കാതങ്ങൾ താണ്ടാൻ ക്വാണ്ടം വേഗം

2030നു മുൻപുത‌ന്നെ ക്വാണ്ടം കംപ്യൂട്ടർ പൂർണതോതിൽ യാഥാർഥ്യമാകുമെന്ന പ്രതീക്ഷകൾ കഴിഞ്ഞദിവസങ്ങളിൽ ശക്തമായതോടെ ആകാംക്ഷയിലാണ് ശാസ്ത്രലോകം. ഗൂഗിൾ, ഐബിഎം തുടങ്ങിയ ടെക് വമ്പൻമാർ ഈ ലക്ഷ്യത്തിനു പിന്നാലെയുണ്ട്. സാധാരണ കംപ്യൂട്ടറുകളിൽനിന്ന് ക്വാണ്ടം കംപ്യൂട്ടറുകൾക്ക് എന്താണു വ്യത്യാസം? അവ എന്തു മാറ്റങ്ങളുണ്ടാക്കും?

13,000 രൂപയ്ക്കായി രാത്രി 2 മണിവരെ ഓടി; മുടിവെട്ടി, ചേട്ടന്റെ കാക്കി ഷർട്ടിട്ട് റോഡിലിറങ്ങി: കൊച്ചിയിലെ ‘കൊച്ചുഡ്രൈവർ’

ഇപ്പോഴുള്ള ഏറ്റവും ശക്തമായ സൂപ്പർ കംപ്യൂട്ടറുകൾക്കുപോലും പരിഹരിക്കാൻ ദശലക്ഷക്കണക്കിനു വർഷങ്ങൾ വേണ്ടിവരുന്ന ഒരു പ്രശ്‌നം (പ്രോബ്ലം) സെക്കൻഡുകൾക്കുള്ളിൽ പരിഹരിക്കാവുന്ന സ്ഥിതിയുണ്ടായാലോ? ഒരു സയൻസ് ഫിക്‌ഷൻ സിനിമപോലെ തോന്നാം. എന്നാൽ, അങ്ങനെയൊരു വാഗ്ദാനമാണു ക്വാണ്ടം കംപ്യൂട്ടിങ് നൽകുന്നത്. ഈ പതിറ്റാണ്ട് അവസാനിക്കുന്നതിനു മുൻപു തന്നെ ക്വാണ്ടം കംപ്യൂട്ടിങ് പൂർണാർഥത്തിൽ യാഥാർഥ്യത്തിലേക്കെത്തുമെന്ന പ്രതീക്ഷയാണ് ടെക് മേഖലയിലെ ചില വമ്പൻ കമ്പനികൾക്കുള്ളത്.

ഇന്നുള്ള കംപ്യൂട്ടറുകൾ, ലാപ്ടോപ്പുകൾ, മൊബൈൽ ഫോണുകൾ എന്നിവയിലെല്ലാം ക്ലാസിക്കൽ കംപ്യൂട്ടിങ് എന്ന വിദ്യയാണ് ഉപയോഗിക്കുന്നത്. ബിറ്റുകളാണ് ക്ലാസിക്കൽ കംപ്യൂട്ടിങ്ങിന്റെ അടിസ്ഥാനം. 0,1 എന്നിങ്ങനെയാണു ബിറ്റുകൾ. 0 ഓഫ് ആയ അവസ്ഥയെയും 1 ഓൺ ആയ അവസ്ഥയും സൂചിപ്പിക്കുന്നു. നമ്മൾ ബൾബിടാൻ ഉപയോഗിക്കുന്ന ഓൺ, ഓഫ് സ്വിച്ചുകൾ പോലെ. ഇത്തരം ശതകോടിക്കണക്കിനു ബിറ്റ് സ്വിച്ചുകൾ അടങ്ങിയ ട്രാൻസിസ്റ്ററുകളാണു ക്ലാസിക്കൽ കംപ്യൂട്ടിങ് സാധ്യമാക്കുന്നത്. പല ശ്രേണികളിൽ ഇതു വയ്ക്കുമ്പോൾ ഈ ബിറ്റുകൾ ഡേറ്റ സംഭരിക്കുന്നു. ഉദാഹരണത്തിന്, ക്യാറ്റ് എന്ന വാക്ക് 1,0 എന്നീ സ്വിച്ചുകൾ പ്രത്യേകശ്രേണിയിൽവച്ച് നമുക്കു ശേഖരിച്ചുവയ്ക്കാം.

ഡോ. ജയൻ തോമസ്

ഇന്റർനെറ്റ് ഉപയോഗം, വിഡിയോ കാണൽ, ടൈപ്പിങ് തുടങ്ങി സാധാരണ കംപ്യൂട്ടർ ഉപയോഗങ്ങൾക്കു ക്ലാസിക്കൽ കംപ്യൂട്ടിങ് വളരെ ഫലപ്രദമാണ്. എന്നാൽ, ചുഴലിക്കാറ്റിന്റെ പാത പ്രവചിക്കുന്നതോ കാൻസറിനു മരുന്ന് കണ്ടുപിടിക്കുന്നതോ പോലെയുള്ള വലിയ ദൗത്യങ്ങൾക്കു ക്ലാസിക്കൽ കംപ്യൂട്ടറുകൾ മാസങ്ങളോ വർഷങ്ങളോ എടുക്കാം. ഇതു ചുരുങ്ങിയ സമയത്തിനുള്ളിൽ സാധിച്ചുതരാൻ ക്വാണ്ടം കംപ്യൂട്ടിങ്ങിനു കഴിയും.

ക്വാണ്ടം കംപ്യൂട്ടിങ് എന്ന മാജിക്

അഞ്ചക്ക നമ്പർ ലോക്കുള്ള ഒരു പൂട്ട് തുറക്കുന്ന കാര്യം ആലോചിക്കൂ. നമുക്ക് നമ്പർ കൃത്യമായി അറിയില്ലെങ്കിൽ, 00000 മുതൽ 99999 വരെ പല കോംബിനേഷനുകൾ അതു തുറക്കാൻ പരീക്ഷിക്കേണ്ടിവരും. ക്ലാസിക്കൽ കംപ്യൂട്ടറുകളിൽ ഓരോ തവണയും ഓരോ കോംബിനേഷൻ നൽകി വേണം മുന്നോട്ടുപോകാൻ. ഇതിനു സമയമെടുക്കും. എന്നാൽ, ഓരോ കോംബിനേഷൻ പരീക്ഷിക്കാതെ എല്ലാ കോംബിനേഷനുകളും ഒറ്റയടിക്കു പരീക്ഷിക്കാനായാലോ? ഉടൻ ഫലം കിട്ടും. അതാണു ക്വാണ്ടം കംപ്യൂട്ടിങ്ങിന്റെ രീതി.

സാധാരണ കംപ്യൂട്ടിങ്ങിലെ ബിറ്റുകൾക്കു പകരം ക്യുബിറ്റുകളാണ് ക്വാണ്ടം കംപ്യൂട്ടിങ്ങിന്റെ അടിസ്ഥാനം. അയോണുകൾ, ഇലക്ട്രോൺ, ഫോട്ടോൺ, സൂപ്പർകണ്ടക്ടിങ് സർക്യൂട്ടുകൾ തുടങ്ങിയ ക്വാണ്ടം സംവിധാനങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ചാണു ക്യുബിറ്റുകൾ സൃഷ്ടിക്കുക. ഈ സംവിധാനങ്ങൾ ഉയർന്നതോതിൽ ശീതീകരിച്ച നിലയിലാണ് സൂക്ഷിക്കുക.

ഓൺ അല്ലെങ്കിൽ ഓഫ് ഓപ്ഷനുകളേ ബിറ്റുകൾ നൽകുന്നുള്ളൂ. എന്നാൽ, ക്യുബിറ്റുകൾ പൂജ്യമോ ഒന്നോ ആകാം. അല്ലെങ്കിൽ പൂജ്യത്തിനും ഒന്നിനും ഇടയിലുള്ള അവസ്ഥയിലാകാം. ലൈറ്റ് സ്വിച്ചിൽ ഡിം ചെയ്യാൻ ഓണിനും ഓഫിനും ഇടയിൽ ഒരു അവസ്ഥ ഉള്ളപോലെ. അതുപോലെ, ഒരേസമയം 0,1 എന്നിവയിലേതുമാകാം. ഇതെല്ലാമാണ് ക്വാണ്ടം കംപ്യൂട്ടിങ്ങിനു വർധിതശേഷി നൽകുന്നത്.

ഒരു ഉദാഹരണത്തിലൂടെ ഇതു മനസ്സിലാക്കാം. ഒന്നും പൂജ്യവും പൂജ്യവും (1,0,0) മാത്രമുള്ള ഒരു ഡേറ്റ ക്ലാസിക്കൽ കംപ്യൂട്ടിങ്ങിൽ ഒരു സമയത്ത് ഒരു കോംബിനേഷൻ (ഉദാഹരണം 001) മാത്രമേ പ്രോസസ് ചെയ്യൂ. പക്ഷേ, 1,0,0 എന്നിവ ഉപയോഗിച്ചുള്ള എട്ടു കോംബിനേഷനുകൾ (000, 100, 010, 001, 110, 101, 011,111) ക്വാണ്ടം കംപ്യൂട്ടിങ്ങിൽ ഒരേസമയം പ്രോസസ് ചെയ്യാനാകും.

ക്വാണ്ടം കംപ്യൂട്ടിങ്ങിൽ നാലു പ്രധാനപ്പെട്ട ഘടകങ്ങളുണ്ട്. ഇതിലൊന്ന് സൂപ്പർപൊസിഷനാണ്. നമ്മൾ ഒരു രാവണൻകോട്ടയിൽ അകപ്പെട്ടെന്നു വിചാരിക്കുക. തിരിച്ചിറങ്ങാനുള്ള വഴി കണ്ടുപിടിക്കണം. ഓരോ വഴിയിലൂടെയും നടന്നേ നമുക്ക് അതു കണ്ടെത്താനാകൂ. ക്ലാസിക്കൽ കംപ്യൂട്ടിങ്ങിൽ ചെയ്യുന്നത് അതാണ്. എന്നാൽ, നിങ്ങളും നിങ്ങളുടെ തനിപ്പകർപ്പുകളും ഒരേസമയം അതിലെ എല്ലാ വഴികളിലൂടെയും നടന്നാലോ? പെട്ടെന്നു വഴി കണ്ടെത്തും. ഒരേസമയം പല അവസ്ഥകളിൽ കാണപ്പെടാനുള്ള കഴിവാണ് സൂപ്പർപൊസിഷൻ.

രണ്ടാമത്തെ ഘടകം എൻടാംഗിൾമെന്റാണ്. നമ്മൾ രണ്ടു നാണയങ്ങൾ മുകളിലേക്ക് എറിഞ്ഞെന്നു വിചാരിക്കുക. അതിലൊന്നിൽ ഹെഡ് വീണു. അടുത്തതിലും ഹെഡ് തന്നെയായിരിക്കുമെന്നു തറപ്പിച്ചു പറയാൻ കഴിഞ്ഞാൽ… അതാണ് എൻടാംഗിൾമെന്റ്. ഒരു ക്യുബിറ്റിനെ അളന്നാൽ മറ്റൊന്നിനെക്കുറിച്ച് എളുപ്പത്തിലറിയാൻ കഴിയുന്ന സ്ഥിതി. ക്യുബിറ്റുകൾ തമ്മിൽ പെട്ടെന്നു വിവരങ്ങൾ കൈമാറാൻ ഇതു സഹായിക്കുന്നു.

മൂന്നാമത്തെ ഘടകം ഇന്റർഫെറൻസാണ്. ഒരു കുളത്തിലേക്കു കല്ലെറിഞ്ഞാൽ വൃത്താകൃതിയിൽ ഓളമുണ്ടാകും. രണ്ടു കല്ലുകൾ എറിഞ്ഞാൽ അവ രണ്ടും ഓളങ്ങളുണ്ടാക്കും. ചിലപ്പോൾ അവ കൂടിച്ചേർന്ന് വലിയ ഓളങ്ങളാകും. എന്നാൽ, ചിലപ്പോൾ അവ അന്യോന്യം ഇല്ലാതാക്കും. ക്യുബിറ്റുകൾക്കും ഈ സവിശേഷതയുണ്ട്. ഒരു പ്രശ്നപരിഹാരത്തിലേക്കുള്ള പാത കണ്ടെത്തിയാൽ അതിലൂടെയുള്ള യാത്ര വേഗത്തിലാക്കാനും അങ്ങനെയല്ലാത്ത പാതകൾ നിർജീവമാക്കാനും ഇതുവഴി സാധിക്കും.

നാലാമത്തെ ഘടകം ഡീകോഹറൻസ് ആണ്. മുറിയിൽ വച്ചിരിക്കുന്ന സോപ്പ് കുമിള ചെറുകാറ്റ് അടിച്ചാൽ പോലും തകർന്ന് ചെറുകുമിളകളാകാം. ഡീകോഹറൻസിന്റെ അടിസ്ഥാനവും ഇതാണ്. ക്വാണ്ടം അവസ്ഥയിലുള്ള ക്യുബിറ്റിൽനിന്ന് ക്ലാസിക്കൽ കംപ്യൂട്ടറിലെ ബിറ്റുകളിലേക്കു വിവരങ്ങൾ മാറ്റാൻ ഇതുവഴി സാധിക്കും.

പല മേഖലകളിൽ ഉപയോഗപ്രദം

ഒരാളോടു ചോദ്യം ചോദിക്കുന്നതു ക്ലാസിക്കൽ കംപ്യൂട്ടിങ്ങാണെങ്കിൽ നൂറുപേരോട് അതേ ചോദ്യം ചോദിച്ചശേഷം അവർ നൽകുന്ന ഉത്തരങ്ങളുടെ ശരാശരി കണ്ടെത്തുന്നതാണു ക്വാണ്ടം കംപ്യൂട്ടിങ്. സങ്കീർണ പ്രശ്നങ്ങൾക്കു ക്വാണ്ടം കംപ്യൂട്ടിങ്ങിൽ പരിഹാരമാകും. ക്ലാസിക്കൽ കംപ്യൂട്ടിങ്ങിനെ ഇല്ലാതാക്കുകയല്ല, മറിച്ച് അതിനു പോരായ്മയുള്ള ചില മേഖലകളിൽ ഇടപെടുകയാണ് ക്വാണ്ടം കംപ്യൂട്ടിങ്. പല മേഖലകളിൽ ഇതിന് ഉപയോഗമുണ്ട്. മരുന്നു ഗവേഷണത്തിന്റെ കാര്യമെടുക്കാം. ഒരു മരുന്ന് എങ്ങനെ ഹാനികരമായ ഒരു പ്രോട്ടീനെ നശിപ്പിക്കുമെന്നു ക്വാണ്ടം കംപ്യൂട്ടിങ്ങിലൂടെ കണ്ടെത്താം. അതുപോലെ, പുതിയ വസ്തുക്കളുടെ നിർമാണം, അവയുടെ വികസനം, കാലാവസ്ഥാ പ്രവചനം തുടങ്ങിയ മേഖലകളിലും ഇതു പ്രയോജനകരമാണ്.

ക്വാണ്ടം കംപ്യൂട്ടിങ് ഇപ്പോഴും ബാലദശയിലാണ്. എന്നാൽ, വരുംകാലങ്ങളിൽ വികസിക്കാം. അതുവഴി, വരുംകാലത്തെ ശാസ്ത്ര, സാങ്കേതികവിദ്യകളുടെ നട്ടെല്ലായി ഇതു മാറും. ക്ലാസിക്കൽ കംപ്യൂട്ടിങ് നാം ദൈനംദിനയാത്രകൾക്കുപയോഗിക്കുന്ന കാറായി സങ്കൽപിച്ചാൽ, ബഹിരാകാശത്തേക്കു നമ്മെ നയിക്കുന്ന സ്പേസ്ഷിപ്പായി ക്വാണ്ടം കംപ്യൂട്ടറുകളെ കാണേണ്ടിവരും.

(യുഎസിലെ സെൻട്രൽ ഫ്ലോറിഡ സർവകലാശാലയിൽ നാനോടെക്നോളജി, ഫിസിക്സ്, ഫോട്ടോണിക്സ് ആൻഡ് എൻജിനീയറിങ് വിഭാഗം പ്രഫസറാണു ലേഖകൻ)