Que. Discuss the salient features of the National Quantum Mission. What potential uses does Quantum Technology have in various areas?
(GS-3, Science and Technology, 250 words, 15 marks)
प्रश्न: राष्ट्रीय क्वांटम मिशन (NQM) की प्रमुख विशेषताओं की चर्चा कीजिए। क्वांटम प्रौद्योगिकी के विभिन्न क्षेत्रों में क्या संभावित उपयोग हैं?
(जीएस-3, विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी, 250 शब्द, 15 अंक)
Approach:
- Introduce your answer by providing a context and defining quantum computing.
- In the body, discuss the salient features of NQM and its application in various sectors.
- Conclude your answer by summarising.
Model Answer:
The government approved a National Quantum Mission (NQM) with an allocation of Rs 6000 crores. The mission will mainly work towards strengthening India’s research and development in the quantum arena alongside indigenously building quantum-based computers. Quantum computing is an area of computer science that uses the principles of quantum theory, which explains the behaviour of energy and material on the atomic and subatomic levels. These qubit computers are more powerful to perform the most complex problems in a highly secure manner.
Salient features of National Quantum Mission:
- Quantum communication: The mission will look at the development of satellite-based secure communications between a ground station and a receiver located within 3,000 km during the first three years.
- For satellite-based communication within Indian cities, the mission will lay communication lines using Quantum Key Distribution for over 2,000 km.
- Developing Quantum computers: The mission will focus on developing quantum computers (qubit) with physical qubit capacities ranging between 50 and 1,000 qubits developed over the next eight years.
- Setting up of Thematic hubs: Four Thematic Hubs (T-Hubs) will be set up in top academic and National R&D institutes in the domains: Quantum Computing, Quantum Communication, Quantum Sensing & Metrology and Quantum Materials & Devices.
- Development of magnetometers: The mission will help develop magnetometers with high sensitivity in atomic systems and atomic clocks for precision timing, communications and navigation.
- Developing other quantum materials: It will also support the design and synthesis of quantum materials, such as superconductors, novel semiconductor structures and topological materials for the fabrication of quantum devices.
- The mission is planned for an eight-year period from 2023 to 2031 and will be implemented by the Department of Science and Technology.
Potential application of Quantum Technologies in various areas:
- Cybersecurity: Quantum technology offers enormous potential for secure and un-hackable communication lines. Using quantum technology, single-photon emitters and detectors can be developed which may aid in averting cyberattacks that damage the country’s critical infrastructure.
- Communication and cryptography: The most intriguing use of quantum cryptography is in securing information routes against eavesdropping. For e.g.: quantum key distribution (QKD) is the most well-known and developed application of quantum cryptography.
- Disaster management: Quantum applications could help in better prediction of tsunamis, droughts, earthquakes and floods. Further, quantum sensing is precise quantum hardware that can be used to sense earthquakes and other geological events.
- Health sector: Quantum Machine Learning can be leveraged for drug discovery and chemical simulations. It can also be applied for early, accurate, and efficient diagnosis of diseases and in the field of genome sequencing.
- Energy sector: In the energy industry, quantum computing could prove valuable to reduce costs and risks, run powerful simulations, and help curb emissions.
- Quantum computing and Artificial Intelligence (AI): The vast amounts of data processed by AI systems require enormous computational power. Quantum computers have the potential to provide that power and thus enable AI to reach its full potential.
Therefore, NQM can take the technology development ecosystem in the country to a globally competitive level. The mission would greatly benefit the communication, health, financial and energy sectors. It will also provide a huge boost to National priorities like digital India, make in India, Skill India, Stand-up India, and Sustainable Development Goals (SDG).
दृष्टिकोण:
- एक संदर्भ प्रदान करके और क्वांटम कंप्यूटिंग को परिभाषित करते हुए अपने उत्तर का परिचय दें।
- मुख्य भाग में, राष्ट्रीय क्वांटम मिशन (NQM) की मुख्य विशेषताओं और विभिन्न क्षेत्रों में इसके अनुप्रयोग पर चर्चा करें।
- अपने उत्तर का समापन संक्षेप में करें।
मॉडल उत्तर:
सरकार ने 6000 करोड़ रुपये के आवंटन के साथ एक राष्ट्रीय क्वांटम मिशन (NQM) को मंजूरी दी। यह मिशन मुख्य रूप से क्वांटम क्षेत्र में भारत के अनुसंधान और विकास को मजबूत करने की दिशा में काम करेगा और साथ ही स्वदेशी रूप से क्वांटम-आधारित कंप्यूटरों का निर्माण करेगा। क्वांटम कम्प्यूटिंग कंप्यूटर विज्ञान का एक क्षेत्र है, जो क्वांटम सिद्धांत के सिद्धांतों का उपयोग करता है, जो परमाणु और उपपरमाण्विक स्तरों पर ऊर्जा और सामग्री के व्यवहार की व्याख्या करता है। अत्यधिक सुरक्षित तरीके से सबसे जटिल समस्याओं को निष्पादित करने के लिए ये क्यूबिट (Qubit) कंप्यूटर अधिक शक्तिशाली हैं।
राष्ट्रीय क्वांटम मिशन (NQM) की मुख्य विशेषताएं:
- क्वांटम कम्युनिकेशन: मिशन पहले तीन वर्षों के दौरान 3,000 किमी के भीतर स्थित एक ग्राउंड स्टेशन और एक रिसीवर के बीच उपग्रह-आधारित सुरक्षित कम्युनिकेशन के विकास पर ध्यान देगा।
- भारतीय शहरों के भीतर उपग्रह-आधारित कम्युनिकेशन के लिए, मिशन 2,000 किमी से अधिक के लिए क्वांटम कुंजी वितरण का उपयोग करके कम्युनिकेशन लाइनें बिछाएगा।
- क्वांटम कंप्यूटर का विकास: मिशन अगले आठ वर्षों में विकसित 50 और 1,000 क्यूबिट के बीच की भौतिक क्यूबिट क्षमता वाले क्वांटम कंप्यूटर (Qubit) विकसित करने पर ध्यान केंद्रित करेगा।
- थीमेटिक हब की स्थापना: चार थीमेटिक हब (टी-हब) डोमेन में शीर्ष शैक्षणिक और राष्ट्रीय अनुसंधान एवं विकास संस्थानों में स्थापित किए जाएंगे: क्वांटम कंप्यूटिंग, क्वांटम कम्युनिकेशन, क्वांटम सेंसिंग एंड मेट्रोलॉजी और क्वांटम सामग्री और उपकरण।
- मैग्नेटोमीटर का विकास: यह मिशन सटीक समय, कम्युनिकेशन और नेविगेशन के लिए परमाणु प्रणालियों और परमाणु घड़ियों में उच्च संवेदनशीलता के साथ मैग्नेटोमीटर विकसित करने में मदद करेगा।
- अन्य क्वांटम सामग्री का विकास: यह क्वांटम उपकरणों के निर्माण के लिए सुपरकंडक्टर, नोवल सेमीकंडक्टर संरचनाओं और टोपोलॉजिकल सामग्रियों जैसे क्वांटम मैटेरियल के डिजाइन और संश्लेषण का भी समर्थन करेगा।
- मिशन की योजना 2023 से 2031 तक 8 वर्ष की अवधि के लिए बनाई गई है और इसे विज्ञान और प्रौद्योगिकी विभाग (DST) द्वारा लागू किया जाएगा।
विभिन्न क्षेत्रों में क्वांटम प्रौद्योगिकियों का संभावित अनुप्रयोग:
- साइबर सुरक्षा: क्वांटम तकनीक सुरक्षित और हैक न किए जाने योग्य कम्युनिकेशन लाइनों के लिए अपार संभावना प्रदान करती है। क्वांटम प्रौद्योगिकी का उपयोग करके, सिंगल-फोटॉन उत्सर्जक और डिटेक्टर विकसित किए जा सकते हैं जो देश के महत्वपूर्ण बुनियादी ढांचे को नुकसान पहुंचाने वाले साइबर हमले को रोकने में सहायता कर सकते हैं।
- कम्युनिकेशन और क्रिप्टोग्राफी: क्वांटम क्रिप्टोग्राफी का सबसे दिलचस्प उपयोग छिपकर बातें सुनने (Eavesdropping) के खिलाफ सूचना मार्गों को सुरक्षित करना है। उदाहरण के लिए: क्वांटम कुंजी वितरण (QKD) क्वांटम क्रिप्टोग्राफी का सबसे प्रसिद्ध और विकसित अनुप्रयोग है।
- आपदा प्रबंधन: क्वांटम तकनीक के अनुप्रयोग- सुनामी, सूखे, भूकंप और बाढ़ की बेहतर भविष्यवाणी में मदद कर सकते हैं। इसके अलावा, क्वांटम सेंसिंग सटीक क्वांटम हार्डवेयर है जिसका उपयोग भूकंप और अन्य भूवैज्ञानिक घटनाओं को समझने के लिए किया जा सकता है।
- स्वास्थ्य क्षेत्र: दवा की खोज और रासायनिक सिमुलेशन (Chemical Simulations) के लिए क्वांटम मशीन लर्निंग का उपयोग किया जा सकता है। इसका उपयोग रोगों के शीघ्र, सटीक और कुशल निदान के लिए और जीनोम अनुक्रमण के क्षेत्र में भी किया जा सकता है।
- ऊर्जा क्षेत्र: ऊर्जा उद्योग में, क्वांटम कंप्यूटिंग लागत और जोखिम को कम करने, शक्तिशाली सिमुलेशन चलाने और उत्सर्जन पर अंकुश लगाने में मदद करने के लिए मूल्यवान साबित हो सकती है।
- क्वांटम कंप्यूटिंग और आर्टिफिशियल इंटेलिजेंस (AI): आर्टिफिशियल इंटेलिजेंस प्रणाली द्वारा बड़ी मात्रा में डेटा संसाधित करने के लिए भारी कम्प्यूटेशनल पावर की आवश्यकता होती है। क्वांटम कंप्यूटर में वह शक्ति प्रदान करने की क्षमता होती है और इस प्रकार AI को अपनी पूरी क्षमता तक पहुंचने में सक्षम बनाता है।
इस प्रकार, राष्ट्रीय क्वांटम मिशन (NQM) देश में प्रौद्योगिकी विकास पारिस्थितिकी तंत्र को विश्व स्तर पर प्रतिस्पर्धी स्तर पर ले जा सकता है। इस मिशन से कम्युनिकेशन, स्वास्थ्य, वित्तीय और ऊर्जा क्षेत्रों को काफी लाभ होगा। यह डिजिटल इंडिया, मेक इन इंडिया, स्किल इंडिया, स्टैंड-अप इंडिया और सतत विकास लक्ष्यों (SDG) जैसी राष्ट्रीय प्राथमिकताओं को भी भारी बढ़ावा देगा।
Note:
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2. Write your NAME at the top of the answer sheet. Answer sheets without NAME will not be evaluated, in any case.
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