तंत्रज्ञान - प्रा. प्रवीण पांडे
सध्याचे युग हे विज्ञान आणी तंत्रज्ञानाचे युग आहे. प्रत्येक क्षेत्रात अत्यंत वेगाने होणारी नेत्रदीपक प्रगती ही मानववाला स्तंभीत करणारीच म्हटली पाहिजे.
क्षेत्र कुठलेही असो, मात्र प्रगतीचा आलेख सदैव ऊर्ध्वगामीच दिसून येतो. संगणक, इलेक्ट्रॉनिक्स, मेकॅनिक्स, इलेक्ट्रिकल, रोबोटिक्स व अशा अनेक शाखा, उप शाखामधील नवनवीन बदल झपाट्याने होत आहेत. त्यामुळे या युगास औद्योगिक क्रांतीचे युग किंवा तांत्रिक क्रांतीचे युग असे म्हटल्यास वावगे होणार नाही.
आजच्या लेखात आपण कॉम्पुटर क्षेत्रात नव्याने येऊ घातलेल्या क्वाँटम कॉम्प्युटर्सबद्दल जाणून घेणार आहोत. क्वाँटम प्रणाली म्हणजे क्वाँटम यांत्रिकीच्या तत्त्वांवर आधारित एक भौतिक व्यवस्था, ज्यात कण सुपरपोझिशन, एंटाँगलमेंट आणि अन्य क्वाँटम गुणधर्म दाखवतात. ही प्रणाली सामान्य शास्त्रीय प्रणालींप्रमाणे नसते, तर सूक्ष्म स्तरावरील अनिश्चितता आणि संभाव्य अवस्थांवर कार्य करते. भौतिक शास्त्रात “क्वाँटम” हे ऊर्जा किंवा इतर भौतिक राशींचे अत्यंत लहान, विविक्त (डिस्क्रीट) एकक आहे.
क्वाँटम कॉम्प्युटिंग हे एक क्रांतिकारी तंत्रज्ञान आहे जे पारंपरिक कॉम्प्युटर्सपेक्षा वेगळ्या, क्वाँटम भौतिकीच्या सिद्धांतांवर काम करते. क्वाँटम कॉम्पुटर प्रणालीत क्यूबिट्स (क्वाँटम बिट्स) वापरले जातात, जे एकाच वेळी ० आणि १ या दोन्ही अवस्थेत असू शकतात (सुपरपोझिशन). एंटाँगलमेंट हा शब्द क्वाँटम मेकॅनिक्समधील एक महत्त्वाची संकल्पना आहे. ती कणांच्या एका विचित्र गुणधर्माला दर्शवते. ज्यात दोन किंवा अधिक कण एकमेकांशी इतके जोडलेले असतात की एका कणाची स्थिती मोजल्यावर दुसऱ्या कणाची स्थिती त्वरित ठरते, मग ते कितीही अंतरावर असोत. नेमक्या याच गुणधर्मामुळे क्वाँटम कॉम्पुटरमध्ये Qubits वापरता येणे शक्य होतंय. आतापर्यंत वापरल्या जाणाऱ्या सांगणकांमध्ये Bit (Binary Degit) वापरले जात आहेत. ज्यामध्ये एकावेळी एक तर ० किंवा १ यापैकी एक संख्या साठविणे शक्य होते.
पण Qbits मुळे आता क्वाँटम कॉम्प्युटरमध्ये सुपरपोझिशन (superposition) म्हणजे क्वाँटम कण (क्यूबिट) एकाच वेळी अनेक स्थितीत असू शकण्याची खास गुणवत्ता. क्वाँटम कॉम्प्युटरमधील क्यूबिट एकाच वेळी ० आणि १ दोन्ही (किंवा त्यांच्या मधल्या अनेक अवस्था) असू शकतो. यालाच सुपरपोझिशन म्हणतात. साधे उदाहरण जसे एक नाणे हवेत फिरवले असता ते एकाच वेळी “हेड” आणि “टेल” दोन्ही असल्यासारखे वाटते, तसेच क्यूबिट एकाच वेळी ० आणि १ दोन्ही अवस्थेत असतो – मापन करेपर्यंत त्याची अंतिम स्थिती ठरत नाही आणि या Qbits मुळे येऊ घातलेले क्वाँटम कॉम्पुटर्स हे अत्यंत वेगाने कार्य करू शकतील. इतके की सध्याच्या अत्यंत वेगवान संगणकांच्या काही लक्ष पटींनी. सध्या हे तंत्रज्ञान संपूर्णपणे प्रगत नसले तरी प्रारंभीक अवस्थेच्या थोडे पुढे येते आहे.
क्वाँटम कॉम्पुटर्सची उपयोगिता तसेच त्याच्या विकासात येणाऱ्या अडचणी यावरदेखील थोडे विचार मंथन करू या. अत्यंत गतिमानता असल्यामुळे मोठमोठी गणना करणे हे अतिशय अचूक आणि वेगाने होईल. क्वाँटम कॉम्प्युटर्सची उपयुक्तता अनेक कठीण गणनांची समस्या असलेल्या क्षेत्रांमध्ये फार मोठी आहे, कारण ते जुन्या क्लासिकल कॉम्प्युटर्सपेक्षा काही विशिष्ट प्रकारची समीकरणे अगदी जलद सोडवू शकतात.
१. क्रिप्टोग्राफी आणि सुरक्षा : क्वाँटम कॉम्प्युटर्स आज वापरात असलेल्या काही एन्क्रिप्शन पद्धती (जसे RSA, ECC Algorithms चांगल्या प्रकारे तोडू शकतात, म्हणून “क्वाँटम‑रेझिस्टंट” क्रिप्टोग्राफी आणि क्वाँटम‑की डिस्ट्रिब्युशन (QKD)चा विकास होत आहे. २. औषधनिर्मिती आणि जैविक संशोधन अणू‑आणि रेणूस्तरीय प्रणाली (molecules)ची अत्यंत अचूक सिम्युलेशन शक्य होते, ज्यामुळे नवीन औषधांचे डिझाइन, कॅन्सर थेरपी आणि रोगांचे उद्भव कमी वेळात शोधण्यास मदत होते. ३. वित्त आणि गोल्ड डेटा विश्लेषण पोर्टफोलिओ ऑप्टिमायझेशन, रिस्क मॉडेलिंग, फ्रॉड डिटेक्शन आणि बाजाराचे जटिल मॉडेल सोडवण्यास पर्यायी अल्गोरिदम वापरता येतील. ४. लॉजिस्टिक्स, सप्लाय चेन आणि रूट ऑप्टिमायझेशन ट्रान्सपोर्ट रूट्स, वेअरहाऊस लोकेशन, शिपिंग शेड्यूल अशा बहू‑परिमाणीय ऑप्टिमायझेशन प्रॉब्लेम्स जलदगतीने सोडवण्यासाठी क्वाँटम अल्गोरिदम वापरले जातील. ५. सामग्री विज्ञान आणि नवीन पदार्थांचा शोध नवीन कॅटलिस्ट, बॅटरी मटेरियल, सुपरकंडक्टर्स आणि नवीन रसायनांचा गुणधर्म शोधण्यासाठी क्वाँटम सिम्युलेशन वापरता येईल. ६. आर्टिफिशियल इंटेलिजेन्स आणि मशीन लर्निंग जास्त मात्रेतील डेटा सेट्स आणि कॉम्प्लेक्स पॅटर्न ओळखण्यासाठी क्वाँटम‑एन्हान्स्ड अल्गोरिदम त्वरित गणना करू शकतात. ७. हवामान आणि पर्यावरण मॉडेलिंग
हवामान बदल, पावसाचे रूटीन, ऊर्जा नेटवर्क आणि पाणी‑वापर मॉडेल जसे अत्यंत जटिल सिस्टम अधिक अचूकपणे सिम्युलेट करण्यास मदत होईल. क्वाँटम कॉम्प्युटर्स अजूनही विकासात असले तरी, त्यांची खास उपयुक्तता अशा क्षेत्रांमध्ये आहे जिथे माहिती प्रचंड प्रमाणात आहे, निर्णय घेणे अत्यंत जटील आहे आणि जुन्या कॉम्प्युटर्सना अनेक वर्षे घेऊ शकतील अशा गणना करण्याकरिता क्वाँटम कॉम्प्युटर्स आवश्यक आहेत.
क्वाँटम कॉम्प्युटर्सच्या विकासात येणाऱ्या काही अडचणी खालील प्रमाणे आहेत.
१. क्वाँटम कॉम्प्युटर्सकरिता लागणारी ऊर्जा, २. आवश्यक असणारे अत्यंत थंड तापमान ३. डेकोहेरन्स - डेकोहेरन्स म्हणजे क्वाँटम सिस्टममधील कोहरेन्स किंवा एकत्रित अवस्था बाह्य पर्यावरणाशी (उदा. उष्णता, किरण) संवादामुळे गमावली जाणे. यामुळे क्वाँटम माहिती क्लासिकल माहितीत बदलते, ज्यामुळे क्वाँटम संगणकांसारख्या तंत्रज्ञानांना आव्हान निर्माण होते. ४. त्रुटी सुधारणा आणि स्केलेबिलिटी यांसारख्या मुख्य अडचणी आहेत. ही आव्हाने हाताळण्यासाठी संशोधक अविरत प्रयत्नरत आहेत.
येत्या ३ ते ५ वर्षांत क्वाँटम कॉम्पुटर्स वापरात येतील असा विश्वास वाटतो.
