क्वांटम कम्प्युटिंग... भविष्याकडे एक पाऊल!

जग आज तंत्रज्ञानाच्या एका निर्णयाक वळणावर उभे आहे. ज्या प्रकारे 20 व्या शतकात संगणकाने मानवी जीवनाची दिशा बदलली. त्याचप्रमाणे 21 व्या शतकात क्वांटम संगणन (Quantum Computing) ही संकल्पना संपूर्ण विज्ञान, उद्योग व अर्थव्यवस्थेला नवे वळण देणार आहे. 

याच पार्श्वभूमीवर अलीकडेच पहिला स्केलेबल अणु - आधारित (Atom-based) क्वांटम प्रोसेसर विकसित झाल्याची व त्याची फिडेलिटी तब्बल 99.99 टक्के असल्याची माहिती समोर आली आहे. ही केवळ वैज्ञानिक प्रगती नाही, तर क्वांटम संगणन प्रत्यक्ष वापराच्या उंबरठ्यावर पोहोचत असल्याचा ठोस पुरावा मानला जात आहे. 

सध्याचे संगणक 0 व 1 या दोन तत्त्वांवर चालते

आजपर्यं आपण वापरत असलेले पारंपरिक संगणक बिट्सवर आधारित असतात. म्हणजेच त्यात माहिती 0 किंवा 1 या दोनच अवस्थांमध्ये साठवली जाते. पण क्वांटम संगणक याहून पूर्णपणे वेगळ्या तत्त्वावर कार्य करतो. यात क्युबिट (Quantum Bit) नामक घटक वापरला जातो. क्युबिट एकाच वेळी 0 व 1 या दोन्ही अवस्थांमध्ये अस्तित्वात राहू शकतो. या वैशिष्ट्याला सुपरपोजिशन असे म्हणतात. यासोबतच एंटँग्लमेंट या संकल्पनेमुळे एक क्युबिट दुसऱ्या क्युबिटशी अतिशय खोल पातळीवर जोडले जाते. परिणामी, क्वांटम संगणक काही विशिष्ट प्रकारच्या समस्या पारंपरिकि संगणकापेक्षा लाखो पटीने वेगाने सोडवू शकतो. 

क्युबिट अत्यंत नाजूक असतात

पण ही अफाट क्षमता प्रत्यक्षात आणताना अनेक अडचणी येतात. क्युबिट अत्यंत नाजूक असतात. बाह्य तापमान, विद्युतचुंबकीय किरणे किंवा अगदी सूक्ष्म कंपनांचाही त्यांच्यावर परिणाम होतो. त्यामुळे गणनेदरम्यान काही चुका होण्याची शक्यता खूप जास्त असते. याच चुकांचे प्रमाण मोजण्यासाठी फिडेलिटी हा निकष वापरला जातो. फिडेलिटी म्हणजे क्वांटम ऑपरेशन किती अचूकपणे पार पडते याचे प्रमाण. जर फिडेलिटी 99 टक्के असेल, तर प्रत्येक 100 ऑपरेशन्समध्ये एक चूक होण्याची शक्यता असते. पण 99.99 टक्के फिडेलिटी म्हणजे 10,000 ऑपरेशन्समध्ये फक्त एक चूक. क्वांटम संगणनाच्या दृष्टीने ही पातळी अत्यंत महत्त्वाची मानली जाते.

 

99.99 टक्के फिडेलिटी रेट

अलीकडे विकसित झालेल्या या अणु-आधारित क्वांटम प्रोसेसरचे सर्वात मोठे वैशिष्ट्य म्हणजे त्याची हीच 99.99 टक्के फिडेलिटी. या प्रोसेसरमध्ये स्वतंत्र अणूंचा वापर करून क्युबिट तयार केले जातात आणि त्यांचे नियंत्रण अतिशय अचूकपणे केले जाते. अणू हे नैसर्गिकरीत्या एकसारखे असल्यामुळे त्यांच्यावर आधारित क्युबिट्स अधिक स्थिर व विश्वासार्ह ठरतात. त्यामुळे गणनेतील चुका मोठ्या प्रमाणात कमी होतात. आतापर्यंत प्रयोगशाळांमध्ये उच्च फिडेलिटी मिळवण्यात आली होती. पण ती मर्यादित क्युबिट्सपुरतीच. आता प्रथमच ही अचूकता स्केलेबल पातळीवर म्हणजे मोठ्या संख्येने क्युबिट्स वापरण्यासाठी योग्य ठरली आहे. 

कार्यक्षम क्वांटम संगणक तयार होण्याचा मार्ग मोकळा

स्केलेबल हा शब्द या शोधाच्या संदर्भात अत्यंत महत्त्वाचा आहे. क्वांटम संगणनातील अनेक प्रयोग यशस्वी झाले असले, तरी त्यातील बहुतांश प्रणाली मोठ्या प्रमाणावर वाढवता येण्याजोग्या नव्हत्या. काही क्युबिट्सपर्यंत उत्तम परिणाम दिसत होते. पण क्युबिट्सची संख्या वाढली की त्रुटींचे प्रमाण प्रचंड वाढत असे. परिणामी, प्रत्यक्ष वापरासाठी लागणाऱ्या हजारो किंवा लाखो क्युबिट्सपर्यंत पोहोचणे अशक्य वाटत होते. नव्या अणु-आधारित प्रोसेसरने ही अडचण दूर करण्याची क्षमता दाखवली आहे. यामुळे भविष्यात मोठ्या प्रमाणावर कार्यक्षम क्वांटम संगणक तयार होण्याचा मार्ग मोकळा झाला आहे. 

फॉल्ट - टोलरंट क्वांटम संगणन संकल्पना महत्त्वाची

या शोधाचे महत्त्व समजून घेण्यासाठी फॉल्ट -टोलरंट क्वांटम संगणन ही संकल्पना समजून घेणे आवश्यक आहे. फॉल्ट - टोलरंट म्हणजे चुकांमधूनही योग्य परिणाम देणारी प्रणाली. क्वांटम संगणक व्यवहारात वापरायचा असेल, तर त्याने लाखो ऑपरेशन्स सलग करतानाही चुका नियंत्रणात ठेवायला हव्यात. यासाठी फिडेलिटी एका ठरावीक मर्यादेपेक्षा जास्त असणे आवश्यक असते. 99.99 टक्के फिडेलिटी ही त्या महत्त्वाच्या मर्यादेजवळ पोहोचलेली आहे. त्यामुळे आता क्वांटम संगणक केवळ प्रयोगशाळेतील खेळणे न राहता प्रत्यक्ष औद्योगिक व वैज्ञानिक वापरासाठी सज्ज होत असल्याचे चित्र दिसत आहे. 

वेगवेगळ्या क्षेत्रांवर होणार परिणाम

या तंत्रज्ञानाचा प्रभाव अनेक क्षेत्रांवर होऊ शकतो. औषधनिर्मिती व वैद्यकीय संशोधनात नवीन रेणूंची रचना समजून घेणे ही अतिशय गुंतागुंतीची प्रक्रिया आहे. पारंपरिक संगणकांना यासाठी वर्षे लागू शकतात. क्वांटम संगणक ही प्रक्रिया काही तासांत किंवा मिनिटांत पूर्ण करू शकतो. त्यामुळे कर्करोग, अल्झायमर यासारख्या आजारांवर प्रभावी औषधे शोधण्याची गती प्रचंड वाढू शकते. त्याचप्रमाणे हवामान बदलाचे अचूक मॉडेलिंग, नवी ऊर्जा प्रणाली व पर्यावरणीय अंदाज अधिक विश्वासार्ह बनू शकतात. 

क्रिप्टोग्राफी क्षेत्रातही दूरगामी परिणाम

सायबर सुरक्षा व क्रिप्टोग्राफीच्या क्षेत्रातही या शोधाचे दूरगामी परिणाम होतील. आजची बहुतांश एन्क्रिप्शन प्रणाली पारंपरिक संगणकांच्या मर्यादांवर आधारित आहेत. शक्तिशाली क्वांटम संघणक अनेक विद्यमान एन्क्रिप्शन पद्धती मोडू शकतो. त्यामुळे एका बाजूला सुरक्षेची नवी आव्हाने निर्माण होतील, तर दुसऱ्या बाजूला क्वांटम-सेफ क्रिप्टोग्राफीसारख्या अधिक सुरक्षित प्रणालींचा विकास वेगाने होईल. 

कृत्रिम बुद्धिमत्ता (एआय) व मशीन लर्निंगमध्येही क्वांटम संगणन महत्त्वाची भूमिका बजावू शकते. प्रचंड डेटावर आधारित मॉडेल्स ट्रेन करणे ही वेळखाऊ प्रक्रिया असते. उच्च फिडेलिटी असलेले क्वांटम प्रोसेसर ही प्रक्रिया अधिक जलद व कार्यक्षम करू शकतात. त्यामुळे भविष्यात एआय प्रणाली अधिक अचूक, वेगवान व स्वयंचलित होऊ शकतात. 

स्थिरता, अचूकता व भविष्यातील विस्तार

जागतिक पातळीवर पाहिले तर अमेरिका, चीन, युरोप व इतर प्रगत देश क्वांटम संगणात मोठी गुंतवणूक करत आहेत. सुपरकंडक्टिंग क्युबिट्स, आयन ट्रॅप्स, डायमंड-आधारित प्रणाली अशा विविध पद्धतींवर संशोधन सुरू आहे. त्यामध्ये अणु-आधारित स्केलेबल प्रोसेसरने मिळवलेली 99.99 टक्के फिडेलिटी ही स्पर्धेत एक मोठी आघाडी मानली जात आहे. कारण, ही पद्धत स्थिरता, अचूकता व भविष्यातील विस्तार या तिन्ही बाबींमध्ये आशादायक मानली जात आहे. 

एकूणच पाहता हा शोध क्वांटम संगणनाच्या इतिहासातील एक मैलाचा दगड आहे. आतापर्यंत भविष्यात कधीतरी असे वाटणारे क्वांटम संगणक आता लवकरच प्रत्यक्ष वापरात येणारे तंत्रज्ञान बनत आहेत. 99.99 टक्के फिडेलिटी असलेला पहिला स्केलेबल अणु क्वांटम प्रोसेसर म्हणजे मानवी बुद्धिमत्तेने अचूकतेच्या व नियंत्रणाच्या नव्या मर्यादा ओलांडल्याचा पुरावा आहे. 

नेचर नियतकालिकात प्रकाशित झाला शोधनिबंध

भविष्यात विज्ञान, उद्योग, संरक्षण, आरोग्य व दैनंदिन जीवनावर या तंत्रज्ञानाचा प्रभाव किती व्यापक असेल, याची केवळ क्लपनाच करता येऊ शकते. पण एक गोष्ट निश्चित आहे की, क्वांटम क्रांतीची सुरुवात झाली आहे आणि हा शोध त्या क्रांतीचा कणा ठरणार आहे. 

हे संशोधन ऑस्ट्रेलियातील Silicon Quantum Computing (SQC) कंपनीच्या टीमने (प्रा. मिशेल सिमन्स यांच्या नेतृत्वाखाली) केले आहे. डिसेंबर 2025 मध्ये 'Nature' जर्नलमध्ये प्रकाशित झाला आहे. 

0+ Great