কোয়ান্টাম কম্পিউটার: কোয়ান্টাম কম্পিউটার কাকে বলে?

ভবিষ্যতের কম্পিউটার 2030 সালের মধ্যে বা আপনার ডেস্কের কম্পিউটারের চারপাশে ট্রানজিস্টর এবং চিপসের পরিবর্তে তরল দিয়ে পূর্ণ হতে পারে। এটি একটি কোয়ান্টাম কম্পিউটার হবে। এটি শারীরিক আইন দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হবে না।

ভবিষ্যতের কম্পিউটার

2030 বা তার পরে, আপনার ডেস্কের কম্পিউটার ট্রানজিস্টর এবং চিপসের পরিবর্তে তরল দিয়ে পূর্ণ হতে পারে। এটি একটি কোয়ান্টাম কম্পিউটার হবে। এটি শারীরিক আইন দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হবে না। আপনার এই কম্পিউটারটি এর অপারেশনের জন্য কোয়ান্টাম মেকানিক্স ব্যবহার করবে। কোয়ান্টাম মেকানিক্স হল তাত্ত্বিক ধারণার ভিত্তি যেমন টেলিপোর্টেশন (কোনও বস্তুকে তার অবস্থান পরিবর্তন না করে এক স্থান থেকে অন্য স্থানে পরিবহন করা) এবং সমান্তরাল মহাবিশ্ব।

আপনার কোয়ান্টাম কম্পিউটার হবে একটি ডাটা রকেট। এটি সম্ভবত পেন্টিয়াম III ব্যক্তিগত কম্পিউটারের চেয়ে 1 বিলিয়ন গুণ দ্রুত গণনা করতে সক্ষম হবে। এটি 2030 সাল নাগাদ চোখের পলকে সমগ্র ইন্টারনেটকে ঘায়েল করতে সক্ষম হবে এবং সবচেয়ে উন্নত নিরাপত্তা কোডগুলিকে সহজে ভাঙতে সক্ষম হবে৷ এটি কোনো কল্পবিজ্ঞান নয়, আগামী কয়েক বছরের মধ্যে বাস্তবের জগতে এটি সম্ভব হতে চলেছে।

কোয়ান্টাম কম্পিউটারগুলি কম্পিউটার চিপগুলির পরিবর্তে গণনার জন্য পরমাণু ব্যবহার করে৷ প্রারম্ভিক কোয়ান্টাম কম্পিউটারগুলি খুব আদিম, ব্যয়বহুল এবং পরীক্ষার পর্যায়ে৷ কিন্তু তাদের নির্মাণ প্রমাণ করেছে যে আগামী সময় এই কম্পিউটারেরই। ম্যাসাচুসেটস ইনস্টিটিউট অফ টেকনোলজি এবং অক্সফোর্ড ইউনিভার্সিটির ল্যাবরেটরিগুলিতে, কোয়ান্টাম কম্পিউটার সম্পর্কিত প্রকল্পগুলির উপর পুরোদমে কাজ চলছে। মার্কিন সরকার লস আলামোস ন্যাশনাল ল্যাবরেটরিতে কোয়ান্টাম কম্পিউটিং ল্যাব স্থাপন করেছে।

কিন্তু এখানে একটা সমস্যা আছে যে কোয়ান্টাম কম্পিউটিং তাত্ত্বিক ও ব্যবহারিক দৃষ্টিকোণ থেকে খুবই কঠিন কাজ। বিজ্ঞানীদের জন্য কার্যত এমন একটি পরিস্থিতি তৈরি করা একটি বড় চ্যালেঞ্জ যেখানে পরমাণু গণনা করতে পারে এবং তাদের থেকে ফলাফল পেতে পারে। তত্ত্বের দৃষ্টিকোণ থেকে, কোয়ান্টাম মেকানিক্স এমন ক্ষেত্রগুলিতে নিমজ্জিত হয় যা প্রায় চিন্তার সীমার বাইরে। উদাহরণস্বরূপ, এটা সম্ভব যে একটি কোয়ান্টাম কম্পিউটারে অসীম সংখ্যক সমান্তরাল মহাবিশ্বের জন্য অসীম সংখ্যক সঠিক উত্তর থাকতে পারে। আপনি বর্তমানে যে মহাবিশ্বে আছেন তার জন্য একটি কোয়ান্টাম কম্পিউটার সঠিক উত্তর দিতে পারে। বিশ্বের সবচেয়ে বিখ্যাত কোয়ান্টাম কম্পিউটিং বিজ্ঞানী IBM-এর চার্লস বেনেট বলেছেন, এই জিনিসগুলি গ্রহণ করতে অনেক সাহসের প্রয়োজন। আপনি যদি এই জিনিসগুলিতে বিশ্বাস করেন তবে আপনাকে অনেক অদ্ভুত জিনিস বিশ্বাস করতে হবে।

ফলাফল হল যে ব্যবহারিক কোয়ান্টাম কম্পিউটিং এখনও কয়েক দশক দূরে। বর্তমানে, বিজ্ঞানীদের কোয়ান্টাম কম্পিউটিং প্রচেষ্টা বেঞ্জামিন ফ্র্যাঙ্কলিন বিদ্যুতের তত্ত্ব পরীক্ষা করার জন্য বজ্রপাতে একটি ঘুড়ি ওড়ানোর মতো। গবেষণাগারে কাজ করা বিজ্ঞানীদের পরবর্তী ধাপ হল এই অবিশ্বাস্য শক্তিকে নিয়ন্ত্রণ করা এবং ব্যবহার করা।

কোয়ান্টাম কম্পিউটারের মৌলিক বিষয়গুলি

একজন অ-বিজ্ঞানীর পক্ষে কোয়ান্টাম কম্পিউটিং এর কাজ বোঝা বেশ কঠিন কাজ। কোয়ান্টাম কম্পিউটিংয়ের ধারণা বিজ্ঞানীদের মাথায় এসেছিল যখন তারা বুঝতে পেরেছিল যে পরমাণুগুলি প্রাকৃতিকভাবে মাইক্রো ক্যালকুলেটর। এমআইটি-র নিল গেরশেনফেল্ড এ সম্পর্কে বলেছেন যে “প্রকৃতি জানে কিভাবে গণনা করতে হয়। Gershenfeld IBM-এর Isaac Chuang-এর সাথে সর্বকালের সবচেয়ে সফল কোয়ান্টাম কম্পিউটার তৈরি করতে সহযোগিতা করেছেন।

পরমাণুর একটি প্রাকৃতিক ঘূর্ণন বা স্থিতিবিন্যাস থাকে, যা কম্পাসের একটি সুচের অভিযোজনের মতো। এই ঘূর্ণন আপ (উপর) বা নিচে (নিচে) হতে পারে। এটি ডিজিটাল প্রযুক্তির সাথে ঘনিষ্ঠভাবে সম্পর্কিত, যা 1 বা 0-এর পরিসরের সবকিছুকে উপস্থাপন করে। একটি পরমাণু একটি ঊর্ধ্বমুখী নির্দেশক স্পিন থাকতে পারে; নিম্নমুখী স্পিন 0 হতে পারে। চাকাকে উপরে বা নিচে ঘুরানো একটি মাইক্রোট্রান্সজিস্টরে একটি সুইচ চালু বা বন্ধ (বা 1 এবং 0 এর মধ্যে) করার অনুরূপ। একটি পরমাণু যা খালি চোখে দেখা যায় না, যতক্ষণ আপনি এটি পরিমাপ করেন ততক্ষণ এটি একই সময়ে উপরে বা নীচে উভয় হতে পারে।

এটা খুবই আশ্চর্যজনক। এটি কোয়ান্টাম মেকানিক্সের একটি অংশ যা আইনস্টাইনের আপেক্ষিক তত্ত্বের মতো নিয়মের একটি সেট-যা থেকে মহাবিশ্বের কাজ বোঝা যায়। কোয়ান্টাম মেকানিক্স অণুবীক্ষণিক জগত যেমন অণু, পরমাণু, কোয়ার্ক ইত্যাদি বোঝার জন্য ব্যবহার করা যেতে পারে। এর নিয়মগুলো এতই অদ্ভুত যে সেগুলো বোঝা সহজ নয়। কিন্তু সেগুলো বারবার প্রমাণিত হয়েছে। কারণ একটি পরমাণুর স্পিন একই সময়ে উপরে বা নিচে উভয়ই হতে পারে, তাই এটি একটি প্রচলিত কম্পিউটারের এক বিটের সমান নয়। এটা ভিন্ন কিছু। বিজ্ঞানীরা একে কিউবিট বলে। আপনি যদি একগুচ্ছ qubits একসাথে রাখেন, তারা বর্তমান কম্পিউটারের মত রৈখিক গণনা করে না।

তারা একই সময়ে সমস্ত সম্ভাব্য গণনা সম্পাদন করে। একটি উপায়ে তারা সম্ভাব্য সমস্ত উত্তর যাচাই করে। কিউবিট পরিমাপের কাজ গণনা প্রক্রিয়াকে থামিয়ে দেয় এবং তাদের একটি নির্দিষ্ট উত্তর বেছে নিতে বাধ্য করে।

চল্লিশ কিউবিটের একটি কোয়ান্টাম কম্পিউটারের কম্পিউটিং শক্তি বর্তমান সুপার কম্পিউটারের সাথে তুলনীয় হবে। বর্তমানের যেকোনো সুপার কম্পিউটার পৃথিবীর সব ফোন বইয়ের ডাটাবেস থেকে একটি নম্বর বের করতে এক মাস সময় নেবে, যেখানে ভবিষ্যতের কোয়ান্টাম কম্পিউটার মাত্র ২৭ মিনিটে এই কাজটি সম্পন্ন করবে।

বিভিন্ন ধরনের স্পিন

কোয়ান্টাম মেকানিক্সের আরেকটি দিক কম্পিউটিংয়ের জন্য বেশ গুরুত্বপূর্ণ। একে বলে Entanglement। দুটি পরমাণুর উপর ক্রিয়াশীল বাহ্যিক শক্তি তাদের একসাথে আটকে দিতে পারে বা আটকাতে পারে। একেই বলে ইন্টিগ্রেশন। এই দুটি পরমাণু, এমনকি তারা মহাবিশ্বে কয়েক আলোকবর্ষ দূরে অবস্থিত হলেও, একে অপরের সাথে জড়িয়ে থাকবে। তাদের স্পিন একই সময়ে সব পজিশনে ঘটবে। কিন্তু যে মুহূর্তে আটকানো কণাটি পর্যবেক্ষণ করা হয়, তার ঘূর্ণন একদিকে দৃশ্যমান হয়। একই মুহূর্তে অন্য কণা বিপরীত দিকে ঘোরে।

একভাবে এটি যোগাযোগ। আপনি যদি একদিকে ঊর্ধ্বমুখী অবস্থানে একটি আটকানো কণার ঘূর্ণন পর্যবেক্ষণ করেন তবে আপনি স্বয়ংক্রিয়ভাবে জানতে পারবেন যে অন্য দিকে এটির ঘূর্ণন নিম্নগামী। এই ঘটনাটি তাত্ক্ষণিকভাবে ঘটে, তাই এটি আলোর গতির নিয়ম লঙ্ঘন করে বলে মনে হয়। এনগেলমেন্টের নীতিগুলি বিজ্ঞানীদের বিশ্বাস করেছে যে এটি গণনার গতি বাড়াতে পারে। আধুনিক কম্পিউটারের সমস্যা হল তাদের গতি আলোর গতি দ্বারা নির্ধারিত হয়। কোয়ান্টাম হোক বা প্রচলিত কম্পিউটার, জট এই গতিসীমা অতিক্রম করতে পারে।

কোয়ান্টাম কম্পিউটারের জন্য সফ্টওয়্যার প্রোগ্রামিং ধারণাটিও বেশ অদ্ভুত। বর্তমান কম্পিউটারের ধাপে ধাপে যুক্তি একটি কোয়ান্টাম কম্পিউটার প্রোগ্রামিং করার জন্য ব্যবহার করা যাবে না। এর জন্য qubits এর নির্দিষ্ট বৈশিষ্ট্য ব্যবহার করে যুক্তি প্রয়োজন। AT&T বেল ল্যাবসের লুভ গ্রোভার একই কাজ করেছিলেন যখন তিনি একটি অ্যালগরিদম বা গাণিতিক প্রোগ্রাম আবিষ্কার করেছিলেন যা ডেটাবেস অনুসন্ধানের জন্য কোয়ান্টাম কম্পিউটিং ব্যবহার করে। তারা এটিকে এই সত্যের সাথে তুলনা করে যে একটি পুকুরে একসাথে বেশ কয়েকটি নুড়ি নিক্ষেপ করা হয়, যার ফলে তরঙ্গগুলি একটি নির্দিষ্ট উপায়ে একে অপরকে ছেদ করে এবং প্রভাবিত করে। গ্রোভারের বিশেষ পদ্ধতি গণনার একাধিক মোড স্থাপন করে, যাতে সবাই একে অপরের সাথে হস্তক্ষেপ করে। “সঠিক উত্তরগুলি সৃজনশীলভাবে হস্তক্ষেপ করে এবং যোগ করে,” গ্রোভার বলেছেন। এটি এক প্রকার ব্যাকওয়ার্ড কম্পিউটিং। এতে আপনি ধরে নিচ্ছেন যে কম্পিউটার সম্ভাব্য সব উত্তর জানে এবং তাকে উপযুক্ত উত্তর খুঁজে বের করতে হবে।

1990 এর দশকে, গ্রোভার, বেনেট এবং গেরশেনফেল্ড নিছক তত্ত্বকে উপহাস করতে থাকেন। কিন্তু গুরুত্বপূর্ণ প্রশ্ন হল কিভাবে একটি ওয়ার্কিং কোয়ান্টাম কম্পিউটার তৈরি করা যায়? সাম্প্রতিক বছরগুলোতে এর কিছু উত্তর পাওয়া গেছে। গেরশেনফেল্ড-চুয়াং দ্বারা নির্মিত কোয়ান্টাম কম্পিউটারটি মোটেও ঐতিহ্যবাহী কম্পিউটারের মতো দেখায় না। এটি একটি পারমাণবিক টোস্টার মত আরো মনে হয়. কোয়ান্টাম কম্পিউটিং এর সবচেয়ে বড় সমস্যা হল যে পরমাণুগুলি কম্পিউটেশন তৈরি করে তাদের চারপাশের পরিবেশ থেকে সম্পূর্ণ বিচ্ছিন্ন থাকতে হয়। অন্য পরমাণু বা আলোর কণার সাথে যে কোনো সংযোগ যন্ত্রের পরমাণুর ঘূর্ণনের দিককে প্রভাবিত করে, যা গণনাকে প্রভাবিত করে। যাইহোক, কোয়ান্টাম কম্পিউটারের প্রোগ্রামিং যদি করতে হয় তবে তা করা অসম্ভব।

ক্লোরোফর্ম পরমাণু

কিছু সময় আগে, গেরশেনফেল্ড এবং চুয়াং একটি কোয়ান্টাম কম্পিউটার তৈরি করতে মস্তিষ্কের স্ক্যানের জন্য ব্যবহৃত নিউক্লিয়ার ম্যাগনেটিক রেজোন্যান্স মেশিন (এনএমআর) ব্যবহার করেছিলেন। তিনি ক্লোরোফর্ম তরল দিয়ে একটি টেস্টটিউব ভর্তি করেন। ক্লোরোফর্ম কার্বন এবং হাইড্রোজেন পরমাণু দ্বারা গঠিত। তারপর তিনি এই টেস্টটিউবটিকে নিয়ন্ত্রিত চৌম্বকীয় পালস নির্গত একটি চৌম্বক কয়েলের কাছে রেখেছিলেন। ক্লোরোফর্ম পরমাণুর বৈশিষ্ট্য হল তারা তাদের ঘূর্ণনের সাথে নাচ করে। এটা তাই স্বাভাবিক. পারমাণবিক চৌম্বকীয় অনুরণন দ্বারা নির্গত কম্পনগুলি ক্লোরোফর্ম পরমাণুর নাচের সময় কিছু পরমাণুকে ধাক্কা দেয়, যার ফলে পরোক্ষভাবে অন্যান্য পরমাণুর স্পিনকে প্রভাবিত করে। এইভাবে কার্বন পরমাণুর ঘূর্ণনগুলি কোনও মিথস্ক্রিয়া ছাড়াই প্রোগ্রাম করা যেতে পারে, যা দিয়ে তারা কোয়ান্টাম কম্পিউটারের মতো কাজ করে। নৃত্য চৌম্বক ক্ষেত্রে সামান্য কিচিরমিচির (সামান্য ঝাঁকুনি) উৎপন্ন করে। এই চিপটি পরিমাপ করে, বিজ্ঞানীরা কোয়ান্টাম গণনার ফলাফল পড়তে পারেন। এনএমআর নির্দিষ্ট ব্যবধানে স্পিনগুলিকে ঠেলে দেয়। চুয়াং এর মতে, “প্রোগ্রামগুলি হল ফ্লিপের ক্রম।”

গ্রোভারের পদ্ধতি বিশেষভাবে প্রোগ্রামে অন্তর্ভুক্ত করা হয়েছে। তারা একটি সাধারণ অনুসন্ধান করেছে, এক ধাপে চারটি আইটেমের একটি খুঁজে পেয়েছে (একটি প্রচলিত কম্পিউটার তিন বা চারটি চেষ্টা করবে)। এইভাবে গেরশেনফেল্ড এবং চুয়াং প্রথম 2-কুবিট কোয়ান্টাম কম্পিউটার তৈরিতে সফল হন। এতে খরচ হয়েছে প্রায় এক মিলিয়ন মার্কিন ডলার। তারপর থেকে তিনি একটি 3-কিউবিট কোয়ান্টাম কম্পিউটার তৈরিতেও সফল হয়েছেন।

কোয়ান্টাম কম্পিউটার তৈরির আরও অনেক উপায় আছে। অস্ট্রেলিয়ার একটি বৈজ্ঞানিক দল একটি কোয়ান্টাম কম্পিউটার তৈরি করার চেষ্টা করছে যা তরল ব্যবহার করে না। আরেকটি বৈজ্ঞানিক গোষ্ঠী ‘আয়ন ফাঁদ’ ব্যবহার করেছে, যা এক সময়ে কোয়ান্টাম কম্পিউটিং কণা তৈরি করে।

কম্পিউটার কোম্পানিগুলোও কোয়ান্টাম কম্পিউটার তৈরিতে দারুণ আগ্রহ দেখায়। এ বিষয়ে গেরশেনফেল্ড বলেন, ট্রানজিস্টরে বসানো কম্পিউটারের চিপ যদি এভাবে ছোট হয়ে যায়, তাহলে ২০২০ সালের দিকে কম্পিউটার চিপে থাকা তারের পুরুত্ব পরমাণুর পুরুত্বের সমান হবে। এমতাবস্থায় বর্তমান চিপ ডিজাইন ব্যবহার করে কম্পিউটারগুলো খুব দ্রুত কাজ করতে পারবে না। এর জন্য একটি বিকল্প প্রয়োজন। এমন পরিস্থিতিতে কোয়ান্টাম কম্পিউটারই একমাত্র আকর্ষণীয় বিকল্প বলে মনে হয়। সিলিকনের তুলনায় কোয়ান্টাম কম্পিউটারের জন্য সরবরাহ উপাদানের পরিমাণও নবায়নযোগ্য।

আরও পড়ুন : কম্পিউটার সম্পর্কে সাধারণ জ্ঞান

কোয়ান্টাম কম্পিউটারের জন্য প্রোগ্রামিং ভাষার বিকাশ

কোয়ান্টাম কম্পিউটারের ব্যবহারিক দিক, যা কোয়ান্টাম মেকানিক্সের গোপনীয়তার উপর ভিত্তি করে সমান্তরালভাবে অনেক গণনা সম্পাদন করার জন্য, এখনও আবির্ভূত হয়নি। এই কম্পিউটারগুলোর শুধুমাত্র তাত্ত্বিক দিক উন্মোচিত হয়েছে। কিন্তু ভবিষ্যতের সম্ভাবনার দিকে তাকিয়ে, গবেষকরা এই প্রায় অস্তিত্বহীন মেশিনগুলির জন্য প্রোগ্রাম লেখার চেষ্টা শুরু করেছেন। বিজ্ঞানীরা বিশ্বাস করেন যে কোয়ান্টাম কম্পিউটারের জন্য প্রোগ্রাম লিখে খুব দরকারী এমন একটি কম্পিউটার তৈরি করা সহজ হবে। এই বিষয়ে ফ্রান্সের সাবাটিয়ার ইউনিভার্সিটির স্টেফানো বেটেলির একটি গবেষণাপত্র ইউরোপীয় পদার্থবিজ্ঞান জার্নাল দ্বারা গৃহীত হয়েছে।

বর্তমান কম্পিউটারের কম্পিউটিংয়ের ভিত্তি হল বাইনারি ডিজিট বা ‘বিট’, যার মান 0 বা 1 হতে পারে। একটি কোয়ান্টাম কম্পিউটারে, বিটগুলিকে ‘কিউবিট’ দ্বারা প্রতিস্থাপিত করা হয়, যেগুলি সুপার ইমপোজিশন অবস্থায় থাকে—আংশিক 0 এবং আংশিক 1। এই সুপারপজিশনের কারণে, গণনাগুলিকে সমান্তরাল করা সম্ভব। একটি কিউবিটের মান পরিমাপ করা শেষ পর্যন্ত এটিকে দুটি বাইনারি সংখ্যা 0 বা 1 এ রূপান্তরিত করবে। এটি অগত্যা কোনো সুসংগঠিত কোয়ান্টাম কম্পিউটেশনে ঘটবে না।

অন্তত এটাই নীতি। কিন্তু এটাকে বাস্তবসম্মত করা বেশ কঠিন। ডাঃ বেটেলি এবং তার সহকর্মীরা তবুও এটিকে বাস্তবসম্মত করার চেষ্টা করেছেন। তার ভাষার প্রধান উপাদান হল ‘কোয়ান্টাম রেজিস্টার’ এবং ‘কোয়ান্টাম অপারেটর’। কোয়ান্টাম রেজিস্টার একটি নির্দিষ্ট কিউবিটের সাথে ইন্টারঅ্যাক্ট করার জন্য প্রোগ্রামগুলির উপায়। তারা মেশিনের ভিতরে হাতের অবস্থানের জন্য ‘পয়েন্টার’ হিসাবে কাজ করে। এই ভাবে যারা qubits প্রোগ্রাম দ্বারা ম্যানিপুলেট করা যেতে পারে.

এই ম্যানিপুলেশনটি ‘কোয়ান্টাম অপারেটর’ দ্বারা করা হয়। এগুলি লজিক্যাল অপারেটরগুলির সমতুল্য, যেমন “এবং”, “না” এবং “বা”, যা ঐতিহ্যগত প্রোগ্রামিং এর ভিত্তি (যেটিতে একটি নির্দেশ বলতে পারে “কখন A বা B” এবং C সত্য “D” নয় কোয়ান্টাম অপারেটর “ইউনিটারী ট্রান্সফরমেশন” এর উপর নির্ভর করে। (নামের উৎপত্তি বীজগণিতীয় অ্যারেতে সমাহিত থাকে)। এখানে একক রূপান্তরগুলিকে ব্যাখ্যা করা প্রয়োজন যা প্রোগ্রামটিকে এমনভাবে উপস্থাপন করে যাতে এটি কম্পিউটার বিজ্ঞানীদের জন্য উপযোগী হয়। অবজেক্ট ওরিয়েন্টেড প্রোগ্রামিং ব্যবহার করে এই কাজে সফল হয়েছেন ড.

অবজেক্ট-ওরিয়েন্টেড প্রোগ্রামিং উভয় কমান্ড এবং ডেটা একত্রিত করে পৃথক বান্ডিলে অবজেক্ট বলে কাজ করে। এই বস্তুগুলি প্রচলিত এবং কোয়ান্টাম কম্পিউটারের মধ্যে ব্যবধান পূরণ করতে ব্যবহার করা যেতে পারে। এটি সম্ভবত একটি কর্মক্ষম কোয়ান্টাম কম্পিউটার একটি বৃহত্তর প্রচলিত কম্পিউটারের একটি বিশেষ অংশ হবে, তাই যেকোনো সফল ভাষাকে এমনভাবে রেজিস্টার এবং অপারেটরগুলি পরিচালনা করতে হবে যা প্রচলিত গণনার সাথে একীভূত করা যেতে পারে।

আরও পড়ুন: কম্পিউটারের পরিচিতি: Computer Basic Knowledge in Bengali