क्वांटम कॉम्प्युटिंगची भन्नाट संकल्पना

डॉ. दीपक शिकारपूर

आजच्या तंत्रयुगात संगणकप्रणालीने आपले जीवन व्यापून टाकले आहे. पारंपरिक संगणक अनेक समस्यांवर कार्यक्षमतेने उपाय शोधतो; परंतु गुंतागुंतीच्या समस्या सोडवण्यासाठी उच्च क्षमता आवश्यक आहे. अशा परिस्थितीत क्वांटम कॉम्प्युटिंग ही एक क्रांतिकारी संकल्पना म्हणून उदयास आली आहे. ही संगणक प्रणाली क्वांटम भौतिकशास्त्रावर आधारित आहे आणि पारंपरिक संगणकांपेक्षा लाखोपट वेगवान आणि कार्यक्षम ठरू शकते. संगणक म्हणजे काय याबाबतच्या कल्पना सतत बदलत आहे. तीस वर्षांपूर्वी असलेली मेनफ्रेम संगणकाची क्षमता आता ५जी स्मार्टफोनमध्ये काही वर्षात येईल. अनेक विकसक नवनवीन कल्पना राबवून व्यवसाय, जीवन, व्यापार, उद्योग, सरकारी कामकाज अशा अनेक बाबीत अभिनव प्रोग्रॅम्स/ॲप्स निर्माण करत आहेत. आधुनिक तंत्रज्ञानाच्या जगात आपण वेगाने प्रगती करत आहोत. एके काळी केवळ विज्ञान कथांमध्ये पाहिले जाणारे तंत्रज्ञान आता प्रत्यक्षात येत आहे.

आज आपण अशा एका तंत्रयुगात आहोत जिथे संगणक प्रणालीने आपले जीवन व्यापून टाकले आहे. पारंपरिक संगणक अनेक समस्यांवर कार्यक्षमतेने उपाय शोधतो; परंतु काही गुंतागुंतीच्या समस्या सोडवण्यासाठी आणखी उच्च क्षमता आवश्यक आहे. अशा परिस्थितीत क्वांटम कॉम्प्युटिंग ही एक क्रांतिकारी संकल्पना म्हणून उदयास आली आहे. ही संगणक प्रणाली क्वांटम भौतिकशास्त्रावर आधारित आहे आणि पारंपरिक संगणकांपेक्षा लाखोपट वेगवान आणि कार्यक्षम ठरू शकते. क्वांटम संगणकाची संकल्पना सर्व प्रथम १९८२ मध्ये नोबेल पारितोषिक विजेते भौतिकशास्त्र रिचंड फेयनमॅन यांनी मांडली. ज्याप्रमाणे संगणकाने मानवी जीवनात आमूलाग्र बदल घडवले, त्याचप्रमाणे क्वांटम कॉम्प्युटिंग भविष्यात अनेक क्षेत्रांमध्ये अभूतपूर्व बदल घडवण्याची
क्षमता ठेवते. हे तंत्रज्ञान केवळ पारंपरिक संगणकांच्या मर्यादा ओलांडून जटिल समस्या सोडवण्यास मदत करेल असे नाही, तर ते संशोधन, विकास आणि नवनवीन शोधांनाही चालना देईल. क्वांटम कॉम्प्युटर क्यूबिट्स वापरतात. क्यूबिट्स क्वांटम यांत्रिकीच्या नियमांवर आधारित असतात आणि त्यांच्यामध्ये सुपरपोझिशन आणि एंटँगलमेंट या दोन महत्त्वाच्या संकल्पना असतात. एंटँगलमेंट म्हणजे दोन किंवा अधिक क्यूबिट्स अशा प्रकारे जोडले जातात की, एका क्यूबिटची स्थिती बदलल्यास दुसऱ्या क्यूबिटची स्थितीही तत्काळ बदलते. यामुळे अत्यंत जटिल समस्या सोडवण्यासाठी प्रचंड समांतर प्रक्रिया करणे शक्य होते. साधे उदाहरण म्हणजे जसे साधा संगणक एका वेळी एक पुस्तक वाचेल आणि मग दुसऱ्या पुस्तकाकडे वळेल, पण क्वांटम कॉम्प्युटर एकाच वेळी ग्रंथालयातील सगळी पुस्तके वाचायला घेईल. या क्वांटम नियमांमुळे क्वांटम कॉम्प्युटर पारंपरिक संगणकांना लागणाऱ्या दशके किंवा शतकांच्या तुलनेत काही मिनिटांमध्ये किंवा सेकंदात अत्यंत गुंतागुंतीच्या गणिताच्या समस्या सोडवू शकतात. क्वांटम संगणक प्रणालीमुळे माहितीची देवाणघेवाण, साठवण, माहिती प्रक्रिया सुरक्षितरीत्या करता येईल. यामुळे हँकिंगसारखे प्रकार रोखता येतील. क्वांटम संगणकाच्या माध्यमातून अतिगुंतागुंतीचे गणिती सिद्धांत साठवले जाऊ शकतील. संगणकीय मॉडेलच्या आधारे वैद्यकीय आजारावरील कारणे शोधता येतील. क्वांटम कॉम्प्युटिंगची शक्ती वापरणाऱ्या संस्था जगातील काही मोठ्या समस्यांचे निराकरण करण्यात मदत करू शकतात आणि औषध संशोधनापासून जागतिक कृषी, संरक्षण आणि अनेक क्षेत्रांमध्ये प्रगती करू शकतात. पर्यावरणक्षेत्रात हवामानात होणारे बदल टिपून त्यातील भूतकाळातील नियमांनुसार भविष्यातील निष्कर्ष म्हणजे हवामानाचे अंदाज काढणे महत्वाचे असते. त्यामुळे हे अंदाज जितके बरोबर येतील, तितकी मदत मानवजातीला होईल.

चक्रीवादळ, अतिवृष्टी, भूकंप या नैसर्गिक आपत्तीला आपण अस्मानी संकट मानतो. त्यात दर वर्षी प्राणहानी व कोट्यवधी मालमत्तेचे नुकसानही होते. या ठिकाणी भविष्यातील क्वांटम संगणक खूप मदत

करू शकतील. संगणकाचे सध्याचे तंत्रज्ञान, कृत्रिम बुद्धिमत्तेशी संबंधित समस्यांचे निराकरण करण्यासाठी, अतिउच्च संगणकीय संसाधने वापरतात. त्यासाठी प्रचंड मोठे विदा (डेटा) विश्लेषण करायची गरज असते. हे प्रकरण प्रचंड वेळखाऊ आणि खर्चिक आहे. क्वांटम कॉम्प्युटरमध्ये सध्याच्या कॉम्प्युटरच्या तुलनेत लक्षणीयरीत्या कमी संगणकीय संसाधनांसह समस्या सोडवण्याची क्षमता आहे. आरोग्यक्षेत्रात हे तंत्रज्ञान औषध शोध, जिनोमिक्स आणि वैयक्तिक आरोग्यसेवांना लक्षणीयरीत्या गती देऊ शकते. उत्पादन क्षेत्रासाठी ते पुरवठा साखळी व्यवस्थापन, खर्च कमी करणे आणि एकूण कार्यक्षमता सुधारणे हे उद्दिष्ट साध्य करू शकते. सध्या अनेक वाहनांवर जीपीएसद्वारे वाहन हालचाल व्यवस्थापन माहिती मिळवली जाते. २०२३ मध्ये आपल्या देशातही या विषयावर मंथन सुरु झाले. भारत एक नवीन झेप घेण्यासाठी आणि क्वांटम तंत्रज्ञानामध्ये जगाचे नेतृत्व करण्यासाठी सज्ज झाला आहे. राष्ट्रीय क्वांटम मिशनची आता निर्मिती करण्यात आली आहे. अशा प्रकारे मिशनच्या स्वरूपात क्वांटम तंत्रज्ञानाच्या विकासासाठी कार्यक्रम जाहीर करणारा भारत हा सातवा देश ठरला आहे. अमेरिका, चीन, कॅनडा, ऑस्ट्रिया, फिनलंड आणि फ्रान्स या देशांनी यापूर्वीच अशा मोहिमा सुरू केल्या. सुपरकंडक्टिंग आणि फोटोनिक तंत्रांसारख्या विविध प्लॅटफॉर्म्सवर आठ वर्षांमध्ये पन्नास ते एक हजार भौतिक क्यूबिट्स क्षमतेचा, मध्यम क्वांटम संगणक विकसित करणे हे नवीन मिशनचे उद्दिष्ट आहे. २०२३-२४ ते २०३०-३१ या आठ वर्षांच्या कालावधीत क्वांटम मिशनवर सहा हजार ६५ कोटी खर्च केले जातील. देशातील दोन हजार किलोमीटरच्या परिक्षेत्रातील ग्राउंड स्टेशन्समधील उपग्रह आधारित सुरक्षित क्वांटम कम्युनिकेशन, इतर देशांसोबत लांब पल्ल्याचे सुरक्षित क्वांटम कम्युनिकेशन, दोन हजार किलोमीटरपेक्षा जास्त अंतराचे आंतरशहर क्वांटम नेटवर्क हे मिशनचे इतर पैलू आहेत. हे मिशन आण्विक यंत्रणा आणि अणुघड्याळांमध्ये उच्च संवेदनशीलतेसह सुसज्ज मॅग्नोमीटर विकसित करण्यात मदत करेल. क्वांटम उपकरणे तयार करण्यासाठी सुपरकंडक्टर, नवीन सेमीकंडक्टर आणि टोपोलॉजिकल सामग्रीच्या डिझाइनमध्येदेखील हे मदत करेल. मिशनअंतर्गत क्वांटम कॉम्प्युटिंग, क्वांटम कम्युनिकेशन, क्वांटम सेन्सिंग आणि मेट्रोलॉजी, क्वांटम सामग्री आणि उपकरणे या क्षेत्रात चार केंद्रे स्थापन केली जातील.

क्वांटम कॉम्प्युटिंग हे एक असे तंत्रज्ञान आहे, जे आपल्या भविष्याची दिशा बदलू शकते. हे केवळ वैज्ञानिक आणि तांत्रिक प्रगतीचे प्रतीक नाही, तर मानवाच्या सर्वात मोठ्या समस्या सोडवण्याची क्षमता असलेले एक शक्तिशाली साधन आहे. औषधनिर्माण, कृत्रिम बुद्धिमत्ता, सायबर सुरक्षा, हवामान बदल आणि सामग्री विज्ञान यासारख्या अनेक क्षेत्रांमध्ये ते क्रांती घडवून आणेल. सध्या या तंत्रज्ञानासमोर काही आव्हाने असली तरी, संशोधक आणि शास्त्रज्ञ त्यावर मात करण्यासाठी अथक प्रयत्न करत आहेत. क्वांटम कॉम्प्युटिंगचे महत्त्व केवळ गती आणि कार्यक्षमतेपुरते मर्यादित नाही, तर ते आपल्याला आजपर्यंत न सुटलेल्या जटिल समस्यांवर उत्तरे शोधण्याची आणि मानवजातीसाठी एक उज्वल भविष्य घडवण्याची संधी देते. येत्या काही दशकांमध्ये क्वांटम कॉम्प्युटिंग आपल्या जीवनाचा अविभाज्य भाग बनेल आणि आपले जग पूर्वीपेक्षा अधिक कार्यक्षम, सुरक्षित आणि प्रगतशील बनवेल अशी
अपेक्षा आहे.