ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടർ എപ്പോൾ നമ്മുടെ വീട്ടിലെത്തും?

ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടർ നമുക്ക് വീട്ടിൽ ഉപയോഗിക്കാനാകുമോ? എപ്പോഴാണ് നമുക്ക് ഈ സാങ്കേതികവിദ്യ ഉപയോഗിക്കാൻ കഴിയുക? അത് സാധ്യമായാൽ ഇന്റർനെറ്റ് സ്പീഡ് കൂടുമോ?

"ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടർ വന്നു, ഇനി ലോകം മാറും", "അതിന്റെ വരവ് ഇന്നുള്ള കമ്പ്യൂട്ടറുകളെ റീപ്ലേസ് ചെയ്യും", "എല്ലാവർക്കും വാങ്ങാൻ കഴിയുന്ന കാലം വിദൂരമല്ല" തുടങ്ങി നിരവധി തലക്കെട്ടുകളിൽ വന്ന വാർത്തകളിലൂടെ 'ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടർ' എന്ന പദം നിങ്ങൾ പരിചയപ്പെട്ട് കാണും. അതിശയോക്തി കലർത്തിയ ഈ വാർത്തകളാണോ സത്യം? കാര്യങ്ങൾ അൽപം വ്യത്യസ്തമാണ്.

കത്തിയും ചുറ്റികയും തമ്മിലുള്ള വ്യത്യാസമാണ് ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടറും ക്ലാസിക്കൽ കമ്പ്യൂട്ടറും തമ്മിൽ! ക്ലാസിക്കൽ കമ്പ്യൂട്ടർ കത്തി പോലെയാണ്, കത്തികൊണ്ട് നമുക്ക് പച്ചക്കറി മുറിക്കാം, പഴങ്ങൾ അരിയാം, പേപ്പർ മുറിക്കാം, അതായത്, ദൈനംദിന ആവശ്യങ്ങൾക്ക് എന്തിനും എളുപ്പത്തിൽ ഉപയോഗിക്കാം. എന്നാൽ ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടർ ചുറ്റിക പോലെയാണ്, ചുറ്റിക കൊണ്ട് ആണിയടിക്കുന്നത് പോലെ ചില കാര്യങ്ങൾ മാത്രം ചെയ്യാൻ കഴിയും. അതായത് നമ്മൾ ഇന്ന് ഉപയോഗിക്കുന്ന ക്ലാസ്സിക്കൽ കമ്പ്യൂട്ടറുകൾ, ലാപ്‌ടോപ്പുകൾ, സ്മാർട്ട് ഫോണുകൾ അവയ്ക്ക് ചെയ്യാൻ കഴിയുന്ന കാര്യങ്ങൾ ചെയ്യാൻ അല്ല ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടർ നിർമ്മിക്കുന്നത്. അവ കൊണ്ട് നമ്മുടെ ദൈനംദിന കാര്യങ്ങൾ, ഉദാ: ഇൻറർനെറ്റ് ബ്രൗസിങ്, ഗെയിമിങ്, എഡിറ്റിങ് ഒന്നും ചെയ്യാനാകില്ല. മാത്രമല്ല, വീട്ടിൽ വാങ്ങി വെക്കാനും കഴിയില്ല!

ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടറിനെക്കുറിച്ച് പറയും മുൻപ് ക്വാണ്ടം ലോകത്തെ കുറിച്ച് നമ്മളറിയണം. നമ്മൾ കാണുന്ന ഈ ലോകം വലുതാണ്, അതുപോലെ ചെറിയ ഒരു ലോകവുമുണ്ട്. അവിടെ ആറ്റങ്ങളും (Atoms) കണികകളും (Particles) മാത്രമേ ഉള്ളൂ. ഈ ചെറിയ ലോകത്തെ ക്വാണ്ടം വേൾഡ് (Quantum World) എന്ന് വിളിക്കാം. അവിടെ നമ്മൾ കാണുന്ന ഈ വലിയ ലോകത്തിന്റേതായ നിയമങ്ങൾ ഒന്നുമല്ല ഉള്ളത്. നമ്മുടെ വലിയ ലോകത്ത്, ഒരു പന്ത് ഒരേസമയം ഒരിടത്ത് മാത്രമേ ഉണ്ടാകൂ, ഒന്നുകിൽ ഗ്രൗണ്ടിൽ അല്ലെങ്കിൽ ബാഗിൽ. പക്ഷേ, ക്വാണ്ടം ലോകത്ത്, കണികകൾക്ക് "വിചിത്രമായ" നിയമങ്ങളാണ്, ഒരു കണിക ഒരേസമയം പല ഇടങ്ങളിൽ ഉണ്ടാകാം! ഇതിനെ "സൂപ്പർപൊസിഷൻ" (Superposition) എന്ന് പറയുന്നു. പക്ഷെ രസമതല്ല, നമ്മൾ കണികയെ അതെവിടെയാണ് എന്ന് നിരീക്ഷിക്കുമ്പോൾ അതൊരിടത്ത് മാത്രം നിൽക്കുകയും നിരീക്ഷിക്കാത്തപ്പോൾ പലയിടങ്ങളിൽ ഒരേ സമയം ഉണ്ടാവുകയും ചെയ്യും. അതുപോലെ മറ്റൊന്നാണ് ക്വാണ്ടം എന്‍റാംഗിൾമെന്‍റ് (Quantum Entanglement). രണ്ട് കണികകൾ തമ്മിലുള്ള ഒരു പ്രത്യേക ബന്ധമാണ് ഇത്, പ്രണയിതാക്കളെ പോലെ! ഈ ബന്ധം കാരണം, ഒരു കണികയിൽ എന്തെങ്കിലും മാറ്റം വരുത്തിയാൽ, മറ്റേ കണികയിലും തൽക്ഷണം മാറ്റം വരും. ഈ കണികകൾ തമ്മിൽ എത്ര അകലമുണ്ടെങ്കിലും ഈ പ്രതിഭാസം സംഭവിക്കും. അത്ഭുതകരമല്ലേ? ചെറിയ ലോകം അങ്ങനെയാണ് നമ്മുടെ യുക്തിക്കും അപ്പുറം അവിടെ പലതും നടക്കും. ക്വാണ്ടം ലോകത്തെ കണികകൾ ഉപയോഗിച്ച് ഉണ്ടാക്കുന്ന ചില പ്രത്യേക തരം കണക്കുകൾ മാത്രം കൈകാര്യം ചെയ്യാൻ വേണ്ടി നിർമ്മിക്കുന്ന ഒന്നാണ് ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടർ.

നമ്മൾ സംസാരിക്കുന്ന ഭാഷ കമ്പ്യൂട്ടറുകൾക്ക് മനസ്സിലാകില്ല. അവയ്ക്ക് 0, 1 എന്ന അക്കങ്ങൾ മാത്രമേ മനസ്സിലാകൂ. ക്ലാസിക്കൽ കമ്പ്യൂട്ടറിന്റെ ഭാഷയിലെ ഏറ്റവും ചെറിയ അക്ഷരമാണ് "ബിറ്റ്". ഒരു ബിറ്റ് എന്നത് ഒരു "ലൈറ്റ് സ്വിച്ച്" പോലെയാണ്, ഒന്നുകിൽ "ഓൺ (1)", അല്ലെങ്കിൽ "ഓഫ് (0)". അതായത്, ഒരു ബിറ്റ് എന്നത് കമ്പ്യൂട്ടറിന് മനസ്സിലാകുന്ന ഏറ്റവും ചെറിയ വിവരമാണ്. കമ്പ്യൂട്ടറിലെ എല്ലാ വിവരങ്ങളും, ചിത്രങ്ങൾ, വീഡിയോകൾ, എഴുത്തുകൾ ഒക്കെ ഈ ബിറ്റുകൾ ഉപയോഗിച്ചാണ് സൂക്ഷിക്കുന്നത്.

ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടിംഗിന്റെ അടിസ്ഥാന യൂനിറ്റാണ് ക്യൂബിറ്റ് (Qubit). ക്യൂബിറ്റുകൾ ആറ്റങ്ങൾ, അയോണുകൾ, ഫോട്ടോണുകൾ തുടങ്ങിയ കണികകൾ ഉപയോഗിച്ചാണ് നിർമ്മിക്കുന്നത്. സാധാരണ കമ്പ്യൂട്ടറുകളിൽ വിവരങ്ങൾ സൂക്ഷിക്കുന്നത് ബിറ്റുകൾ ഉപയോഗിച്ചാണല്ലോ. ബിറ്റുകൾക്ക് 0 അല്ലെങ്കിൽ 1 എന്നീ രണ്ട് അവസ്ഥകളിൽ ഏതെങ്കിലും ഒന്നിൽ മാത്രമേ സ്ഥിതി ചെയ്യാൻ സാധിക്കൂ. എന്നാൽ ക്യൂബിറ്റുകൾക്ക് 0, 1 എന്നീ അവസ്ഥകളിൽ ഒരേസമയം സ്ഥിതി ചെയ്യാൻ സാധിക്കും. ഒരു കണിക ഒരേസമയം പല ഇടങ്ങളിൽ ഉണ്ടാകാം എന്നും ഇതിനെ "സൂപ്പർപൊസിഷൻ" (Superposition) എന്ന് വിളിക്കുമെന്നും പറഞ്ഞല്ലോ, ഈ സവിശേഷത ഉപയോഗിച്ചാണ് ക്യൂബിറ്റ് ഇത് സാധിക്കുന്നത്. അതുപോലെ ക്വാണ്ടം എന്‍റാംഗിൾമെന്‍റ് ഉപയോഗിച്ച് ഒരു ക്യൂബിറ്റിന്റെ അവസ്ഥ മറ്റൊരു ക്യൂബിറ്റിന്റെ അവസ്ഥയുമായി ബന്ധപ്പെടുത്താനും കഴിയും. ഈ ഗുണങ്ങൾ കാരണം, ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടറുകൾക്ക് ചില പ്രത്യേകതരം കണക്കുകൂട്ടലുകൾ വളരെ വേഗത്തിൽ നടത്താൻ കഴിയും. ക്ലാസിക്കൽ കമ്പ്യൂട്ടറുകൾക്ക് ആയിരക്കണക്കിന് വർഷങ്ങൾ എടുക്കുന്ന കണക്കുകൂട്ടലുകൾ ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടറുകൾക്ക് സെക്കന്റുകൾ കൊണ്ട് പൂർത്തിയാക്കാൻ കഴിഞ്ഞേക്കാം. എന്നാൽ, ക്ലാസിക്കൽ കമ്പ്യൂട്ടറുകൾ ചെയ്യുന്ന ലളിതമായ കണക്കുകൂട്ടലുകൾ ഇതിൽ ചെയ്യാൻ കഴിയില്ല.

ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടറുകൾക്ക് സാധിക്കുന്ന കാര്യങ്ങൾ എന്തൊക്കെയാണെന്ന് നോക്കാം. ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടറുകൾക്ക് തന്മാത്രകളുടെ ഘടനയും രാസപ്രവർത്തനങ്ങളും വളരെ കൃത്യമായി അനുകരിക്കാൻ (Simulate) കഴിയും. ഉദാഹരണത്തിന്, പുതിയ ബാറ്ററി സാമഗ്രികൾ, കൂടുതൽ ഫലപ്രദമായ സൗരോർജ്ജ പാനലുകൾ, അല്ലെങ്കിൽ പുതിയ മരുന്നുകൾ എന്നിവ രൂപകൽപ്പന ചെയ്യാൻ ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടറുകൾ ഉപയോഗിക്കാം. ഈ മേഖല ക്ലാസിക്കൽ കമ്പ്യൂട്ടറുകൾക്ക് വളരെ ബുദ്ധിമുട്ടാണ്, കാരണം തന്മാത്രകളുടെ ക്വാണ്ടം അവസ്ഥകൾ കണക്കാക്കാൻ അവയ്ക്ക് കഴിയില്ല. പുതിയ മരുന്നുകൾ കണ്ടെത്തുന്നതിന്, ഒരു തന്മാത്ര എങ്ങനെയാണ് മറ്റൊരു തന്മാത്രയുമായി പ്രതിപ്രവർത്തിക്കുന്നത് എന്ന് കൃത്യമായി മനസ്സിലാക്കേണ്ടതുണ്ട്. ഈ പ്രക്രിയ ക്ലാസിക്കൽ കമ്പ്യൂട്ടറുകൾക്ക് വളരെ സമയമെടുക്കുന്നതാണ്, പക്ഷേ ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടറുകൾക്ക് ഇത് വേഗത്തിൽ ചെയ്യാൻ കഴിയും. ഉദാഹരണത്തിന്, കാൻസർ, അൽഷിമേഴ്സ് പോലുള്ള രോഗങ്ങൾക്ക് പുതിയ ചികിത്സകൾ കണ്ടെത്താൻ ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടറുകൾ സഹായിച്ചേക്കാം.

ഇന്ന് നമ്മൾ ഉപയോഗിക്കുന്ന പല സുരക്ഷാ സംവിധാനങ്ങളും (ഉദാ: ബാങ്ക് ട്രാൻസാക്ഷനുകൾ) ചില ഗണിത പ്രശ്നങ്ങളെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയാണ് പ്രവർത്തിക്കുന്നത്. ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടറുകൾക്ക് ഫാക്ടറിങ് ഒക്കെ വേഗത്തിൽ ചെയ്യാൻ കഴിയും എന്നത് കൊണ്ട് ഇത് പുതിയ ക്വാണ്ടം ക്രിപ്റ്റോഗ്രഫി (ഉദാ: Quantum Key Distribution) വികസിപ്പിക്കാൻ സഹായിക്കും.

ഇതൊക്കെ പറയുമ്പോഴും, ഈ പറഞ്ഞ കാര്യങ്ങളൊക്കെ ചെയ്യാൻ മാത്രം കഴിവുള്ള ഒരു ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടർ ചെറിയ സമയം ഉണ്ടാക്കാൻ സാധിക്കില്ല. അതിനിനിയും വർഷങ്ങളോ, പതിറ്റാണ്ടുകളോ എടുത്തേക്കാം. അതിന്റെ കാരണങ്ങൾ ഇനി വിശദമാക്കാം.

ഒരു ഉപയോഗപ്രദമായ ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടർ നിർമ്മിക്കാൻ, ആയിരക്കണക്കിന് ക്യൂബിറ്റുകൾ ഒരുമിച്ച് സ്ഥിരതയോടെ പ്രവർത്തിപ്പിക്കേണ്ടതുണ്ട്, എന്നാൽ ഇന്ന് നമുക്ക് 100-നടുത്ത് ക്യൂബിറ്റുകൾ മാത്രമേ സ്ഥിരതയോടെ നിർമ്മിക്കാൻ കഴിഞ്ഞിട്ടുള്ളൂ. ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടറുകളുടെ അടിസ്ഥാന യൂനിറ്റായ ക്യൂബിറ്റുകൾ വളരെ വേഗം നശിച്ചു പോകാൻ സാധ്യത ഉള്ളതാണ്. അവയുടെ "സൂപ്പർപൊസിഷൻ", "എൻടാംഗിൾമെന്റ്" എന്നീ ഗുണങ്ങൾ അന്തരീക്ഷത്തിലെ താപനിലയിൽ വരുന്ന ചെറിയ മാറ്റങ്ങൾ, വൈദ്യുത കാന്തിക ശബ്ദങ്ങൾ എന്നീ കാരണങ്ങൾ കൊണ്ട് നഷ്ടപ്പെട്ടേക്കാം. ഈ പ്രശ്നത്തെ "ഡീകോഹെറൻസ്" (Decoherence) എന്ന് വിളിക്കുന്നു. ഇത് തടയാൻ ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടറുകൾ അത്യന്തം താഴ്ന്ന താപനിലകളിൽ (Absolute Zero-നോട് അടുത്ത്, -273°C) പ്രവർത്തിപ്പിക്കേണ്ടതുണ്ട്, ഇത് വളരെ ചെലവേറിയതും സങ്കീർണ്ണവുമാണ്. ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടറുകൾ നിർമ്മിക്കാനും പ്രവർത്തിപ്പിക്കാനും വലിയ ലാബുകൾ, സങ്കീർണ്ണ ഉപകരണങ്ങൾ, വൻ തുക മുതൽമുടക്ക് എന്നിവ ആവശ്യമാണ്. ഇവ ഒരിക്കലും "വീട്ടിൽ വാങ്ങി വെക്കാവുന്ന" ഉപകരണങ്ങളാകില്ല.

ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടറുകളിൽ കണക്കുകൂട്ടലുകൾ നടത്തുമ്പോൾ പിഴവുകൾ (Errors) വരാനുള്ള സാധ്യത വളരെ കൂടുതലാണ്. ഈ പിഴവുകൾ തിരുത്താൻ "ക്വാണ്ടം എറർ കറക്ഷൻ" (Quantum Error Correction) എന്ന സാങ്കേതികവിദ്യ വേണം, പക്ഷേ ഇത് ഇപ്പോഴും വികസന ഘട്ടത്തിലാണ്.

ഭാവിയിൽ, പുതിയ മരുന്നുകൾ, ചികിത്സകൾ, പുതിയ സുരക്ഷിതമായ ക്രിപ്റ്റോഗ്രഫി എന്നീ മേഖലകളിൽ ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടറുകൾ വലിയ മാറ്റങ്ങൾ കൊണ്ടുവന്നേക്കാം. എന്നാൽ, ഈ "ഭാവി" എപ്പോൾ എത്തും എന്നത് ആർക്കും ഉറപ്പിച്ച് പറയാൻ കഴിയില്ല. ശാസ്ത്രജ്ഞരുടെ അഭിപ്രായത്തിൽ, ഉപയോഗപ്രദമായ ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടറുകൾ വികസിപ്പിക്കാൻ 10 മുതൽ 30 വർഷം വരെ എടുത്തേക്കാം, അല്ലെങ്കിൽ അതിലും കൂടുതൽ.