क्वांटम कंप्यूटरः अनंत शक्ति की प्रतीक्षा में

अतनू विश्वास

कंप्यूटर जिस भाषा को समझते हैं उसे ‘बिट’ कहा जाता है, जो ‘बाइनरी डिजिट’ का संक्षिप्त रूप है। जिसे शून्य (0) और एक (1) से व्यक्त किया जाता है। ये एक गोले के दो ध्रुवों के समान हैं। लेकिन क्वांटम कंप्यूटर गोले पर अन्य बिंदु भी ले सकते हैं। क्वांटम बिट्स या ‘क्यूबिट’ की अवधारणा, जिनकी संख्या 2 की घातों के साथ तेजी से बढ़ती है। उदाहरण के लिए, 2 क्यूबिट 00, 01, 10 और 11 – इन चार को धारण कर सकते हैं। इसी प्रकार, 100 क्यूबिट के साथ, संभावनाओं की संख्या 2 की घात 100 होती है, जो 1 के बाद 30 शून्य होने पर होने वाली संख्या से अधिक है। लेकिन गति ही एकमात्र चीज़ नहीं है। यद्यपि क्यूबिट तेजी से काम करते हैं, फिर भी त्रुटियों की संभावना बढ़ जाती है। इसमें एकत्रित त्रुटियों की मात्रा इसे सामान्य कम्प्यूटर चिप से भी बदतर बना सकती है। यद्यपि क्वांटम कंप्यूटर के संभावित अनुप्रयोग, जैसे कि एक पल में सात-पहिया यान की सुरक्षा को तोड़ना या सूचना के सागर को मंथन करके अकल्पनीय गति से अमृत निकालना, अनंत हैं, इसलिए उनका संभावित व्यावसायिक दायरा भी असीमित है।

1980 के दशक के प्रारंभ से ही रिचर्ड फेनमैन और डेविड डॉयच जैसे भौतिक विज्ञानी अति तीव्र क्वांटम कम्प्यूटेशन की संभावना के बारे में बात करते रहे हैं। फिल्म स्नीकर्स के रिलीज होने के दो साल बाद, 1994 में, अमेरिकी गणितज्ञ पीटर शोर ने क्वांटम कंप्यूटर के लिए आवश्यक अंकों की संख्या की गणना की। देश-विदेश के प्रौद्योगिकीविद इसे वास्तविकता बनाने के लिए उत्सुक हो गए। गूगल, आईबीएम, इंटेल और माइक्रोसॉफ्ट जैसी कंपनियां क्वांटम भूलभुलैया के रहस्यों को सुलझाने में जुट गईं।
लेकिन किसी ने भी सुपर कंप्यूटर को 10 सेप्टिलियन वर्षों तक नहीं चलाया है। इसके बजाय, उन्होंने कठिन कार्य के लिए समय की गणना आसान कार्य के अनुपात में की। इस संदर्भ में, निस्संदेह, गूगल की ‘साइकैमोर’ क्वांटम चिप ध्यान में आती है। 2019 में, गूगल ने यह 53-क्यूबिट क्वांटम चिप पेश की, जो एक क्लासिकल कंप्यूटर का काम 200 सेकंड में कर सकती है, जिसमें 10,000 साल लगेंगे। 2022 के शोध पत्र में, चीनी शोधकर्ताओं की एक टीम ने दिखाया कि साधारण कंप्यूटरों की गणना के तरीके को बदलकर, वे साइकैमोर की तुलना में तेजी से काम कर सकते हैं। ‘विलो’ के बारे में भी ऐसी शंकाएं होंगी।

एक क्वांटम कंप्यूटर को ठीक से काम करने के लिए कितना शक्तिशाली होना चाहिए, और यह हमें कब मिलेगा, ये दो महत्वपूर्ण प्रश्न हैं। विलो की घोषणा के एक महीने बाद, एनवीडिया के सीईओ जेन्सन हुआंग ने कहा कि व्यावहारिक क्वांटम कंप्यूटर आने में अभी भी 15 से 30 साल लगेंगे। खैर, सिर्फ इस एक बयान के कारण, क्वांटम-संबंधित कंपनियों के शेयर की कीमतों में लगभग 40% की गिरावट आई, जिससे लगभग 8 बिलियन डॉलर का नुकसान हुआ। लेकिन क्यों? क्या लोगों ने सोचा था कि गुंटर यानिक द्वारा उस छोटे से डिब्बे में रखी गई ‘चिप’ लगभग हमारी जेब तक पहुंच गई थी? क्या यह अभिव्यक्ति यह सुनने से आई है कि इसे पाने के लिए बहुत देर हो चुकी है? लेकिन मार्क जुकरबर्ग जैसे विशेषज्ञ भी हुआंग से सहमत हैं।

वास्तव में, कई विशेषज्ञ कह रहे हैं कि सुविधाजनक क्वांटम कंप्यूटर आने में अभी 20-30 वर्ष लगेंगे। दिलचस्प बात यह है कि वे पिछले 25 वर्षों से इसी समय-सीमा की भविष्यवाणी करते आ रहे हैं। हालाँकि, सबसे अधिक सतर्क लोगों का मानना है कि ऐसा क्वांटम चिप हमारे जीवनकाल में नहीं आएगा।

वास्तव में, क्वांटम चिप्स की वर्तमान स्थिति को कार्य करने के लिए परम शून्य के करीब तापमान की आवश्यकता होती है। इसके लिए बड़ी मात्रा में पूंजी निवेश की आवश्यकता होती है, साथ ही परिचालन लागत भी होती है – जिसे ‘कैपेक्स’ और ‘ओपेक्स’ कहा जाता है। इसलिए यह कल्पना करना आसान है कि निकट भविष्य में क्वांटम कंप्यूटर हमारी जेब में नहीं होंगे। लगभग सात दशक पहले जब भारत का पहला कंप्यूटर कोलकाता स्थित भारतीय सांख्यिकी संस्थान में आया था, तो वह एक विशाल मशीन थी। जब हम छोटे थे तब भी कंप्यूटर कक्ष को बहुत ठंडा रखना पड़ता था और हमें अन्दर जाने के लिए अपने जूते उतारने पड़ते थे। वहां से लेकर आज के छोटे, आधुनिक लैपटॉप या टैबलेट तक, जो धूल, तापमान और आर्द्रता को सहन कर सकते हैं, तथा यात्रा के दौरान काम करने के लिए उपयुक्त हैं। विकास की यात्रा एक दिन की यात्रा नहीं है। इसी प्रकार, यह स्वाभाविक है कि क्वांटम कंप्यूटर को विकसित होने और गुंटर यानिक के छोटे से बॉक्स में रखे जाने लायक बनने में काफी समय लगेगा।

क्वांटम कंप्यूटर के दो मुख्य आवश्यक पैरामीटर हैं, इसमें मौजूद क्यूबिट की संख्या और यह अपने बुनियादी संचालन में कितना सटीक है। जेन्सन हुआंग का कहना है कि आज के क्वांटम कंप्यूटरों को कार्यात्मक होने के लिए कम से कम दस लाख गुना अधिक क्यूबिट की आवश्यकता होती है। यह गणना बहुत गलत नहीं हो सकती। क्वांटम जर्नल में 2021 में प्रकाशित एक शोध पत्र के अनुसार, किसी भी 2048-बिट संख्या के गुणनफल का विश्लेषण करने के लिए 20 मिलियन क्यूबिट वाले क्वांटम कंप्यूटर की आवश्यकता होती है।

लेकिन ऐसा कौशल कब आएगा? इसका उत्तर जानने के लिए मूर के नियम का उपयोग किया जा सकता है। मूर का नियम प्रौद्योगिकी के विभिन्न क्षेत्रों में अजीब तरीके से काम करता है। इस सूत्र के अनुसार, प्रौद्योगिकी का विकास लगभग हर दो वर्ष में दोगुना हो जाता है। गुणात्मक प्रगति के साथ आगे बढ़ना। यदि इस सूत्र को क्वांटम कंप्यूटिंग पर लागू किया जाए तो एक मिलियन क्यूबिट प्राप्त करने में 2050 का समय लगेगा। आईबीएम ने पिछले वर्ष कहा था कि वह 2033 तक 100,000 क्यूबिट्स की क्षमता हासिल कर सकता है। फिर भी, दस लाख क्यूबिट तक पहुंचने में लगभग 2050 वर्ष लगेंगे।

लेकिन यह कितना आसान है? यदि किसी कार्य के लिए 1000 क्यूबिट की आवश्यकता है, तो सटीक गणना के लिए, सतत चरों की संख्या, जो 2 की घात 1000 हो, को नियंत्रण में रखना होगा। फ्रांस के सीएनआर विश्वविद्यालय मौपोली के मिखाइल डायकोनोव ने 2019 में सॉलिड-स्टेट इलेक्ट्रॉनिक्स पत्रिका में एक पेपर लिखा था। डायकोनोव ने ‘क्वांटम कंप्यूटर कब होगा?’ शीर्षक से एक दिलचस्प समानांतर घटना का वर्णन किया है। वह लिखते हैं कि साइकिल चलाते समय, थोड़ा सीखने के बाद, हम तीन प्रकार की स्वतंत्रता को नियंत्रित कर सकते हैं: गति, दिशा और सड़क के साथ हमारे शरीर का कोण। सर्कस में एक साइकिल पर प्रदर्शन करने वाला व्यक्ति चार प्रकार की स्वतंत्रता को नियंत्रित करता है। एक साइकिल में जोड़ों की संख्या उतनी होती है जो साइकिल के एक भाग को दूसरे के सापेक्ष स्वतंत्र रूप से घूमने की अनुमति देती है, जो 2 की घात 1000 होने पर होता है, लेकिन क्या कोई उस साइकिल को चला पाएगा? उन्होंने यह भी उत्तर दिया; उनका कहना है कि यह तभी संभव होगा जब भौतिक विज्ञानी और इंजीनियर स्वतंत्रता की इतनी बड़ी संख्या को नियंत्रित करना सीखेंगे। इसका मतलब यह है कि यह कभी संभव नहीं है, डायकोनोव कहते हैं! स्निकर्स फोटो में दिखाए गए छोटे बक्सों की तरह क्वांटम चिप्स को बनाने और उपयोग करने की क्षमता किसी दिन हासिल की जा सकती है। लेकिन यह निश्चित रूप से कल नहीं होगा। शायद यह परसों होगा।

लेखक खगोल विज्ञान विभाग, भारतीय सांख्यिकी संस्थान, कोलकाता में कार्यरत हैं।
आनंदबाजार पत्रिका से साभार