ക്വാണ്ടം മേധാവിത്വം : ഒരു അവലോകനം

അരുൺ ദാസ്‌

10000 വർഷം സൂപ്പർ കമ്പ്യൂട്ടറുകൾ പ്രവർത്തിപ്പിച്ചാൽ മാത്രം ഉത്തരം കണ്ടെത്താവുന്ന സങ്കീർണമായ ഗണിത സമസ്യകളെ കേവലം 200 സെക്കൻഡ് കൊണ്ട് പൂർത്തിയാക്കിയ ഗൂഗിളിന്റെ ക്വാണ്ടം മേധാവിത്വത്തെയും (Quantum supremacy) അതിന്റെ വെളിച്ചത്തിൽ ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടിംഗ്  മുന്നോട്ടുവയ്ക്കുന്ന അനന്ത സാധ്യതകളെ കുറിച്ചും അറിയാം.. 

[dropcap]പ[/dropcap]തിനേഴാം നൂറ്റാണ്ടിലെ അവസാനങ്ങളിൽ തന്നെ കമ്പ്യൂട്ടർ എന്ന ആശയം ചുവടുവച്ചു തുടങ്ങിയിരുന്നു. എന്നാൽ ഇന്ന് കാണുന്നതിൽ നിന്നും തീർത്തും വിഭിന്നമായി രാപ്പകൽ  മുറിയിലിരുന്ന് സംഖ്യകൾ കൂട്ടിയും കുറച്ചും ഒരു ടേബിളിൽ രേഖപ്പെടുത്തുന്ന മനുഷ്യരെയാണ് ‘കംപ്യൂട്ടേഴ്സ് ‘ എന്ന് വിളിച്ചിരുന്നത്. അതിനൊരു മാറ്റം കൊണ്ടുവരുന്നത് 1833 നും  1871 നും ഇടയിൽ ബ്രിട്ടീഷ് ഗണിതശാസ്ത്രജ്ഞനായ ചാൾസ് ബാബേജാണ്. തുടർച്ചയായി കൂട്ടാൻ കഴിവുള്ള യന്ത്രങ്ങളെ വികസിപ്പിച്ചെടുത്ത് അദ്ദേഹം ഇന്ന് കാണുന്ന കമ്പ്യൂട്ടറുകളുടെ ആദ്യ മാതൃക തയ്യാറാക്കി. 

പിന്നീട് എങ്ങനെയാണ് കമ്പ്യൂട്ടറുകൾ ഇത്രയേറെ ശക്തിപ്രാപിച്ചത്?..  എങ്ങിനെയാണിവ അസംഖ്യം വരുന്ന പ്രവർത്തനങ്ങൾ നിഷ്പ്രയാസം കൈകാര്യം ചെയ്യുന്നത്..? പരമ്പരാഗത കമ്പ്യൂട്ടറുകളുടെ ഇത്തരം പ്രവർത്തനങ്ങളെ കുറിച്ചുള്ള അടിസ്ഥാന വിവരം കൊണ്ട് മാത്രമേ ക്വാണ്ടം കംപ്യൂട്ടറുകളെ  കുറിച്ച് മനസ്സിലാക്കാൻ സാധിക്കൂ

പരമ്പരാഗത കമ്പ്യൂട്ടറുകളും ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടറുകളും

ക്ലാസിക്കൽ കമ്പ്യൂട്ടറുകൾ അഥവാ പരമ്പരാഗത കമ്പ്യൂട്ടറുകളുടെ പ്രവർത്തനം വളരെ ലളിതമാണ്. ഒന്നാം ക്ലാസ്സുകാരന്റെ  ഗണിതം മാത്രമാണ് ഇത് മനസ്സിലാക്കാൻ ആവശ്യമുള്ളത്. 1 അല്ലെങ്കിൽ 0 മാത്രമാണ് കമ്പ്യൂട്ടറിന് മനസ്സിലാകുന്ന ഭാഷ. ഈ ഭാഷ കൈമാറ്റം ചെയ്യുന്നത് കമ്പ്യൂട്ടറുകളിലെ ട്രാൻസിസ്റ്ററുകൾ ആണ്. ട്രാൻസിസ്റ്ററുകൾ  അടിസ്ഥാനപരമായി സ്വിച്ചുകളാണ്. അത് ഓൺ ആകുമ്പോൾ 1 ഉം ഓഫ് ആകുമ്പോൾ 0 വും കണക്കാക്കുന്നു. ഇത്തരം ട്രാൻസിസ്റ്ററുകളുടെ കൂട്ടങ്ങൾ (logic gates) ആണ് ഗുണിക്കാനും കുറയ്ക്കാനും കൂട്ടാനും മറ്റും കമ്പ്യൂട്ടറുകളിൽ ഉപയോഗിച്ചുപോരുന്നത്. നമ്മൾ കാണുന്ന വീഡിയോകളും ചിത്രങ്ങളും പാട്ടുകളും ഇത്തരം ഒന്നിന്റെയും പൂജ്യത്തിന്റെയും  കൂട്ടങ്ങളാണ്.. !!

പുതിയ തലമുറയിൽപ്പെട്ട കമ്പ്യൂട്ടറുകളിലെ ട്രാൻസിസ്റ്ററുകളുടെ വലിപ്പം തീരെ  ചെറുതാണ് ഏകദേശം 14 നാനോമീറ്റർ. എന്നുവെച്ചാൽ HIV വൈറസിനെക്കാൾ എട്ട് മടങ്ങ് ചെറുത്..! ഇവിടെയാണ് പ്രശ്നങ്ങളുടെ തുടക്കം.. ഇതിലും ചെറിയ തോതിൽ  ട്രാൻസിസ്റ്ററുകൾ ഉണ്ടാക്കുകയാണെങ്കിൽ അതിലെ അടിസ്ഥാന കണികകൾ ശാസ്ത്രം ഇന്നുവരെ പഠിച്ച സിദ്ധാന്തങ്ങൾ ഒന്നും അനുസരിക്കില്ല, എന്നുമാത്രമല്ല അവയുടെ പ്രവർത്തനങ്ങൾ തീർത്തും വിചിത്രമാണ് ഈ പ്രശ്നപരിഹാരത്തിനാണ് ശാസ്ത്രം ക്വാണ്ടം സിദ്ധാന്തം മുന്നോട്ടു വെച്ചത്. കണികകൾ പുലർത്തുന്ന അതിവിചിത്രമായ ഈ സ്വഭാവത്തെ മുതലെടുത്താണ് ക്വാണ്ടം കംപ്യൂട്ടറുകൾ പിറവിയെടുക്കുന്നത്

 ക്വാണ്ടം കംപ്യൂട്ടറുകൾ

സാധാരണ കമ്പ്യൂട്ടറുകളിലെ ഭാഷ ഒന്ന് അല്ലെങ്കിൽ 0 ആണെന്ന് നേരത്തെ പറഞ്ഞുവല്ലോ.. ഇവയിലെ ട്രാൻസിസ്റ്ററുകൾക്ക് ഇതിൽ ഏതെങ്കിലും ഒരു സ്റ്റേറ്റ് മാത്രമേ ഒരു സമയം ഉപയോഗിക്കാൻ സാധിക്കൂ. അതായത് ഒരു സമയം ഓൺ ആവാനോ  ഓഫ് ആവാനോ സാധിക്കുകയുള്ളൂ എന്ന് ചുരുക്കം. എന്നാൽ ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടർ ഇത്തരം ട്രാൻസിസ്റ്ററുകൾ വെച്ചല്ല പ്രവർത്തിക്കുന്നത് എന്നതിനാൽ തന്നെ ഇവയ്ക്ക് ഒരേ സമയം ഒന്നും പൂജ്യവും ആവാൻ സാധിക്കും ഇത്തരം മെമ്മറി ബിറ്റുകളെ ക്വാണ്ടം ബിറ്റ്‌സ്  അഥവാ ക്യുബിറ്റ്സ് എന്ന് വിളിച്ചു പോരുന്നു. പരമ്പരാഗത കമ്പ്യൂട്ടറുകളിൽ നിന്നും വ്യത്യസ്തമായി ഇവയെ പ്രവർത്തിപ്പിക്കാൻ സഹായിക്കുന്നത് ക്വാണ്ടം വിശിഷ്ടസ്ഥിതി (quantum superposition ) ക്വാണ്ടം കെട്ടുപിണയൽ (quantum entanglement ) തുടങ്ങിയ ആശയങ്ങളാണ്.

ലളിതമായി പറഞ്ഞാൽ  രണ്ട് ക്യുബിറ്റ്സ്  നമ്മുടെ കയ്യിൽ ഉണ്ടെന്ന് വയ്ക്കുക ഇവയുടെ സ്ഥിതി 00, 01, 10, 11 ആണ്. സാധാരണ കമ്പ്യൂട്ടറുകൾക്ക് ഇവയിൽ ഏതെങ്കിലും ഒന്ന് മാത്രമേ ഒരു സമയത്ത് ഉപയോഗിക്കാനാവൂ എന്നാൽ ക്വാണ്ടം കംപ്യൂട്ടറുകൾക്ക് ഈ നാല് (2^2) സ്ഥിതികളെയും  ഒരു സമയത്ത് ഉപയോഗിക്കാൻ കഴിയും . ഇത്തരത്തിലുള്ള 300 ക്യുബിറ്റ്സുകൾ വികസിപ്പിച്ചെടുത്താൽ 2^300  സ്‌റ്റേറ്റുകൾ സാധ്യമാണ്.. എന്നുവെച്ചാൽ ഈ പ്രപഞ്ചത്തിലെ സർവ്വ ആറ്റങ്ങളെക്കാൾ കൂടുതൽ!! ഇതാണ് ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടറുകളെ ഇത്രമേൽ ബലശാലികളാക്കി മാറ്റുന്നത്.. 

ക്വാണ്ടം ഗേറ്റുകൾ എന്നറിയപ്പെടുന്ന പ്രത്യേക സർക്യൂട്ടുകളാണ് ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടറുകളുടെ പ്രവർത്തനത്തിന് ഉപയോഗിക്കുന്നത്. നേരത്തെ പറഞ്ഞതുപോലെ ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടറുകൾക്ക് ഏതൊരു സ്ഥിതിയും ഗ്രഹിക്കാൻ പ്രാപ്തി ഉണ്ടെങ്കിലും ക്വാണ്ടം ഗേറ്റുകൾ വഴി അളക്കുമ്പോൾ ഇവയിൽ ഒരു സ്ഥിതി മാത്രമേ ഉത്തരമായി ലഭിക്കൂ.. 

ഒരു ഉദാഹരണം കൂടി നോക്കാം കാശ്മീരിൽ നിന്ന് കന്യാകുമാരി വരെ  സഞ്ചരിക്കാൻ ഏറ്റവും ദൂരം കുറഞ്ഞ വഴി കണ്ടെത്തണമെന്നിരിക്കട്ടെ.. കേൾക്കുമ്പോൾ വളരെ എളുപ്പമെന്ന് തോന്നുമെങ്കിലും അനന്തമായ സാധ്യതകൾ ഉണ്ടിതിന്. ഓരോ വഴിയും ഓരോ ഉത്തരങ്ങളാണ്.. ഇത്തരത്തിലുള്ള പ്രശ്നങ്ങൾ കൈകാര്യം ചെയ്യാൻ  പരമ്പരാഗത കമ്പ്യൂട്ടറുകൾക്ക് വർഷങ്ങൾ പ്രയത്നിക്കേണ്ടി വരും. എന്നാൽ ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടറുകൾക്ക് ഇവയെ നിഷ്പ്രയാസം കൈകാര്യം ചെയ്യാൻ കഴിയും. പക്ഷേ, ക്വാണ്ടം ഗേറ്റ് വഴി ഈ പ്രശ്നത്തെ അളക്കുമ്പോൾ ഏതെങ്കിലും ഒരു വഴി മാത്രമേ നമുക്ക് ഉത്തരമായി ലഭിക്കൂ. ഇത്  ശരിയാണെന്ന് ഉറപ്പുവരുത്താൻ പല തവണ ഇതേ പ്രവർത്തനം ആവർത്തിപ്പിക്കുന്നു. ഇതിന് സഹായകമായ പല കമ്പ്യൂട്ടർ അൽഗോരിതങ്ങളും ഇന്ന് നിലവിലുണ്ട്. 

 ഗൂഗിളിന്റെ പങ്ക്

 2019 ലും ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടിങ് അതിന്റെ ശൈശവാവസ്ഥയിൽ തന്നെയാണ്.  എന്നാൽപോലും IBM, Google, Honeywell, NASA, MIT തുടങ്ങിയവർ ക്വാണ്ടം കംപ്യൂട്ടിങ്ങിന്‌ നൽകിയ  പങ്ക് എടുത്തു പറയേണ്ടതാണ്. 

ഇക്കഴിഞ്ഞ സെപ്റ്റംബറിൽ 53 ക്വിബിറ്റ്സ്  ഉപയോഗിച്ച് ഗൂഗിൾ പരീക്ഷിച്ച ക്വാണ്ടം മേധാവിത്വം ശാസ്ത്രലോകം ആവേശത്തോടെയാണ് നോക്കിക്കണ്ടത്. സാധാരണ കമ്പ്യൂട്ടറുകൾ പതിനായിരം വർഷമെടുത്തു ചെയ്തുതീർക്കുന്ന ഒരു പ്രശ്നം കേവലം 200 സെക്കൻഡ് കൊണ്ട് പരിഹരിച്ചായിരുന്നു ഗൂഗിൾ അവരുടെ ക്വാണ്ടം മേധാവിത്വം അവതരിപ്പിച്ചത്. ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടിംഗിൽ, ക്ലാസിക്കൽ കമ്പ്യൂട്ടറുകൾക്ക് പ്രായോഗികമായി പരിഹരിക്കാൻ കഴിയാത്ത ഒരു പ്രശ്നത്തെ ക്വാണ്ടം കംപ്യൂട്ടറുകൾ ഉപയോഗിച്ച് പരിഹരിക്കുന്നതിന് ആണ് ക്വാണ്ടം മേധാവിത്വം (Quantum supremacy)എന്ന്  വിളിച്ചു പോരുന്നത്. ഈ ഒക്ടോബറിൽ ഐബിഎം അവരുടെ ഏറ്റവും വലിയ ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടർ പ്രദർശിപ്പിച്ചതും ഈ മേഖലയിൽ നടക്കുന്ന വലിയതോതിലുള്ള വളർച്ചയെ സൂചിപ്പിക്കുന്നു.

ക്വാണ്ടം കംമ്പ്യൂട്ടറുകളുടെ വെല്ലുവിളികൾ

നമ്മുടെ സ്വീകരണ മുറികളിലേക്ക് ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടറിനെ പറിച്ചുനടുക എന്നത് ഏറെ ദുസ്സഹമാണ്. സാധാരണ രീതിയിലല്ല  ഇവ പ്രവർത്തിക്കുന്നത് എന്നതുകൊണ്ടുതന്നെ, റേഡിയേഷൻ വിമുക്തമായ അന്തരീക്ഷം,  – 273.1 5 ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസിന് ചേർന്ന് നിൽക്കുന്ന താപനില (absolute zero) തുടങ്ങിയ  വളരെ വലിയൊരു സജ്ജീകരണം അനിവാര്യമാണ്. മാത്രമല്ല വളരെ സങ്കീർണമായ ഗണിത സമസ്യകളെ അഭിമുഖീകരിക്കാനാണ് ഇവയെ തയ്യാറാക്കിയിട്ടുള്ളത് എന്നതുകൊണ്ടും നമ്മളുടെ നിത്യജീവിതവുമായി ഇഴുകിച്ചേരാൻ ഇവയ്ക്ക് തൽക്കാലം നിവർത്തിയില്ല. 

സാധ്യതകൾ

ക്വാണ്ടം കംപ്യൂട്ടറുകൾ മുന്നോട്ടുവയ്ക്കുന്ന സാധ്യതകൾ ഒരിക്കലും പറഞ്ഞവസാനിപ്പിക്കാൻ കഴിയുന്നതല്ല. പ്രപഞ്ചത്തിന്റെ സമസ്തമേഖലകളിലും ഇവയ്ക്ക് സ്വാധീനം ചെലുത്താൻ കഴിയും വളരെ സങ്കീർണമായ പ്രപഞ്ച രഹസ്യങ്ങളുടെ ചുരുളഴിക്കാനും കാലാവസ്ഥാ വ്യതിയാനങ്ങളെ കുറിച്ച് ആധികാരികമായി പഠിക്കാനും പരിഹാരം കണ്ടെത്താനും, നിർമ്മിത ബുദ്ധി, ക്രിപ്റ്റോ കറൻസി, ബാങ്കിംഗ് സുരക്ഷ, തലച്ചോറിന്റെ പ്രവർത്തനം മനസ്സിലാക്കൽ, രാസപ്രവർത്തനങ്ങളുടെ സ്റ്റിമുലേഷൻ, പുതിയ മരുന്നുകളുടെ കണ്ടുപിടിത്തം തുടങ്ങിയ ഒട്ടേറെ മേഖലകളിൽ വിപ്ളവകരമായ മാറ്റങ്ങൾ കൊണ്ടുവരാൻ ഇവയ്ക്കു സാധിക്കും. രണ്ട് പതിറ്റാണ്ടുകൾക്കപ്പുറത്ത് ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടറുകൾ തീർക്കുന്ന വൈവിധ്യപൂർണമായ ലോകത്തിന്റെ പണിപ്പുരയിലാണ് ഇന്ന് ശാസ്ത്രം എന്ന് പറയാതെ വയ്യ..

Happy

1 33 %

Sad

0 0 %

Excited

2 67 %

Sleepy

0 0 %

Angry

0 0 %

Surprise

0 0 %