐसे components जिन्हें सामान्य laptop से जोड़ना मुश्किल लगता है। लेकिन quantum computing की एक दिशा ऐसी है जो इस कहानी को कुछ हद तक बदलना चाहती है। इसका आधार वही silicon semiconductor technology है जिसने आज के computers और smartphones को संभव बनाया।
इसे silicon quantum computing कहा जा सकता है। इसका विचार यह है कि silicon में बहुत छोटे quantum devices बनाए जाएं, उनमें electron के spin या दूसरे quantum states को qubit की तरह इस्तेमाल किया जाए और उन्हें semiconductor manufacturing techniques के साथ बड़े पैमाने पर नियंत्रित किया जाए।
जुलाई 2026 में Nature में प्रकाशित दो अलग-अलग studies ने इस दिशा की कुछ महत्वपूर्ण engineering समस्याओं पर काम दिखाया। एक team ने cryogenic CMOS controller के साथ silicon quantum processing unit बनाया, जबकि दूसरी ने एक mobile spin qubit को silicon chip के भीतर अलग-अलग locations तक ले जाकर long-range interactions और error-correction के लिए जरूरी parity checks प्रदर्शित किए।
Silicon Quantum Chip क्या होती है?
साधारण computer chip में information को bits में रखा जाता है। Bit की value 0 या 1 हो सकती है। Quantum computer में information की basic unit qubit होती है, जो quantum mechanics के कारण 0 और 1 से जुड़े states का superposition रख सकती है।
Silicon quantum chip में silicon के microscopic structures, जैसे quantum dots, का इस्तेमाल करके electron को नियंत्रित किया जा सकता है। कुछ architectures में electron के spin को qubit की information के रूप में इस्तेमाल किया जाता है। Electron को एक बेहद छोटे quantum system की तरह सोच सकते हैं, जिसकी quantum state को electrical signals से manipulate और measure करने की कोशिश की जाती है।
यहां silicon का फायदा केवल यह नहीं है कि वह quantum behavior दिखा सकता है। असली आकर्षण यह है कि silicon semiconductor manufacturing की दुनिया में पहले से बेहद विकसित material है। Silicon-based quantum dots को CMOS technology के साथ compatible बनाने की दिशा में लंबे समय से research हो रही है।
यह सामान्य computer chip से कैसे अलग है?
ऊपर से देखने पर दोनों में silicon chip और electronic control दिखाई दे सकते हैं, लेकिन computation का तरीका बिल्कुल अलग है।
CPU में transistor voltage levels को बदलकर classical bits और logic operations संभालते हैं। Silicon quantum processor में microscopic electron systems की quantum states को नियंत्रित किया जाता है। यहां समस्या यह है कि quantum state बेहद नाजुक होती है। बाहरी noise, temperature और unwanted interactions calculation में error पैदा कर सकते हैं।
इसलिए quantum chip के आसपास केवल qubits होना पर्याप्त नहीं है। उसे control electronics, measurement systems और error-correction techniques की भी जरूरत होती है। असल engineering challenge यहीं से शुरू होता है।
Silicon में Qubit कैसे बनाया जाता है?
एक approach में silicon में nanoscale structures बनाकर ऐसा potential well तैयार किया जाता है जिसमें electron को सीमित किया जा सके। इसे quantum dot की तरह समझ सकते हैं। Gate electrodes electrical signals के जरिए इस छोटे region में electrons की स्थिति और interaction को प्रभावित कर सकते हैं।
अगर electron का spin qubit के रूप में इस्तेमाल किया जा रहा है, तो electrical या microwave control signals उसकी quantum state को बदल सकते हैं। अलग-अलग qubits को interact कराकर quantum gates बनाए जा सकते हैं। यही gates quantum algorithm के operations का आधार बनते हैं।
लेकिन एक quantum processor में केवल एक-दो qubits का काम नहीं चलेगा। उपयोगी quantum computing के लिए बहुत सारे qubits को एक साथ control करना पड़ेगा। और यहीं conventional semiconductor engineering का महत्व बढ़ जाता है।
सबसे बड़ी समस्या: हजारों qubits को control कौन करेगा?
मान लीजिए एक future quantum processor में हजारों या लाखों physical qubits हैं। हर qubit तक अलग control line पहुंचाने की कोशिश की जाए तो wiring तेजी से जटिल हो जाएगी। इसके अलावा control electronics खुद heat पैदा करते हैं, जबकि कई quantum systems को अत्यंत कम temperature पर चलाना पड़ता है।
इस समस्या का एक समाधान cryogenic CMOS control हो सकता है। इसमें कुछ control electronics को quantum processor के बहुत करीब, cryogenic temperature पर operate कराया जाता है। इसका उद्देश्य wiring को कम करना और control system को अधिक scalable बनाना है।
जुलाई 2026 की Nature study में researchers ने एक custom-designed cryogenic CMOS controller, high-density superconducting ribbon cable और silicon exchange-only qubit device को एक system में integrate किया। उनके quantum chip में 54 exchange-coupled quantum dots की 3-rail array थी, जिसे अधिकतम 18 exchange-only qubits host करने के लिए configure किया जा सकता था।
Cryogenic CMOS आखिर क्यों जरूरी हो सकता है?
Quantum processor को एक ऐसे कमरे की तरह समझिए जहां बहुत संवेदनशील mechanical instruments रखे हैं। अगर बाहर से आने वाली हर control wire heat और noise लेकर अंदर पहुंचती रहे, तो system को scale करना कठिन होगा।
Cryogenic electronics का विचार यह है कि control का कुछ हिस्सा processor के पास ही कर दिया जाए। इससे बाहर से आने-जाने वाली connections की जरूरत कम हो सकती है। हालांकि इसका मतलब यह नहीं कि पूरा conventional computer cold environment में रख दिया जाता है। Quantum processor और control electronics की operating requirements अलग-अलग हो सकती हैं।
2026 की Nature study में cryogenic CMOS controller ने समय के साथ बदलने वाले control signals generate किए और उन्हें superconducting ribbon cable के माध्यम से low-noise qubit device तक पहुंचाया। Researchers ने single-qubit और entangling operations के साथ quantum error-correction demonstrations भी किए।
दूसरी बड़ी समस्या: Qubits को दूर-दूर तक कैसे जोड़ा जाए?
Quantum computer में हर qubit को हर दूसरे qubit से सीधे जोड़ना व्यावहारिक नहीं हो सकता। अगर chip पर qubits एक grid में रखे हैं, तो सामान्य स्थिति में पास-पास वाले qubits के बीच interaction आसान होता है, लेकिन दूर बैठे qubits के बीच connection कठिन हो सकता है।
यहीं spin shuttling का विचार आता है। इसमें qubit को हमेशा एक जगह स्थिर रखने के बजाय उसे chip के भीतर एक controlled path पर move किया जा सकता है। इसे एक छोटे electronic “conveyor belt” जैसा समझें, जो quantum information को एक location से दूसरी location तक पहुंचाता है।
Nature में प्रकाशित दूसरी 2026 study में researchers ने silicon spin-qubit device में ऐसा shuttling bus दिखाया, जो qubit को चार अलग-अलग locations तक ले जा सकता था। इन locations को उन्होंने “bus stops” कहा। इस architecture से पांच-qubit processor जैसी effective connectivity बनाकर weight-four parity checks प्रदर्शित किए गए।
Parity Check क्या होता है और इतना महत्वपूर्ण क्यों है?
Quantum computing में errors को पूरी तरह रोकना मुश्किल है। इसलिए practical quantum computer को errors पहचानने और उन्हें correct करने की व्यवस्था चाहिए। इसके लिए कई physical qubits को मिलाकर logical qubit बनाया जाता है।
Parity check एक ऐसा measurement है जो individual quantum information को सीधे पढ़े बिना कुछ qubits के बीच संबंध के बारे में जानकारी दे सकता है। यही information quantum error correction में उपयोगी होती है।
इसलिए silicon chip पर higher-weight parity checks का demonstration केवल “एक qubit को दूसरी जगह ले जाना” नहीं है। यह दिखाता है कि mobile qubits को future error-correction architectures में connectivity बढ़ाने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है।
Silicon Quantum Computing में Error Correction क्यों जरूरी है?
Classical computer में transistor की state को इस तरह design किया जाता है कि छोटी physical disturbances आम तौर पर information को तुरंत नष्ट नहीं करतीं। Quantum information के साथ स्थिति ज्यादा कठिन है। Quantum states environment के साथ unwanted interaction से disturb हो सकती हैं।
इसका समाधान केवल बेहतर material बनाना नहीं है। Quantum computer को ऐसे codes और operations की जरूरत होगी जो errors को detect और correct कर सकें। इसी वजह से physical qubits की संख्या और useful logical qubits की संख्या के बीच बड़ा अंतर हो सकता है।
Nature में प्रकाशित cryogenic silicon processor study में researchers ने distance-5 repetition code और distance-2 quantum error-detecting code को भी validate किया। यह पूर्ण fault-tolerant quantum computer नहीं है, लेकिन error-correction architecture की दिशा में एक महत्वपूर्ण engineering demonstration है।
Silicon Quantum Chip का सबसे बड़ा फायदा क्या है?
सबसे बड़ा आकर्षण semiconductor manufacturing ecosystem है। दुनिया silicon chips बनाने के लिए दशकों से fabrication, lithography, packaging, control electronics और testing technologies विकसित कर रही है। अगर quantum processors का एक हिस्सा इन्हीं manufacturing principles के साथ बनाया जा सके, तो future scaling के लिए existing industrial knowledge का फायदा मिल सकता है।
Silicon spin qubits को इस कारण practical quantum computing के उम्मीदवारों में गिना जाता है। लेकिन “silicon इस्तेमाल हो रहा है” का अर्थ यह नहीं कि आज की semiconductor factories में जाकर quantum processor को smartphone chip की तरह सीधे mass-produce किया जा सकता है। Quantum devices को बेहद precise fabrication, low-noise environments और specialised control की जरूरत होती है।
क्या Silicon Quantum Computer आज तैयार है?
नहीं। इसे developing technology कहना अधिक सही है। 2026 के experiments ने कई महत्वपूर्ण building blocks demonstrate किए हैं, लेकिन एक large-scale, fault-tolerant और commercially useful quantum computer अभी हासिल नहीं हुआ है।
Nature की जुलाई 2026 commentary ने भी इस development को मुख्यतः engineering challenge के संदर्भ में देखा—सिर्फ qubit physics नहीं, बल्कि connectivity, control और scaling भी practical quantum computer के लिए निर्णायक हैं।
इसलिए आज की स्थिति को तीन स्तरों में समझना बेहतर है:
- मौजूदा: silicon spin qubits, quantum dots और छोटे quantum processors पर वास्तविक experiments हो रहे हैं।
- विकसित हो रही technology: cryogenic CMOS control, mobile qubits और quantum error-correction architectures को scale करने की कोशिश जारी है।
- भविष्य की संभावना: बड़े fault-tolerant quantum computers जो वास्तविक industrial problems में classical machines से उपयोगी advantage दें।
भारत के लिए इसका क्या मतलब है?
भारत ने भी quantum technology को strategic research area के रूप में लिया है। सरकार के अनुसार National Quantum Mission को 2023 में ₹6,003.65 करोड़ के outlay के साथ मंजूरी मिली थी। इसके चार प्रमुख क्षेत्र Quantum Computing, Quantum Communication, Quantum Sensing and Metrology तथा Quantum Materials and Devices हैं।
इसका अर्थ यह है कि भारत में quantum ecosystem केवल software या theoretical research तक सीमित नहीं है। Quantum materials, devices, fabrication और control electronics जैसे areas भी लंबे समय में महत्वपूर्ण हो सकते हैं। Silicon-based quantum computing खास तौर पर semiconductor ecosystem से जुड़ने के कारण भारतीय chip-design और advanced device research के लिए एक दिलचस्प research direction है।
इस technology की सीमाएं अभी क्या हैं?
पहली समस्या scale है। 18 physical qubits वाला processor और हजारों या लाखों qubits वाला fault-tolerant quantum computer पूरी तरह अलग engineering challenges हैं।
दूसरी समस्या noise और fidelity है। Quantum operations को बहुत सटीक होना पड़ता है। एक छोटे processor पर अच्छी performance दिखाना और बड़े system में वही performance बनाए रखना आसान नहीं है।
तीसरी समस्या wiring और heat है। अधिक qubits के साथ control signals और readout connections की संख्या बढ़ती है। Cryogenic electronics इस problem को कम करने में मदद कर सकती है, लेकिन उसे भी low-temperature environment में reliable तरीके से operate करना होगा।
चौथी समस्या manufacturing variability है। Conventional chips में भी nanoscale manufacturing variations होती हैं। Quantum devices में छोटी variations भी qubit performance को प्रभावित कर सकती हैं। इसलिए fabrication consistency बहुत महत्वपूर्ण होगी।
क्या भविष्य में Quantum Computer भी Semiconductor Industry जैसा बन सकता है?
यह अभी खुला सवाल है। अगर silicon quantum processors में qubit fabrication, control, connectivity और error correction को पर्याप्त स्तर तक scale किया जा सका, तो semiconductor manufacturing की existing infrastructure future quantum industry के लिए उपयोगी आधार बन सकती है।
लेकिन conventional semiconductor और quantum computing के economics अलग हैं। Smartphone chip को हजारों-करोड़ों units में समान तरीके से बनाना होता है, जबकि quantum processor को अत्यंत specialised environment, control और error-correction system की आवश्यकता हो सकती है। इसलिए यह कहना अभी जल्दबाजी होगी कि quantum chips बिल्कुल उसी तरह mass-market semiconductor products बन जाएंगे।
अगले कुछ वर्षों में क्या देखना महत्वपूर्ण होगा?
Silicon quantum computing की सफलता को केवल qubit count से मापना सही नहीं होगा। ज्यादा महत्वपूर्ण संकेत होंगे—logical qubits की गुणवत्ता, error-correction overhead, control electronics की scalability, qubit connectivity और वास्तविक algorithms पर useful performance।
अगर researchers छोटे processors से आगे बढ़कर बड़ी संख्या में reliable qubits को कम wiring और manageable cooling requirements के साथ नियंत्रित कर पाए, तो silicon approach की practical value काफी बढ़ सकती है।
यही वजह है कि 2026 के नए demonstrations को केवल “एक और quantum chip” के रूप में देखना कम होगा। इनमें quantum computing की एक पुरानी समस्या का engineering समाधान दिखाई देता है: qubits बढ़ाने के साथ उन्हें control और connect कैसे किया जाए।
निष्कर्ष
Silicon Quantum Chip का आकर्षण quantum mechanics और semiconductor engineering के बीच बने पुल में है। एक तरफ electron spin जैसी quantum property है, दूसरी तरफ silicon fabrication और CMOS electronics जैसी mature technology। दोनों को साथ लाने का लक्ष्य ऐसा quantum processor बनाना है जिसे भविष्य में बड़े scale पर नियंत्रित किया जा सके।
2026 में सामने आए silicon-based demonstrations ने दिखाया है कि cryogenic control electronics, exchange-only qubits और mobile spin qubits जैसी techniques अब केवल theoretical ideas नहीं रह गई हैं। फिर भी practical fault-tolerant quantum computer तक पहुंचने के लिए बहुत बड़ा engineering gap बाकी है।
अगर यह gap कम होता है, तो आने वाले quantum computers की कहानी केवल नए physics experiments की नहीं होगी। यह semiconductor engineering की भी कहानी होगी—जहां silicon की वही दुनिया, जिसने classical computing को छोटा और तेज बनाया, quantum computing को भी scalable बनाने की कोशिश करेगी।
FAQ
Silicon Quantum Chip क्या होती है?
यह quantum processor का ऐसा approach है जिसमें silicon-based nanoscale devices, जैसे quantum dots और spin qubits, का इस्तेमाल quantum information process करने के लिए किया जाता है।
क्या Silicon Quantum Chip सामान्य CPU की तरह काम करती है?
नहीं। CPU classical bits और logic gates पर आधारित होता है, जबकि silicon quantum processor quantum states और qubits को manipulate करता है।
Silicon quantum computing में electron spin का क्या काम है?
कुछ architectures में electron का quantum spin information की qubit state को represent करता है। Electrical या microwave signals से इस state को नियंत्रित और measure किया जा सकता है।
Quantum computer में error correction क्यों जरूरी है?
Quantum states noise और environmental interactions के प्रति संवेदनशील होती हैं। Error-correction techniques कई physical qubits की information को मिलाकर अधिक reliable logical quantum information बनाने की कोशिश करती हैं।
क्या Silicon Quantum Computer जल्द laptop में आ जाएगा?
ऐसी कोई verified timeline नहीं है। वर्तमान research का लक्ष्य पहले scalable और fault-tolerant quantum processors बनाना है। Consumer laptop में quantum processor का इस्तेमाल एक भविष्य की संभावना है, वर्तमान product reality नहीं।