क्वांटम तंत्रज्ञानाच्या वाटेवर... 

विज्ञान-तंत्रज्ञानाच्या साह्यामुळे आपले दैनंदिन जीवन सुलभ होण्यास मदत होते. जगाच्या पार्श्वभूमीवर भारताची वैज्ञानिक क्षेत्रातील वाटचाल अभिमानास्पद आहे. सध्या जगात क्वांटम कॉम्प्युटरचे महत्त्व वाढत असल्याने २०२०-२१च्या केंद्रीय अर्थसंकल्पात सरकारने पुढील पाच वर्षांत क्वांटम आधारित तंत्रज्ञानाच्या विकासासाठी आठ हजार कोटी रुपयांची तरतूद केली आहे. याला ‘नॅशनल मिशन ऑन क्वांटम टेक्‍नॉलॉजी अँड एप्लिकेशन्स’ म्हटले गेलेय.

ताज्या बातम्यांसाठी डाऊनलोड करा ई-सकाळचे ऍप

या तरतुदीसाठी विलंब झाला तरी ‘देर आये, मगर दुरुस्त आये’ असे म्हणायला पाहिजे. कारण ‘टीआयएफआर,’ ‘आयसर,’ रामन रिसर्च इन्स्टिट्यूट, इंद्रप्रस्थ इन्स्टिट्यूट ऑफ इन्फॉर्मेशन टेक्‍नॉलॉजी आदी प्रयोगशाळांतील संशोधकांनी या क्षेत्रात आधीपासूनच तयारी केली होती. या संबंधीच्या प्रयोगांची चाचणी घेण्यासाठी ‘इस्रो’ उत्सुक आहे. 

‘ब्रेकथ्रू’ करणाऱ्या शाखा 
गेल्या वर्षी ‘गुगल’ने क्वांटम तंत्रज्ञानावर आधारित एक कॉम्प्युटर घडवलेला असून क्वांटम सुप्रीमसी मिळवली आहे. जी समस्या सोडवायला जगातील सर्वात वेगवान महासंगणकाला दहा हजार वर्षे लागतील, तीच समस्या ‘गुगल’चा ५४-क्‍युबिट सायकॅमोर प्रोसेसर केवळ २०० सेकंदांत सोडवेल. यामधील ५४ हा आकडा दोनाचा चोपन्न हा घातांक दर्शवितो. हे निष्कर्ष ‘नेचर’मध्ये प्रकाशित झाले आहेत. ही क्वांटम सुप्रीमसी बाल्यावस्थेत आहे, असे जाणकार म्हणतात. हा संगणक फारच वेळखाऊ आहे, असे त्यांना वाटते! या संगणकांसाठी ग्राहकांकडून विचारणा होऊ लागलेली आहे. आता संशोधक इलेक्‍ट्रॉनिक्‍स, स्पिंट्रॉनिक्‍स, फोटॉनिक्‍स आदी अत्याधुनिक प्रणालींचा उपयोग करून क्रांती घडवण्याच्या तयारीत आहेत. क्वांटम मेकॅनिक्‍स/फिजिक्‍स आणि क्वांटम कॉम्पुटर या ‘ब्रेकथ्रू’ करणाऱ्या शाखा आहेत. 

आपल्या नेहमीच्या संगणकात ट्रान्झिस्टरचा उपयोग करतात. ट्रान्झिस्टर (अर्धसंवाहक) फक्त ‘ऑन’ किंवा फक्त ऑफ’ स्वीचचे कार्य करतात. मूर्स यांनी १९७०मध्ये एक नियम सांगितला होता. तो म्हणजे दर दोन वर्षांनी संगणकाच्या प्रोसेसरचा आकार निम्मा आणि वेग दुप्पट होईल. आतापर्यंत तो नियम खरा ठरला.  कारण ट्रान्झिस्टरचा आकार सूक्ष्म होत गेला. नखाएवढ्या सिलिकॉन चिपवर कोट्यवधी ट्रान्झिस्टर सहज बसतात! यामुळे इलेक्‍ट्रॉनिक उपकरणे हलकी, सुटसुटीत आणि (तुलनात्मक) स्वस्त झाली आहेत. आपल्या वापरात असलेल्या कॉम्प्युटरमध्ये सर्वांत लहान असलेले परिमाण बिट आहे. एकावेळी एका बिटची किंमत एक किंवा शून्य असते. क्वांटम कॉम्प्युटरमध्ये ट्रान्झिस्टरऐवजी अणू-उपअणुकण वापरतात. त्यांचे निरीक्षण करायला जावे तेव्हा ते ‘कण’ रूपात भासतात. त्यांचे निरीक्षण केले जात नाही, तेव्हा ते तरंग स्वरूपात असतात. ते सतत कुठच्या तरी शक्‍यतेच्या स्वरूपात असतात. बशीर बद्र या शायरने म्हटलेय- दुनिया जैसी दिखती है, वैसी नही है; लेकिन ऐसाही नही की दुनिया नही है! हा विषय अनाकलनीय आहे, असे शास्त्रज्ञांनी म्हटलेय. क्वांटम इलेक्‍ट्रोडायनॅमिक्‍स विषयातील नोबेलविजेते (१९६५) रिचर्ड फेनमन म्हणतात- क्वांटम थिअरी मला कळली असे म्हणणारा खोटारडा किंवा भंपक असेल! प्रो. रॉजर पेनरोज म्हणतात- क्वांटम मेकॅनिक्‍स मेक्‍स अबसोल्यूट नॉन्सेन्स! तरीही क्वांटम कॉम्प्युटर कसा तयार होतो, ते लक्षात घेण्यासारखे आहे.                 

क्वांटम कॉम्प्युटरमधील माहितीचे मूळ परिमाण क्‍युबिट (क्वांटम बिट्‌स, दोन बिट्‌स) आहे. एकाच क्षणी त्याची किंमत एक अथवा शून्य (किंवा दोन्ही) असू शकते. नाणेफेक केल्यावर हवेतील नाण्यावर छाप आणि काटा असं दोन्ही असतं. जमिनीवर पडल्यावरही ते गरागरा फिरताना छापा आणि काटा फिरत असतात. इंद्रधनुष्यातील सप्तरंग कुठे संपतात किंवा सुरू होतात हे जसे कळत नाही, तशीच ही परिस्थिती असते. याला क्वांटम इंट्यांगलमेंट (सुपर-इंम्पोझिशन) म्हणतात. परिणामी दोन क्‍युबिटची  किंमत १-१, १-०, ०-१ किंवा ०-० अशी एकूण चार प्रकारची असू शकते. तीन क्‍युबिटची आठ; अशी क्‍युबिटची किंमत झपाट्याने वाढते. ती घातांकीय (म्हणजे एक्‍सपोनेन्शियल) आहे. दोनाचा तीनशेवा घातांक एवढी ती वाढते! यावरून क्वांटम कॉम्प्युटरची महाप्रचंड क्षमता लक्षात येईल.  

भारतीय संशोधकांची कामगिरी
भारतीय संशोधक पुंज-भौतिकीशास्त्रात आणि अभिनव तंत्रज्ञान हाताळण्यात ‘बुद्धिमताम्‌ वरिष्ठम्‌’मध्ये आहेत. क्वांटम-संशोधनात भारत सैद्धांतिकदृष्ट्या चांगला आहे, पण पायाभूत सुविधा पुरेशा नाहीत. तरीही ‘टीआयएफआर’ने एकमेकांना जोडून ३ क्‍युबिट क्षमतेचा संगणक तयार केलाय. आपली क्षमता व्यावसायिक दृष्टीनेही बळकट करायला पाहिजे, हे लक्षात घेऊनच अर्थमंत्र्यांनी अर्थसंकल्पात एका मोठ्या आर्थिक क्वांटमची व्यवस्था केली असावी. क्वांटम कॉम्प्युटरिंगमध्ये रशिया, चीन, युरोपियन युनियनसह ‘गुगल’ आणि ‘नासा’ या संस्थाही कार्यरत आहेत. तिसरा आहे भारत. या संशोधनात कर्तृत्ववान देशी-परदेशी संशोधकांची नेमणूक केली तर भारत आगामी काळात क्वांटम कॉम्प्युटरिंग क्षेत्रात चांगला आर्थिक ठसा उमटवू शकेल. पहिला क्वांटम कॉम्प्युटर २०२२-२३ मध्ये तयार होईल. भारत कमी किमतीत उच्च-क्षमतेचे वेगवान संगणक जगाच्या बाजारात आणू शकतो. त्याचा उपयोग सायबर-सिक्‍युरिटी, भ्रष्टाचार निर्मूलन, विविध माहितीचे पृथक्करण करण्यासाठी, इंटरनेटसाठी उपलब्ध बॅण्ड-विड्‌थचे विस्तारीकरण, नागरी विमानांचे (फायद्याच्या दृष्टीने) वेळापत्रक, अशा कामासाठी होईल. इ-कॉमर्स, जीपीएस सिस्टिम, अंतराळ-संशोधन, ऑनलाइन न्यूज साइटस्‌, राईड शेअरिंग, स्मार्ट मटेरियलची निर्मिती, दळणवळण, औद्योगिक क्षेत्र, सरकारी कार्यालये यामध्ये समन्वय साधण्यासाठी हा कॉम्प्युटर उपयुक्त ठरेल. हवामानातील सूक्ष्म बदलांचा चिकित्सक अभ्यास, गुंतागुंतीच्या रासायनिक प्रक्रियांमधील सूक्ष्म बारकावे समजून घ्यायला, औषधांच्या संरचनेचा सखोल अभ्यास, अभेद्य सांकेतिक भाषा तयार करून राष्ट्रीय सुरक्षा वाढवणे (याला क्रिप्टोग्राफी- गुप्तलेखन म्हणतात), तसेच विज्ञानातील कोणतीही अचूक मोजमापणी करता येईल. एखाद्या रसायनाचा किंवा विषाणू (व्हायरस)चा प्रत्यक्षातला आकार, गुणधर्म वेगात अभ्यासता येतील. सध्या प्रतिदिन पन्नास लाख लॅपटॉप गच्च भरतील एवढी माहिती (डेटा) जगभर तयार होतीये. प्रचंड माहिती साठवण्याची किमया क्वांटम कॉम्प्युटरला करावी लागेल.       

परतोनि अज्ञान न ये घरा
भारतीय संशोधक सॉफ्टवेअरमध्ये कौशल्य दाखवतात. हार्डवेअरमध्ये मात्र भारताला अजून प्रयत्न करावे लागतील. क्वांटम कॉम्प्युटर क्षेत्रात विविध विषयांतील तरुणांना वाव आहे. कारण हा विषय आंतरविद्याशाखीय आहे. अर्थसंकल्पातील तरतूद प्रस्तुत तंत्रज्ञानाला चालना देईल. त्याला खासगी क्षेत्रातून सहकार्य मिळणे महत्त्वाचे ठरेल.क्वांटम कॉम्प्युटर नाजूक असतो, त्याला हादरे सहन होत नाहीत. तो अतिथंड खोलीत ठेवावा लागतो. यामुळे ‘सुपर कंडक्‍टिंग क्वांटम चिप’च्या संशोधनाला वाव मिळेल. क्वांटम कॉम्प्युटर वापरताना विजेचा खर्च खूप कमी होतो. सध्या आपण जे संगणक वापरत आहोत, तेदेखील उत्तम काम करत असल्याने त्यांची लोकप्रियता कमी होणार नाही. विज्ञानामुळे जग बदलत आहे. आपणही (हळूहळू का होईना...) बदलण्याची वेळ आली आहे! कोणतीही सिद्धी किंवा साधन मिळवण्यासाठी साधना करावी लागते. अवीट गोडी पण लागते. ज्ञानदेवा- सिद्धी-साधन अवीट, असे सांगणाऱ्या संत ज्ञानेश्वरांनी म्हटलेय- शम-दम-कळा, विज्ञान सज्ञान; परतोनि अज्ञान न ये घरा! विज्ञानदिनी हा सुविचार दृढ व्हायला पाहिजे.