শিবঠাকুরের আপন দেশে আমাদের নিয়ে যাবে কম্পিউটার!

একটা ‘খুড়োর কল’ই আমাদের নিয়ে যাবে ‘আবোলতাবোলে’র দেশে!

আজ থেকে প্রায় বছর ষাটেক আগেকার কথা।

গত শতাব্দীর চল্লিশের দশকের সেই ‘গণক যন্ত্র’টি চেহারায় ছিল একেবারে দানবের মতো। আর আজকের মোবাইল ফোন আকারে কত ছোট হয়ে কী দ্রুতই না সব কাজ করে দেয়! কাজটা যে শুধুই খুব তাড়াতাড়ি করে দেয়, তা-ই নয়। অনেক বেশি কাজও করে দেয় এখনকার মোবাইল ফোন।

যত দিন যাচ্ছে, চেহারায় কম্পিউটার ততই ছোট হচ্ছে। আর তার কর্মক্ষমতাও আগের চেয়ে দ্রুত বেড়ে যাচ্ছে।

তবু, তার পরেও বিজ্ঞানের জটিলতম সমস্যাগুলোর জট খুলতে বিশ্বের এই মূহুর্তের সবচেয়ে দ্রুত কম্পিউটারেরও অসীম (ইনফাইনাইট) সময় লাগবে।

কোয়ান্টাম কম্পিউটার​ কী? দেখুন সহজে বোঝার ভিডিও।

কম্পিউটারের মূল গঠন-এককটাকে বলে- ‘ট্রানজিস্টর’। যারা একই ক্লাসিকাল মেকানিক্স বা নিউটনের গতিসূত্রের নিয়ম মেনে চলে। কোনও ট্রানজিস্টরের শুধুমাত্র দু’টি অবস্থা সম্ভব। একটি অবস্থা- ‘১’। অন্যটি- ‘০’। যেখানে ‘১’ মানে হল- ‘সুইচ অন’ আর ‘০’ বলতে বোঝায়- ‘সুইচ অফ’।

‘১’ বা ‘০’-র মাধ্যমে যে কোনও তথ্যকে (ডেটা বা ইনফর্মেশন) প্রকাশ করার পদ্ধতিটার না্ম- ‘বাইনারি ল্যাঙ্গোয়েজ’। যার একক হল- 'Bit' (বিট)। আমরা কম্পিউটারে যে কাজই করি না কেন, কমপিউটার সেই সব কিছুকেই ‘১’ বা ‘০’-র মাধ্যমে বুঝতে পারে। আর সেটা করার জন্য কম্পিউটার একটি সুনির্দিষ্ট গাণিতিক পদ্ধতি বা অ্যালগরিদম ব্যবহার করে। গত শতকের পঞ্চাশের দশকে আবিষ্কৃত ট্রানজিস্টর এখন এতটাই আধুনিক আর ক্ষুদ্রতর হয়েছে যে, আমাদের হাতের নখ যতটুকু হয়, সেই জায়গায় ইন্টিগ্রেটেড সার্কিটে কয়েক কোটি ট্রানজিস্টর জায়গা করে নিতে পারে।

বিষয়টা আরেকটু সহজে বুঝে নেওয়া যাক।

ভারতের প্রথম ডিজিটাল কম্পিউটারের উদ্বোধনে তদানীন্তন প্রধানমন্ত্রী নেহরু।

৫১২ এমবি (মেগাবাইট) স্টোরেজ স্পেসওলা কোনও পেন-ড্রাইভে একটা স্ট্যাম্পের সাইজের ‘চিপ’-এ কত ‘বাইট’ বা ‘বিট’ তথ্য রাখা যায়, জানেন?

৫৩,৬৮,৭০,৯১২ ‘বাইট’ বা ৪২৯,৪৯,৬৭,২৯৬ ‘বিট’ তথ্য রাখা যায়। যার জন্য ঠিক ততগুলোই ট্রানজিস্টর প্রয়োজন! ভাবুন! কত শত জটিলতা! যত বেশি তথ্য, তত বেশি ট্রানজিস্টর! যত জটিল অঙ্ক, তত বেশি সিঁড়ি ভাঙ্গা আর ততই লাগবে বেশি সময়! এই সীমাবদ্ধতাই কম্পিউটারের গতিকে আর তার স্মৃতিকে (মেমরি) সীমাবদ্ধ করে দেয়।

আরও পড়ুন- আইনস্টাইনের ‘মান’ বাঁচালেন বারাসতের ছেলে!

ট্রানজিস্টর যতই ক্ষুদ্র থেকে ক্ষুদ্রতর হোক, কম্পিউটারে এখনও ক্ষুদ্রতর সেই জগতের নিয়ম আমরা ব্যবহার করি না। যে নিয়মের নাম- 'কোয়ান্টাম মেকানিক্স'। যেখানে 'শিবঠাকুরের আপন দেশে নিয়মকানুন সর্বনেশে!' সেই নিয়ম মেনে যদি কম্পিউটার কাজ করতো, তা হলে তার কাজ করার গতি কয়েক লক্ষ গুণ বেড়ে যেত। তবে এ কথাটা শুনতে যতটাই চমকদার হোক, ‘কোয়ান্টাম মেকানিক্সে’র জগৎটা যেন সুকুমার রায়ের সেই ‘আবোলতাবোল’-এর জগৎ! যার কোনও কিছুই আমাদের চেনা জগতের সঙ্গে মেলে না। ‘কোয়ান্টাম মেকানিক্সে’র জগতের সবচেয়ে গুরুত্বপুর্ণ এবং চমকে দেওয়ার মতো বৈশিষ্ট্য হল- সেখানে যে কোনও কণা একই সঙ্গে দু’টি জায়গায় থাকতে পারে। বা, একই সময়ে দু’রকম বিপরীত ধর্ম দেখাতে পারে। যেমন, একটা ‘কোয়ান্টাম বাল্ব’ একই সঙ্গে জ্বলা (‘অন’) এবং নেভা (‘অফ’) অবস্থায় থাকতে পারে! বা, একটি কোয়ান্টাম ঘড়ি একই সঙ্গে ঘড়ির কাঁটার দিকে আর তারা উল্টো দিকে চলতে পারে!

‘শিবঠাকুরের আপন দেশে’ কী সব ‘সর্বনেশে নিয়মকানুন’, ভাবুন!

‘দ্বিচারিতা’ও বলতে পারেন!

মনে হতেই পারে, এমন ‘দ্বি-সত্বা’ বা ‘মিশ্র-সত্বা’ দিয়ে কম্পিউটারের কি লাভ? লাভ-ক্ষতির সেই অঙ্কটা বিজ্ঞানীরা কষতে শুরু করেছিলেন গত শতাব্দীর ’৭০-এর দশক থেকেই। আইবিএমের পদার্থবিদ রল্ফ ল্যানডোয়ার জানালেন, তথ্যও এমনই একটি বাস্তব সত্বা, যা কিনা পদার্থবিদ্যার নিয়ম মেনে চলে। কোনও পদার্থ ধ্বংস হয়ে গেলে যেমন শক্তি জন্মায়, তেমনই গণনার সময় কমপিউটার যে তথ্য হারায়, তা সেই কম্পিউটারের শক্তিক্ষয়েরও অন্যতম কারণ। এই ধারণা থেকেই আইবিএমের গবেষক চার্লস বেনেট ১৯৭৬ সালে বললেন, কম্পিউটার বানাতে এমন একটি ‘একক’ বা ‘ইউনিট’ ব্যবহার করা যেতে পারে, যা প্রতিবর্তনযোগ্য উপায়ে (রিভার্সিব্‌ল প্রসেস)কাজ করতে পারবে। ‘কোয়ান্টাম কম্পিউটার’ নিয়ে গবেষণায় সেটাই ছিল প্রাথমিক পদক্ষেপ। একেই কাজে লাগিয়ে পরে ‘টোফ্‌লি গেট’ নামে ওই ধরনের একটি ‘একক’ বানানো হয়। পরে বিশ শতকের অন্যতম সেরা বিজ্ঞানী রিচার্ড ফাইনম্যান সেই পথটাই ছকে দিলেন, যাতে বানানো যেতে পারে ‘কোয়ান্টাম কম্পিউটার’। কয়েক বছর পর অক্সফোর্ড বিশ্ববিদ্যালয়ের ডেভিড ডয়েচ সেই পথটাকেই সাজিয়ে দিলেন আলোয় আলোয়! যাতে ‘কোয়ান্টাম কম্পিউটারে’র তাত্ত্বিক দিকটা আরও মজবুত হল।

আসলে ওই বিজ্ঞানীরা চেয়েছিলেন, অচেনা-অজানা একটি জগতের নিয়মকে অঙ্ক কষার সময় ব্যবহার করা যায় কি না, সেটা দেখতে।

একটি ‘ক্লাসিকাল বিট’ যেখানে ‘১’ বা ‘০’-র মাধ্যমে তথ্য নিয়ে কাজ করে, সেখানে ‘কোয়ান্টাম কম্পিউটারে’র একক- ‘কিউবিট’ (Qubit বা Qbit) ‘১’ বা ‘০’ ছাড়াও তাদের মিশ্র অবস্থাতেও তথ্য সংরক্ষণ করতে পারবে। এর মানেটা হল, একই সঙ্গে ‘১’ আর ‘০’-র মাঝে যে অসংখ্য সংখ্যা রয়েছে, তাদের মাধ্যমেও তথ্য রাখা যাবে কম্পিউটারে। তার ফলে কী হবে? এমন অসংখ্য ‘চ্যানেল’ বা পথ থাকার ফলে ‘কোয়ান্টাম কম্পিউটার’ অনেক তথ্য নিয়ে এক সঙ্গে কাজ করতে পারবে। ফলে, সমান্তরাল ভাবে একাধিক স্তরের অঙ্ক চলবে। তাতে অঙ্ক করার গতি (স্পিড) যেমন বাড়বে, তেমনই বেড়ে যাবে তথ্য রাখার জায়গাও (স্পেস বা স্টোরেজ ক্যাপাসিটি)। প্রযুক্তির ভাষায় একে বলে- ‘সমান্তরাল কম্পিউটিং’। যা একটি ক্লাসিকাল কম্পিউটারে ব্যবহার করতে একাধিক যন্ত্রের প্রয়োজন। অথচ সেটা শুধু একটা ‘কোয়ান্টাম কম্পিউটার’ দিয়েই হয়ে যাবে।

একটা উদাহরণ দিলে ব্যাপারটা বোঝা সহজ হবে। ধরা যাক, আমাদের কাছে একটি ‘বিট’ আছে। সনাতন পদ্ধতিতে তাতে একই সময়ে একটিই তথ্য রাখা যাবে। ‘০’ বা ‘১’। অথচ একটি ‘কিউবিটে’ ‘০’ আর ‘১’ ছাড়াও তাদের মাঝের অসংখ্য মিশ্র অবস্থায় তথ্য রাখা যেতে পারে। ধরা যাক, সেই তথ্যের ৫০ শতাংশ ‘০’ আর ৫০ শতাংশ ‘১’। বা, ৭৫ শতাংশ ‘০’ আর ২৫ শতাংশ ‘১’। আর ওই সব মিশ্রণই, একই সঙ্গে, বিজ্ঞানের ভাষায় যাকে বলা হয়- ‘সুপার পজিশন’। এরই সঙ্গে রয়েছে আরও একটি ধর্ম। ‘এনট্যাঙ্গলমেন্ট’। যে ক্ষেত্রে দুটি কণা নিজেদের সত্ত্বা হারিয়ে একে অপরের ওপর নির্ভরশীল হয়ে পড়ছে। যা ‘কোয়ান্টাম কম্পিউটারে’র ক্ষমতা আরও বাড়িয়ে তুলবে।

তা হলে এখনও কেন হল না ‘ কোয়ান্টাম কম্পিউটার’?

তা হলে বিজ্ঞানীরা এখনও ‘ কোয়ান্টাম কম্পিউটার’ বানিয়ে উঠতে পারলেন না কেন?

কারণ, সেখানে একটি বড় সমস্যা রয়েছে। সমস্যাটা কী? ‘কিউবিটে’ কিছু তথ্য দেওয়ার কিছুটা সময় পর সেটি বেশির ভাগ ক্ষেত্রেই পরিবেশের সঙ্গে বিক্রিয়া করে নষ্ট হয়ে যেতে পারে। যে সময় পর্যন্ত একটি ‘কিউবিটে’র তথ্য হারিয়ে যায় না, তাকে বলে- 'ক্ষয় সময়' (Decay Time বা, Relaxation Time) । একুশ শতকের গোড়ার দিককার গবেষণাগুলিতে ‘কিউবিটে’র ‘ক্ষয় সময়’ ছিল এক সেকেন্ডের দশ লক্ষ ভাগের এক ভাগের চেয়েও কম। ২০০৮ সালের গবেষণায় সেই সময় হয়ে দাঁড়াল- প্রায় ১.৭৫ সেকেন্ড। আর, একেবারে হালে তা বেড়ে দাঁড়িয়েছে খুব কম তাপমাত্রায় (শূন্য ডিগ্রি সেলসিয়াসের প্রায় ২৭৩ ডিগ্রি নীচে, মিলি-কেলভিন তাপমাত্রায়)প্রায় ৩ ঘন্টা। আর ঘরের তাপমাত্রায় প্রায় আধ ঘন্টা। একটি ‘কিউবিট’কে যাতে আরও অনেকটা সময় পর্যন্ত অপরিবর্তিত রাখা যায়, সেই গবেষণা এখন পুরোদমে চলছে। দ্বিতীয় কঠিন সমস্যাটা হল- যাতে নিয়ন্ত্রিত ভাবে দুই বা ততোধিক ‘কিউবিট’ পারে তথ্য আদানপ্রদান করতে।

‘কোয়ান্টাম স্টেট’ বানানোর সহজতর উপায় কী কী?

এখন প্রশ্নটা হল, ‘কোয়ান্টাম স্টেট’ তৈরি করার কি কোনও ভাল আর সহজতর উপায় আছে?

তার উত্তরটা লুকিয়ে রয়েছে অতি-পরিবাহী (Superconductor) শ্রেণির পদার্থে। যে ধরনের পদার্থের ‘গুণ’টা হল- একটি অতি-পরিবাহী'র বিশেষ কয়েকটি গুণকে যাতে একটি মাত্র ‘কোয়ান্টাম স্টেট’ হিসাবে গণ্য করা যায়। তারা যেন 'আবোলতাবোল'-এর দেশ থেকে বাস্তবের দুনিয়ায় চলে আসা কোনও 'খুড়োর কল'! ‘কোয়ান্টাম কম্পিউটারে’র কাজে অতি-পরিবাহীর একটি ধর্মকে ‘জোসেফসন এফেক্ট’ বলা হয়। ১৯৬২ সালে কেমব্রিজের বিজ্ঞানী ব্রায়ান ডেভিড জোসেফসন দেখিয়েছিলেন, দু’টি বিশাল অতি-পরিবাহী পদার্থকে একটি সূক্ষ অপরিবাহী বা পরিবাহী বা অতি-পরিবাহী দিয়ে জোড়া হলে দু’টি অতি-পরিবাহীর মধ্যে ‘ফেজ’ নামে একটি ‘কোয়ান্টাম স্টেটে’র ফারাক হয়। আর সেই ফারাকটা হয় বলেই তড়িৎ প্রবাহ হয়। ওই ‘সংযোগ’কেই বলা হয়- ‘জোসেফসন জাংশন’। এই ঘটনাটা ‘কোয়ান্টাম মেকানিক্সে’র এমনই একটি ‘প্রমাণ’, যা আমরা খালি চোখেই বুঝতে পারি। ‘জোসেফসন জাংশন’-এর অসরলরৈখিক ধর্মের জন্য ‘০’ আর ‘১’ হিসাবে চিহ্নিত অবস্থাদু’টিকে খুব সহজেই বাইরে থেকে নিয়ন্ত্রণ করা যায়। যা ‘কোয়ান্টাম কম্পিউটারে’ ব্যবহারের পক্ষে একেবারেই আদর্শ! তরিৎ-বিভব (Electric Field) প্রয়োগ করলে দু’টি অতি-পরিবাহীর মধ্যে ‘ফেজ’ নামে ‘কোয়ান্টাম স্টেটে’র একটি ফারাক হয়। যে ফারাকটা আবার সময়ের সঙ্গে সঙ্গে বদলে যায়। আর তার ফলে, বিদ্যুৎ কখনও সামনের দিকে, আবার তা কখনও পিছনের দিকে প্রবাহিত হয়। এই ‘ফেজ’ বা বিদ্যুতের পরিবর্তিত অভিমুখ বা বিদ্যুতের পরিবর্তিত প্রবাহের জন্য তৈরি হয় আলাদা আলাদা চৌম্বকক্ষেত্র। যার প্রত্যেকটিই একেকটি ‘কোয়ান্টাম স্টেট’ হিসেবে গণ্য হতে পারে। তাই একাধিক ‘জোসেফসন জাংশন’ জুড়ে জুড়ে একাধিক ‘কিউবিট’-ওলা কোনও একটি ‘সিস্টেম’ বানানো যেতে পারে।

দেখুন ‘জোসেফসন এফেক্ট’ সহজে বোঝার ভিডিও।

তবে ‘জোসেফসন জাংশন’ই ‘কোয়ান্টাম কম্পিউটারে’র ‘কিউবিট’ বানানোর এক ও একমাত্র পথ নয়। আলোর কণা 'ফোটন'-এর সমবর্তন (Polarization), একক ফোটন, ইলেকট্রনের ঘূর্ণি, অপটিক্যাল ল্যাটিসের আণবিক স্পিন, ‘কোয়ান্টাম বিন্দু'র (Quantum Dot) ঘূর্ণিও যথেষ্টই ফলপ্রসূ মাধ্যম, যা দিয়ে ‘কোয়ান্টাম কম্পিউটারে’র একক ‘কিউবিট’ তৈরি করা যায়।

কী কী কাজ করা যাবে ‘কোয়ান্টাম কম্পিউটার’ দিয়ে?

‘কোয়ান্টাম কম্পিউটার’ ঠিক ভাবে কাজ করা শুরু করলে, তা দিয়ে কী কী কাজ করা যাবে, সেটা নিয়েও ভাবনা-চিন্তা শুরু হয়ে গিয়েছে, পুরোদমে। সেটা কৃত্রিম বুদ্ধিমত্তা (Artificial Intelligence), ‘কোয়ান্টাম টেলিপোর্টেশান’ বা কোনও বস্তুর তৎক্ষণাৎ স্থানান্তকরণে সহায়ক হয়ে উঠবে কি না, হলে তা কতটা হবে, সেই সব নিয়ে ইতিমধ্যেই শুরু হয়ে গিয়েছে গবেষণা। তবে ‘কোয়ান্টাম কম্পিউটারে’র সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ ব্যবহারটা হবে যে কোনও কোয়ান্টাম ঘটনাকে বুঝতে। যেমন, রাসায়নিক বিক্রিয়া, জীবকোষের কার্যকলাপ, অণু-পরমাণুর বিভিন্ন ধর্মকে অনুকরণ করে গবেষণা করার কাজটা খুবই সহজ হয়ে উঠবে।

১৯৯৪ সালে বেল ল্যাবরেটরির বিজ্ঞানী পিটার শোর একটি অ্যালগরিদম বা গাণিতিক পদ্ধতি আবিষ্কার করেছিলেন। সেটা ছিল, ‘কোয়ান্টাম কম্পিউটার’কে ব্যবহার করে সংখ্যার উৎপাদক নির্ণয়ের পদ্ধতি।যা কিনা বিশাল বিশাল সংখ্যার উৎপাদক চোখের পলক পড়তে না পড়তেই বের করে দিতে পারবে। যার সুবিধাটা হল- যে কোনও সংখ্যার ধাঁধার জট (যেমন, ব্যাঙ্কের কার্ডের এনক্রিপ্‌শন) খুব কম সময়ে খুলে ফেলা যাবে।

শোর অ্যালগরিদম ব্যবহার করে ‘কোয়ান্টাম কম্পিউটারে’র পরীক্ষা'র যে যাত্রাটা শুরু হয়েছিল, তাতে ভারতও পিছিয়ে নেই। টাটা ইনস্টিটিউট অফ ফান্ডামেন্টাল রিসার্চ (টিআইএফআর), বিভিন্ন আইআইটি ও আইআইএসইআর-এ এটা নিয়ে পুরোদমে কাজ চলছে। এ দেশের বিজ্ঞানী লভকুমার গ্রোভারও ‘কোয়ান্টাম কম্পিউটারে’ ব্যবহার করার জন্য একেবারেই স্বতন্ত্র একটি গাণিতিক পদ্ধতি বা অ্যালগরিদম আবিষ্কার করেছেন। যা ‘ক্ল্যাসিকাল কম্পিউটারে’র চেয়ে অনেক গুণ বেশি ও অনেক বেশি দ্রুত গতিতে কাজ করার ক্ষমতা রাখে।

তবে ‘কোয়ান্টাম কম্পিউটার’ এখনও তার শৈশবেই রয়েছে। এখনও একটি পুরোদস্তুর কর্মক্ষম ‘কোয়ান্টাম কম্পিউটার’ বানাতে অনেক পথ পেরোতে হবে। অনেক বাধা অতিক্রম করতে হবে। আর বিজ্ঞানীদের ধারণা, সেটা করতে আরও ৪০ থেকে ১০০ বছর সময় লেগে যাবে।

ছবি ও ভিডিও সৌজন্য: টাটা ইনস্টিটিউট অফ ফান্ডামেন্টাল রিসার্চ।

টাটা ইনস্টিটিউট অফ ফান্ডামেন্টাল রিসার্চের আর্কাইভ।