क्वांटम कम्प्युटर भविष्यातील गेम चेंजर?

देशातील पहिला वहिला सहा क्युबिट्सचा क्वाण्टम संगणक निर्मितीच्या अंतिम टप्प्यात आहे.

By : चिन्मय गवाणकर, शलाका वर्मा, सहलेखक

आपण शाळेमध्ये भौतिकशास्त्रात शिकलो होतो, की पदार्थाच्या साधारण तीन प्रकारच्या स्थिती असू शकतात : घन, द्रव आणि वायू! परंतु 19 फेब्रुवारी 2025 रोजी मायक्रोसॉफ्टने चक्क पदार्थाची नवीन स्थिती शोधल्याचे जाहीर केले. ज्याला त्यांनी टोपोलॉ जिकल सेमीकण्डक्टर (अर्धवाहक) असे नाव दिले आहे. त्यांनी या पदार्थाचा वापर करून एक नवीन माजोरना वन नावाची क्वांटम प्रोसेसर चिप बनवली असल्याचे ही जाहीर केले. या एआयच्या युगात जगभरातील भौतिकशास्त्रज्ञ आणि संगणक विज्ञान संशोधक लवकरच आणखी एक तांत्रिक झेप घेण्यासाठी काम करत आहेत. तिचे नाव आहे क्वांटम संगणन! अलिकडेच टाटा इन्स्टिट्यूट ऑफ फंडामेंटल रिसर्चमधील (टीआयएफआर) आपले शास्त्रज्ञसुद्धा भारतातील पहिला क्वांटम संगणक बनवण्याच्या अगदी जवळ पोहोचलेले आहेत. हा देशातील पहिला वहिला सहा क्युबिट्सचा क्वाण्टम संगणक निर्मितीच्या अंतिम टप्प्यात आहे.

हा भारताच्या राष्ट्रीय क्वांटम मिशनचा एक भाग आहे, तीन वर्षांत 24 क्युबिट्सचा संगणक आणि पाच वर्षातमध्ये 100 क्युबिट्पर्यंत पोहचण्याचे आपले उद्दिष्ट आहे. हे सगळे आपण पाहत आणि वाचत असताना सर्व सामान्य नागरिक अजूनही क्वांटम संगणकाकडे एखाद्या विज्ञानकथेतील गोष्ट म्हणून पाहत आहेत. पण इतिहास सांगतो की, आजची विज्ञानकथा ही उद्याचा शास्त्रीय शोध होऊ शकतो! (आठवा ऐंशीच्या दशकातील स्टार ट्रेक दूरदर्शन मालिका! त्यात हातातील घड्याळ्यात बघून बोलणारे अंतराळ यात्री असायचे आणि अवकाश यानातील मोठ्या पडद्यावर व्हिडिओ कॉलने ते दूरदूर ग्रहांवर संपर्क साधायचे! आज मुंबई लोकलमध्ये आणि एसटी बसमध्ये सुद्धा हातातल्या स्वस्त स्मार्ट वॉचमध्ये बोलणारे आणि मोबाईलवर व्हाट्सअप व्हिडिओ कॉलवर गप्पा मारणारे हजारो महाभाग आसपास दिसतातच की!) म्हणूनच आपण आज क्वांटम संगणन म्हणजे काय यावर चर्चा करूया...

क्वांटम संगणन ही शाखा क्वांटम यांत्रिकी या भौतिक शास्त्रातील संकल्पनेवर बेतलेली आहे. आपण शाळेत पदार्थविज्ञान शिकताना अणू आणि प्रोटॉन, इलेक्ट्रॉन आणि न्यूट्रॉन यांचा अभ्यास केलेला आहे. पदार्थ त्याच्या नेहमीच्या अवस्थेत असताना हे सर्व मूलकण एका विशिष्ट कक्षेत असतात आणि त्यांचे रेणू एका विशीष्ट बंध रचनेमध्ये असतात आणि त्यामुळे तो पदार्थ घन/द्रव अथवा वायू रूपात आपल्याला दिसतो. आपण पदार्थावर उष्णता अथवा गोठवणे अशा प्रक्रिया जेव्हा करतो तेव्हा या रेणवीय रचना बंध बदलून पदार्थ वेगळे स्वरूप धारण करतो. (बर्फ तापवून पाणी होते कारण रेणूंच्या बंधातील काही हायड्रोजन बंध तुटून सुटे होतात त्यामुळे बर्फाचे खडे वितळतात). पण पदार्थाच्या आण्विक पातळीवर काहीच बदल होत नाही ना अणूमधले कण (उप अणु कण) आपली कक्षा सोडतात!

आपले सध्याचे संगणक आणि त्यांचे सध्या प्रचलित असलेल्या सिलिकॉनने बनलेले घन स्वरूपातील प्रोसेसर बायनरी तत्व वापरत असल्याने या संगणकांना आज्ञावली वर प्रक्रिया करताना एकाचवेळी एकच गोष्ट वेगवेगळ्या मार्गाने प्रयत्न करून बघता येत नाही. त्यामुळे सध्याचे संगणक आपल्याला मानवी मर्यादांपेक्षा खूप गतिमान वाटत असले तरी ते 0 आणि 1 अशा बायनरी तत्वावर एकावेळी एकच गोष्ट वेगात करत राहतात. पण क्वांटम संगणक मात्र एकाचवेळी बहुपर्यायी विचार करून तोच प्रश्न खूप सोडवतात. उदाहरणार्थ, 2019 मध्ये गुगलने असे जाहीर केले, की त्यांनी एका सायकोमोर नावाच्या क्वांटम संगणकावर एक असा प्रश्न 200 सेकंदात सोडवला जो सोडवायला जगातील त्यावेळच्या सर्वात शक्तिशाली महासंगणकाला 10000 वर्षे लागली असती ! गेल्या वर्षाअखेरीस चीन मधल्या विद्यापीठातील संशोधकांनी असे जाहीर केला, की त्याच्या झुकोंजी 3.0 संगणकाने गूगलच्यापेक्षा 10 लाख पटींनी वेगवान क्वांटम संगणक प्रयोग यशस्वी केला आहे! हा वेग पाहून आपले डोके गरगरले नाही तर नवलच!

एआय क्रांतीनंतरची पुढची तांत्रिक झेप क्वांटम असेल!

आपले हे जादूगार क्वांटम बिट, बाह्य भौतिक हस्तक्षेपासाठी अत्यंत संवेदनशील असतात आणि असा जर काही भौतिक हस्तक्षेप झाला तर त्याच्यात खूप चुका होतात. त्या चुकांचे निराकरण करण्यासाठी खूप प्रगत संगणकीय हेवी लिफ्टिंग आवश्यक असते. दुसरे मोठे आव्हान म्हणजे मापनक्षमता (स्केलेबिलिटी) आहे, काही शंभर क्यूबिट्सच्या पलीकडे स्केलिंग करणे हे एक महाकठीण काम आहे. कारण त्या क्वांटम स्थितींना एकमेकांत गुंतवून ठेवणे आणि स्थिर ठेवणे खूप किचकट आहे.

क्वांटम संगणक म्हणून अगदी परम शून्य तापमानात (-273 सेल्सियस अंश) ठेवावे लागतात. त्यामुळे त्यांना सुरु ठेवण्याचा खर्च गगनाला भिडणारा असतो. थोडक्यात, क्वांटमने आपल्याला भविष्याची मोठी स्वप्ने दाखवणे सुरु केले आहे आहेत, परंतु ती प्रत्यक्षात आणण्यासाठी अजून संशोधकांना खूप काम करायचे आहे! पण सध्याच्या एआय क्रांती नंतरची मानवाची पुढची तांत्रिक झेप क्वांटम असेल हे मात्र नक्कीच!

भविष्यात क्वांटम संगणक सुपरहिरो असेल

आता अशा वेगाचा फायदा मानवाला कुठे करून घेता येईल. अशा जगाची कल्पना करा, जिथे क्वांटम संगणक मानवतेच्या कठीण आव्हानांना सामोरे जाण्यासाठी सुपरहिरोप्रमाणे काम करेल. औषधाच्या शोधात, उदाहरणार्थ, तो नवीन औषधांसाठी रेणवीय परस्पर संवादाचे विविध मॉडेल्स खूप वेगात पडताळून पाहून नवीन औषधाच्या प्रभावी रेणवीय रचना सुचवू शकतो. नवीन संशोधनाच्या वेळेची वर्षे कमी करून कर्करोग, एड्स आणि अल्झायमर सारख्या दुर्धर आजारांच्या उपचारांच्या विकासास गती देऊ शकतो. जेव्हा हवामान बदलाचा प्रश्न येतो, तेव्हा क्वांटम संगणक विविध एआय सिम्युलेशनस खूप वेगाने करून जगाच्या वाढत्या तापमानाविरुद्ध लढण्यासाठी उत्तम अंदाज आणि हुशार धोरणे बनवू शकतो.

• भारतातील पहिलावहिला सहा संगणक निर्मितीच्या अंतिम टप्प्यात
• निर्मितीनंतर देशातील तंत्रज्ञान क्षेत्रात होणार अमुलाग्र बदल