কোয়ান্টাম কম্পিউটার আসলে কি?

খুব স‌ংক্ষেপে বলতে গেলে, এটা এমন এক ধরণের কম্পিউটার যা কোয়ান্টাম বলবিদ্যা (mechanics), পরিসংখ্যান(statistics) আর ধারাক্রম(algorithm) এর সূত্র মেনে চলে। আমরা সবাই এখন যে কম্পিউটার ব্যবহার করছি সে সবই ধ্রুপদী কম্পিউটার (classical computer), যা বাইনারি সংখ্যার রীতি মেনে চলে। এর অর্থ, আমাদের কম্পিউটারে আমরা এখন যত তথ‍্য জমা করি তা করার এক মাত্র উপায় হল ওই তথ‍্যকে বাইনারি সংখ‍্যা 0 আর 1 এর মাধ্যমে সংকেতাক্ষরে (encode) জমা করা। কিন্তু অদুর ভবিষ‍্যতে আমরা বাইনারি গেট এর বদলে দুমাত্রিক (2 dimensional) কোয়ান্টাম কনা (qubit) ব‍্যাবহার করব। কিন্তু কি তার সুবিধে? কি বলে বলিয়ান হবে সেই কম্পিউটার? সেসব নিয়েই এখন এবং আগামী কিছু দিন এখানে আলোচনা করব ।

আমরা যাদের কোয়ান্টাম কনা বলছি তারা আসলে সব অতিপারমাণবিক (subatomic) কনা। এদের কিছু বৈশিষ্ট বা বিশেষ ক্ষমতা আছে যা আমরা আমাদের দৈনন্দিন জীবনে অনুভব করি না। এদের এই ক্ষমতাগুলোর একটি হল বেল নন্-লোকালিটি (Bell non-locality)। এই সমস্ত ক্ষমতার সফল ব‍্যাবহারেই আমাদের হাতে আসবে এই নতুন ধরনের কম্পিউটার।

তা আমাদের এই ভবিষ‍্যত কম্পিউটার কতটা শক্তিশালী হবে? এক কথায় বলতে গেলে, ভয়ানক শক্তিশালী আর গতিশীল হবে। মুহুর্তের মধ‍্যে ফেসবুক সহ আপনার ব‍্যাঙ্কের পাশওয়ার্ড থেকে ক্রিপ্টোকারেন্সির ব‍্যক্তিগত চাবি (private key) হাতিয়ে ফেলা কোন ব‍্যাপারই হবে না এর কাছে। আর এই ক্ষমতার মূলে আছেন বিজ্ঞানী শোর এর একটা আবিষ্কার। ১৯৯৪ সালে শোর এর গুণকনির্নয় অ্যালগোরিদম আবিষ্কৃত হওয়ার পর থেকে অনেক এগিয়ে এসেছি আমরা। কোয়ান্টাম কম্পিউটার এর সম্ভাব‍্য প্রয়োগের জায়গাগুলোর ক্ষেত্র বৃদ্ধির সাথে সাথেই, ক্রিপ্টোগ্রাফি, কমিউনিকেশনেও এই কোয়ান্টাম কনার বিশেষ ক্ষমতা ব‍্যাবহারের ক্ষেত্র প্রস্তুত হচ্ছে এবং হয়ে চলেছে। ভবিষ‍্যতে কৃত্রিম বুদ্ধিমত্তা (artificial intelligence) তৈরীতেও এর ব‍্যাবহার দেখা যাবে।

আইনস্টাইনের ভুল: কোয়ান্টাম কম্পিউটার

ওই যে বিশেষ ক্ষমতার কথা বলছিলাম, তাই বা কি ভাবে কাজ করে? এটা বোঝাতে একটু কল্পনার প্রয়োজন। ধরুন, আপনার কাছে একটি unbiased মুদ্রা আছে। আপনি যদি মুদ্রাটি কে toss করেন, দেখবেন ৫০% হেড আর ৫০% বার টেল পড়ছে। নির্দিষ্ট করে বলা সম্ভব না যে পরের বার toss করলে কি পড়বে। মুদ্রার এই ধর্ম কে প্রবাবিলিস্টিক বৈশিষ্ট বলে। আমরা আমাদের দৈনন্দিন জীবনে অনেক কিছু ই দেখি যার সঠিক (১০০%) ভবিষ‍্যদ্বাণী সম্ভব না। Einstein, Podolsky আর Rosen (EPR) ---এই তিন বিজ্ঞানি একটি thought experiment এ কিছু দৈনন্দিন জীবনের অভিজ্ঞতা থেকে নেওয়া স্বতঃসিদ্ধ (assumptions) দিয়ে দেখালেন যে ওই রকম সমস্ত ঘটনার ই ১০০% ভবিষ‍্যদ্বাণী গানিতিক ভাবে সম্ভব। এর অর্থ হল সমস্ত প্রবাবিলিস্টিক তত্তকেই ডিটারমিনিস্টিক তত্তে রুপান্তরিত করা সম্ভব। কিভাবে? তাঁরা বললেন, মুদ্রার ক্ষেত্রে ১০০% ভবিষ‍্যদ্বাণী গানিতিক ভাবে সম্ভব যদি কোন ভাবে মুদ্রার ওপর কত বল, টর্ক (torque), ঘর্ষনবলের প্রয়োগ হয়েছে তা জানা থাকে। এর সাথে আরো একটা স্বতঃসিদ্ধ ওনারা যোগ করলেন---locality। এর অর্থ কোন ঘটনার তাতক্ষনিক (instantaneous) প্রভাব অন‍্য ঘটনার ওপর পড়তে পারে না। তোমরা যারা উচু ক্লাশে পদার্থবিদ‍্যার ছাত্র তারা জান যে classical mechanics দিয়েই এই ভবিষ‍্যদ্বাণী করা সম্ভব। তাঁরা এই অজানা জিনিসগুলির (বল, টর্ক, ঘর্ষনবল ইত‍্যাদি) একটা নাম দিলেন---গোপন চলরাশি (hidden variable)! আর এই নতুন তত্তের নাম দিলেন স্থানিক গোপন চলরাশি তত্ত (local hidden variable theory)।

কোয়ান্টাম তত্ত ও মুদ্রার মতোই প্রবাবিলিস্টিক তত্ত। EPR বললেন, এই তত্তকেও মুদ্রার মতোই স্থানিক গোপন চলরাশি তত্ত দিয়ে বর্ণনা করা সম্ভব। কিন্তু আদপে J. S. Bell ১৯৬৪ সালে অঙ্ক কষে দেখালেন যে প্রকৃতিতে এমন কিছু অতিপারমানবিক কনা রয়েছে যারা মুদ্রার মতোই কিন্তু এমন পরিসংখ্যান (statistics) সৃষ্টি করে যে তাদের কোন স্থানিক গোপন চলরাশি তত্ত থাকতে পারে না। এই প্রথম Einstein ভুল বলে প্রমানিত হলেন!(যদিও বিজ্ঞানীরা তখন গুরুত্ব দেন নি। কারণ বিজ্ঞনী বেল এর তত্তের পরীক্ষালব্ধ স্বীকৃতি পেতে কয়েক দশক লেগেছে)।

স্থানিক গোপন চলরাশি তত্তের দ্বারা কোয়ান্টাম কনাদের বর্ণনা করা না যাওয়ার অর্থ ই হল EPR এর প্রাথমিক স্বতঃসিদ্ধ দুটির অন্তত একটি ভুল। এর অর্থ হল, কোয়ান্টাম কনারা একে অপরের সাথে তাতক্ষণিক যোগাযোগ স্থাপনে সক্ষম (এখানে আর একটু জটিলতা রয়েছে঑ পরে কোন দিন আলোচনা করা যাবে), যা আমাদের দৈনন্দিন জীবনে দেখা কোন কনার পক্ষেই সম্ভব না! এরকমই অদ্ভুত অদ্ভুত সব বিশেষ ক্ষমতার অধিকারী অতিপারমানবিক কনাদের দিয়েই তৈরী হবে আমাদের ভবিষ্যৎ এর কম্পিউটার।

কতটা এগিয়েছি আমরা?

নিচে বিভিন্ন সংস্থার বানানো কিছু খুব কম ক্ষমতা সম্পন্ন কিছু কোয়ান্টাম কম্পিউটারের ছবি দিলাম। এগুলির সব ই তৈরী হয়েছে গবেষণার কাজ আরো এগিয়ে নিয়ে যাওয়ার জন‍্য।

[IMAGE: https://steemitimages.com/DQmQLHaR6ty1rAiHLLYUe8NKxJyubDeNP9siBi9DrZVdVbr/ibm-quantum-computer-4.jpg]
এটি একটি আইবিএম ল্যাবের 50 qubit কোয়ান্টাম কম্পিউটারের ছবি

আপনি একটি কোয়ান্টাম কম্পিউটার ব্যবহার এবং প্রোগ্রাম করতে চান? দেখুন এখানে

[IMAGE: https://steemitimages.com/DQmNt5FhZ6nky2t7aMpmXa8t1GVWMzhBEzAipFHjMTu1yWZ/32390815144_f14b33ee0f_b.jpg]
এটিও তাই