HKU ने एक पावर ट्रांजिस्टर को परम शून्य के निकट न्यूरॉन की तरह सोचने के लिए पुनः संयोजित किया

एक डाइल्यूशन रेफ्रिजरेटर के अंदर की कल्पना करें: एक स्टेनलेस स्टील का चेंबर जो 10 मिलीकेल्विन तक ठंडा है — आकाशगंगाओं के बीच के खालीपन से भी ज़्यादा ठंडा — और जो क्यूबिट्स को सुसंगत (coherent) बनाए रखने के नाज़ुक काम में लगा हुआ है। उस वातावरण में हर घटक को कमरे के तापमान से बिल्कुल अलग भौतिक नियमों का पालन करना पड़ता है। क्लासिकल चिप्स उन तापमानों पर बेकार हो जाती हैं। कंट्रोल इलेक्ट्रॉनिक्स को बाहर से केबल बंडलों के ज़रिए अंदर भेजा जाता है, जो थर्मल स्ट्रॉ की तरह काम करते हैं और धीरे-धीरे उस ठंडे वातावरण को ख़राब करते हैं जिसकी वे सेवा करने के लिए बने हैं। यह केबल समस्या, चुपचाप, क्वांटम कंप्यूटिंग की सबसे कठिन स्केलिंग बाधाओं में से एक है। क्या हो अगर आप कंट्रोलर का दिमाग़ सीधे फ्रीज़र के अंदर ही रख सकें?

वह ट्रांज़िस्टर जो यह काम करने के लिए बना ही नहीं था

हॉन्ग कॉन्ग विश्वविद्यालय (HKU) के इलेक्ट्रिकल और कंप्यूटर इंजीनियरिंग विभाग के शोधकर्ताओं ने, Centre for Advanced Semiconductors and Integrated Circuits (CASIC) के साथ मिलकर, 12 जून 2026 को Nature Communications में एक परिणाम प्रकाशित किया, जो इस सवाल को एक काम करने वाले प्रदर्शन में बदल देता है। Quantum Computing Report के अनुसार, प्रोफेसर Yuhao Zhang और पीएचडी छात्र Xin Yang के नेतृत्व में इस टीम ने एक प्रोग्रामेबल न्यूरोमॉर्फिक हार्डवेयर प्लेटफ़ॉर्म तैयार किया जो 10 मिलीकेल्विन जितने कम तापमान पर काम कर सकता है। उस वाक्य में छुपी अहम बात यह है कि उन्होंने क्या उपयोग किया: कोई विशेष क्रायोजेनिक उपकरण नहीं, कोई विदेशी सामग्री प्रणाली नहीं, बल्कि एक उद्योग-मानक सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) पावर ट्रांज़िस्टर।

SiC ट्रांज़िस्टर बेहद उपयोगी उपकरण हैं। वे EV इन्वर्टर और औद्योगिक बिजली आपूर्ति में काम करते हैं। किसी ने उन्हें क्वांटम कंप्यूटर के अंदर न्यूरॉन जैसे स्पाइक्स उत्पन्न करने के लिए नहीं बनाया था। University of Hong Kong की ओर से ScienceDaily की रिपोर्ट के अनुसार, इसका रहस्य यह है कि टीम ने SiC डिवाइस के आंतरिक परमाणु गुणों का एक बिल्कुल नए तरीके से उपयोग किया। परिणाम एक ऐसा एकल उपकरण है जो एक ऊर्जा-कुशल न्यूरॉन की तरह व्यवहार करता है — ऐसे विद्युत स्पाइक्स उत्पन्न करता है जो संरचनात्मक रूप से उन एक्शन पोटेंशियल के समान हैं जिनका उपयोग आपका मस्तिष्क सूचना प्रसारित करने के लिए करता है।

वह भौतिकी जिसे किसी ने मंच पर नहीं समझाया

यह न्यूरोमॉर्फिक कंप्यूटिंग है: एक डिज़ाइन दर्शन जो गणना को पारंपरिक प्रोसेसर के बाइनरी क्लॉक-संचालित लॉजिक की बजाय जैविक न्यूरल फायरिंग पर आधारित करता है। यहाँ जो पेच है — और जो सब कुछ बदल देता है — वह यह है कि साहित्य में लगभग हर न्यूरोमॉर्फिक डिज़ाइन कमरे के तापमान के लिए बनाया गया है। जैविक न्यूरॉन्स 10 mK पर काम नहीं करते। पारंपरिक धारणा यह थी कि स्पाइक उत्पन्न करने वाली भौतिकी इतनी ठंड में टिक ही नहीं पाएगी।

HKU टीम ने जो पाया — और जिसे Yahoo Tech की शोध रिपोर्टिंग भी पुष्ट करती है — वह यह है कि जब आप सिलिकॉन कार्बाइड का तापमान परम शून्य की ओर ले जाते हैं, तो उसके भौतिक गुण कुछ दिलचस्प करते हैं: वे एक घटना को सक्षम करते हैं जिसे नेगेटिव डिफरेंशियल रेज़िस्टेंस (NDR) कहा जाता है। सरल शब्दों में, NDR का मतलब है कि एक निश्चित वोल्टेज सीमा में, वोल्टेज बढ़ाने से वास्तव में करंट कम हो जाता है। यह एक खराबी जैसा लगता है। सही सर्किट कॉन्फ़िगरेशन में, यही वह तंत्र है जो डिवाइस को अवस्थाओं के बीच स्विच करने देता है — ठीक उसी तरह जैसे एक न्यूरॉन फायर होता है और रीसेट होता है।

HKU टीम ने उस भौतिकी से लड़ाई नहीं की। उन्होंने उसके इर्द-गिर्द डिज़ाइन किया, SiC ट्रांज़िस्टर के आंतरिक व्यवहार को ही स्पाइक-जनरेशन इंजन के रूप में उपयोग करते हुए। यही असली कमाल है। एक उपकरण, एक सामग्री, एक ठंडा वातावरण — और न्यूरॉन जैसा व्यवहार भौतिकी से अपने आप उभरता है, न कि उस पर थोपा जाता है।

क्वांटम कंप्यूटिंग की केबल समस्या क्यों है

यह क्यों मायने रखता है, यह समझने के लिए आपको यह समझना होगा कि अभी एक क्वांटम कंप्यूटर चलाने में क्या लागत आती है। क्वांटम प्रोसेसर मिलीकेल्विन तापमान पर काम करते हैं क्योंकि यही एकमात्र तरीका है कि क्यूबिट्स इतने लंबे समय तक सुसंगत रहें कि उपयोगी गणना हो सके। हालाँकि, कंट्रोल इलेक्ट्रॉनिक्स कमरे के तापमान पर बैठते हैं। हर क्यूबिट को अपनी खुद की कंट्रोल लाइन चाहिए जो गर्म दुनिया से ठंडी दुनिया में जाती है। जैसे-जैसे आप सिस्टम को स्केल करने के लिए अधिक क्यूबिट्स जोड़ते हैं, अधिक केबलें जुड़ती हैं। अधिक केबलों का मतलब है अधिक गर्मी का रिसाव, जिसका मतलब है अधिक रेफ्रिजरेशन की ज़रूरत, जिसका मतलब है हर कदम पर एक कठिन इंजीनियरिंग समस्या।

HKU घोषणा पर HPCwire की रिपोर्टिंग इस संदर्भ में सीधे चिप के महत्व को रेखांकित करती है: क्रायोजेनिक न्यूरोमॉर्फिक हार्डवेयर रेफ्रिजरेटर के अंदर ही स्थानीय डेटा प्रोसेसिंग को सक्षम कर सकता है, जिससे केबल का बोझ कम होगा जो वर्तमान में सीमित करता है कि एक क्वांटम प्रोसेसर वास्तविक रूप से कितना बड़ा हो सकता है।

गहरे अंतरिक्ष का कोण भी उतना ही दिलचस्प है। विश्वविद्यालय की रिलीज़ पर ScienceDaily की रिपोर्टिंग के अनुसार, एक चिप जो परम शून्य के करीब फलती-फूलती है, भविष्य के गहरे अंतरिक्ष मिशनों को भी शक्ति दे सकती है, जहाँ बाहरी सौर मंडल का थर्मल वातावरण एक देनदारी नहीं बल्कि एक संपत्ति है। आप ठंड से लड़ना बंद कर देते हैं और उसे उपयोग में लाने लगते हैं।

इस आर्किटेक्चर से आप क्या सीख सकते हैं

इलेक्ट्रॉनिक्स, सेमीकंडक्टर भौतिकी, या कंप्यूटर आर्किटेक्चर का अध्ययन करने वाले किसी भी व्यक्ति के लिए, HKU परिणाम एक सच में उपयोगी शिक्षण उदाहरण है। यह तीन सिद्धांत प्रदर्शित करता है जिन्हें पाठ्यपुस्तकें अलग-अलग अध्यायों के रूप में पढ़ाती हैं, लेकिन यहाँ वे एक ही उपकरण में मिलकर काम करते हैं।

पहला, सामग्री का चुनाव एक डिज़ाइन निर्णय है: SiC को उसकी पावर-ट्रांज़िस्टर विरासत के बावजूद नहीं, बल्कि इसलिए चुना गया क्योंकि इसकी परमाणु संरचना क्रायोजेनिक तापमान पर ठीक वही असामान्य व्यवहार उत्पन्न करती है जो आवश्यक था।

दूसरा, ऑपरेटिंग रेजीम टोपोलॉजी जितना ही मायने रखता है: कमरे के तापमान पर एक पारंपरिक सर्किट में वही ट्रांज़िस्टर कुछ भी असामान्य नहीं करता; उसे 10 mK पर लाएं और नई भौतिकी उपलब्ध हो जाती है।

तीसरा, न्यूरोमॉर्फिक डिज़ाइन सिर्फ़ सामान्य हार्डवेयर के ऊपर लगाया गया एक सॉफ़्टवेयर अमूर्तन नहीं है। जब स्पाइक जनरेशन ट्रांज़िस्टर की अपनी भौतिकी से उभरता है, तो उपकरण और गणना के बीच की रेखा एक उत्पादक तरीके से धुंधली हो जाती है।

यह शोध Nature Communications में प्रकाशित हुआ, जैसा कि Quantum Computing Report और ScienceDaily दोनों ने पुष्टि की है, और टीम का संस्थागत घर CASIC के सहयोग से HKU का इलेक्ट्रिकल और कंप्यूटर इंजीनियरिंग विभाग है। यह तथ्य कि इसमें शामिल SiC ट्रांज़िस्टर उद्योग-मानक घटक हैं — जो पहले से मौजूद उत्पादन लाइनों पर निर्मित होते हैं — एक फुटनोट नहीं है। यही वह तर्क है जिसकी वजह से यह अंततः एक प्रयोगशाला परिणाम से आगे बढ़कर कुछ ऐसा बन सकता है जिसे एक क्वांटम हार्डवेयर कंपनी वास्तव में बनाना चाहेगी।

उस अनुवर्ती कार्य पर नज़र रखें जो यह पूछता है कि इन SiC न्यूरॉन्स में से कितने को आप एक कार्यात्मक नेटवर्क में जोड़ सकते हैं इससे पहले कि क्रायोजेनिक ओवरहेड वापस काटने लगे। यही अगली इंजीनियरिंग समस्या है, और यह एक अच्छी समस्या है।