नव्या संगणकयुगाची सुरवात (सुश्रुत कुलकर्णी)

सध्या वापरात असलेल्या सर्वांत वेगवान सुपरकॉम्प्युटरला जी समीकरणं सोडवायला दहा हजार वर्षं लागली असती, ती आपल्या क्वांटम कॉम्प्युटरनं केवळ दोनशे सेकंदात सोडवली, असा पुरावा गुगलनं सादर केला आहे. ‘नेचर’ या प्रसिद्ध वैज्ञानिक नियतकालिकात या तंत्रज्ञानाबद्दलचा अभ्यासनिबंध प्रसिद्ध झाला. नेमकं काय आहे हे नवं क्वांटम तंत्रज्ञान? 

माणसाच्या सगळ्या आयुष्याला आता संगणकानं व्यापून टाकलेलं आहे. कार्यालयीन काम असो की मनोरंजन, ते आता सहसा डिजिटल स्वरूपातच केलं जातं. चंद्रावर जाण्यासाठी जी अपोलो नावाची चांद्रयानाची मोहीम आखली गेली, त्यात वापरलेल्या संगणकाशी तुलना केली, तर आपल्या खिशातला स्मार्टफोन नावाचा संगणक त्याहून शेकडो पट अधिक शक्तिशाली आहे. चार आकडी किंमत असणारा स्मार्टफोन जर इतका शक्तिशाली असेल, तर कोट्यवधी डॉलर्स किंमत असणारा सुपर कॉम्प्युटर किती वेगवान असेल याची आपल्याला कल्पनाही करता येणार नाही.

संगणकाचा वेग फ्लॉप्स या एककात मोजता येतो. तुलना करायचीच झाली, तर आयफोन या खिशात मावणाऱ्या ‘संगणका’चा वेग २ गिगाफ्लॉप्स आहे, तर आजच्या सर्वांत वेगवान आयबीएम समिट या सुपर कॉम्प्युटरचा वेग २,००,००० टेराफ्लॉप्स म्हणजे त्याच्या वीस कोटी पट आहे. अबब! पण त्या सुपर कॉम्प्युटरला शह देणारा क्वांटम कॉम्प्युटर नावाचा ‘बच्चन’ही आता अवतरलेला आहे. भविष्यात तो सुपर कॉम्प्युटरला मागे टाकणार अशी चिन्हं दिसू लागली आहेत. 

‘नेचर’ या प्रसिद्ध वैज्ञानिक नियतकालिकात १५ दिवसांपूर्वीच गुगलनं विकसित केलेल्या तंत्रज्ञानाबद्दलचा अभ्यासनिबंध प्रसिद्ध झाला. त्यात सध्या अस्तित्वात असलेल्या सर्वांत वेगवान सुपर कॉम्प्युटरला जी समीकरणं सोडवायला दहा हजार वर्षं लागतील, ती आपल्या ‘सिकामोर’ नावाच्या क्वांटम कॉम्प्युटरनं केवळ दोनशे सेकंदांत सोडवल्याबद्दलची विस्तृत माहिती दिलेली आहे. नव्या क्वांटम तंत्रज्ञानामुळं संगणक क्षेत्रात नवी क्रांती होईल, अशी तज्ज्ञांची खात्री आहे. अर्थात गुगलच्या या दाव्यामुळं आयबीएम या कंपनीच्या नाकाला मिरच्या झोंबलेल्या आहेत. याचं कारण सध्याचा सगळ्यात वेगवान सुपर कॉम्प्युटर बनवलेला आहे तो आयबीएम या संगणकक्षेत्रातल्या ‘दादा’ समजल्या जाणाऱ्या कंपनीनं. आयबीएमनं लगेच ‘गुगलनं क्वांटम संगणकात समीकरणं वेगळ्या पद्धतीनं मांडली, आमचा सुपर कॉम्प्युटर ती केवळ (!) अडीच दिवसांत सोडवू शकतो,’ असा लगेच खुलासाही केला. 

आता केवळ गुगल आणि आयबीएमच नव्हे,  तर इंटेल, मायक्रोसॉफ्ट आणि चिनी या कंपन्याही क्वांटम क्षेत्रात वेगानं प्रगती कशी करता येईल, याच्या मागं आहेत. (अमेरिकेच्या सीआए या गुप्तचर संस्थेकडं तर तो आधीच वापरात आहे; पण त्याबद्दल ते कुणालाच सांगत नाहीत, अशीही वदंता आहेच.) अर्थात केवळ ‘क्वांटम सुप्रीमसी’पुरती म्हणजे या तंत्रज्ञानात आघाडी घेणं एवढ्यापुरतीच कंपन्यांमधली स्पर्धा मर्यादित नाही, तर त्यामागं मोठं अर्थकारणही दडलेलं आहेच. याचं कारण अशी अब्जावधी रुपये किंमत असणारा क्वांटम कॉम्प्युटर खरेदी करणारा ग्राहकवर्गही अगदीच मर्यादित आहे, हे ओघानंच आलं. वेगवेगळ्या देशांची सरकारं, नासासारख्या बलाढ्य संस्था किंवा अतिश्रीमंत खासगी कंपन्यांकडंच तो विकत घेण्याची क्षमता आहे. अर्थातच ज्या कंपनीचा  सुपर कॉम्प्युटर सर्वांत वेगवान, तोच घेण्याकडं अशा बड्या ग्राहकांचा कल असणार हे निश्चित.

सध्या प्रचलित असलेल्या आणि क्वांटम तंत्रज्ञानात काय फरक आहे ते जाणून घेऊया. हल्ली संगणक क्षेत्रात प्रचलित असलेल्या असलेल्या तंत्रज्ञानाला ‘क्लासिकल कॉम्प्युटिंग’ म्हटलं जातं. एकोणिसाव्या शतकात उदयाला आलेलं ‘क्लासिकल फिजिक्स’ हा या तंत्रज्ञानाचा मूळ पाया.

क्लासिकल कॉम्प्युटिंगमध्ये ० आणि १ या संख्यांचा वापर करून माहितीवर प्रक्रिया करता येते आणि ती साठवता येते. खरं तर त्या संख्या आहेत म्हणण्यापेक्षा त्या एका स्विचच्या ‘बंद’ आणि ‘चालू’ अशा दोन स्थिती आहेत असं म्हणता येतं. उदाहरणार्थ, एका नाण्याच्या छापा आणि काटा या बाजू. या दोनपैकी एकावेळी एकच स्थिती अस्तित्वात असू शकते. यालाच एक ‘बिट’ असं म्हणतात. त्यावरून आपल्याला निश्चित उत्तर मिळतं. हे दोनच आकडे वापरून संगणक त्यांवर एका सेकंदात अब्जावधी प्रक्रिया करतो आणि मोठमोठी गणितं सोडवत असतो. (आपण स्क्रीनवर भले ‘सॅक्रेड गेम्स’ पाहत असलो, तरी संगणकाच्या दृष्टीनं मात्र ते गणित सोडवणंच असतं.) 
आता जरा चपट्या नाण्याऐवजी एक गोलाकार चेंडू नजरेसमोर आणा. त्या त्रिमितीय पृष्ठभागावर किती बिंदू असतील? हजारो... लाखो? क्वाटंम तंत्रज्ञानांमध्ये नेमक्या याच गोष्टीचा वापर करून घेतलेला असतो. म्हणजे एखादी गोष्ट ० किंवा १ या दोनच स्थितींत असण्याऐवजी ती यांदरम्यानच्या कोणत्याही स्थितीत असू शकते. अणूंच्या या गुणधर्मांचा वापर करून घेऊन क्लासिकल पद्धतीच्या तुलनेत मोठ्या प्रमाणात गणनक्रिया करता येतात.

क्लासिकल कॉम्प्युटिंगमध्ये ० किंवा १ यांखेरीज कुठलीच वेगळी स्थिती नसते, त्याउलट क्वांटम कॉम्प्युटिंगमध्ये मात्र या दोन्ही दरम्यानच्या असंख्य स्थिती असू शकतात. त्यांना ‘सुपरपोझिशन’ असं म्हणतात, तर त्यामुळं तयार होणाऱ्या माहितीच्या तुकड्यांना क्वांटम बिट म्हणजेच ‘क्यू-बिट’ असं म्हटलं जातं. माहिती साठवण्याच्या या वेगळ्या वैशिष्ट्यामुळं क्वांटम कॉम्प्युटरला खूप प्रचंड जागा लागत नाही. मात्र, तो कार्यान्वित करण्यासाठी योग्य तापमान, आर्द्रता, विद्युतचुंबकलहरी नसलेलं वातावरण ठेवणं अशा बऱ्याच गोष्टींची अगदी बारकाईनं काळजी घ्यावी लागते. शिवाय पारंपरिक ‘C’ सारख्या प्रोग्रॅमिंगच्या भाषा याला चालत नाहीत. या तंत्रज्ञानाकरता Q, QPL किंवा CIRCसारख्या नवनव्या भाषा विकसित करण्यात आलेल्या आहेत. मात्र, सर्वच क्षेत्रांत क्वांटम तंत्रज्ञान क्लासिकल तंत्रज्ञानाला मागं टाकू शकेल असं नाही.

क्वांटम तंत्रज्ञानामुळं मात्र सायबरसुरक्षा क्षेत्रात काम करणाऱ्या मंडळींची झोप उडालेली आहे. कुठल्याही संगणकाची किंवा इंटरनेटवरच्या वेबसाईटची सुरक्षा गणिती निर्णयप्रणाली म्हणजे अल्गोरिदमवर अवलंबून असते. आर्थिक व्यवहारांसारख्या महत्त्वाच्या पासवर्डची सुरक्षाप्रणाली भेदायला सध्याचं तंत्रज्ञान वापरलं तर कित्येक हजार वर्षं लागू शकतील, अशा प्रकारे त्यांची रचना केलेली असते. गणिती सूत्रांचा वापर करून ते भेदणं कुठल्याही हॅकरसाठी अशक्यच समजलं जातं, म्हणजे आत्तापावेतो असा समज होता. मात्र, क्वांटम कॉम्प्युटर हजारो वर्षं लागणारी आकडेमोड काही सेकंदात करू शकत असेल, तर सगळ्याच सायबरसुरक्षायंत्रणा पार अर्थहीन ठरतील. खासकरून चीन क्वांटम तंत्रज्ञानावर मोठ्या प्रमाणात काम करत असल्यानं तर बाकी देशांच्या सुरक्षायंत्रणांचं धाबं दणाणलं आहे.  

भविष्यात सामान्य माणसाच्या हाती क्वांटम संगणक येईल का? सध्या तरी या प्रश्नाचं उत्तर नकारार्थीच आहे. मात्र, त्याच्या आयुष्यात खूप मोठे बदल त्यामुळं घडून येतील, असं म्हणता येईल. क्लासिकल कॉम्प्युटिंग आलं मुळात लष्करी वापर आणि मोठी वैज्ञानिक आकडेमोड करण्यासाठी; पण शेअर बाजार, मनोरंजन उद्योग आणि फेसबुक, व्हॉट्सऍपसारखी प्रभावी समाजमाध्यमं त्यामधून तयार होतील अशी त्यावेळी कुणी स्वप्नातही कल्पना केली नसेल. क्वांटम कॉम्प्युटिंग असे कोणते क्रांतिकारक बदल घडवून आणेल, याचं उत्तर भविष्यकाळ लवकरच आपल्याला देईल.

संदर्भ -
1. https://www.nytimes.com/2019/10/30/opinion/google-quantum-computer-sycamore.html
2. https://www.nature.com/articles/d41586-019-03213-z
3. https://www.theverge.com/2019/10/23/20928294/google-quantum-supremacy-sycamore-computer-qubit-milestone

कोणत्या क्षेत्रांत मोठे बदल घडतील?
 औषधनिर्माण
 जीवशास्त्र
 रसायनशास्त्र
 संरक्षण
 हवामानातील बदलांचा अंदाज
 सुपरकंडक्टिव्हिटी
 कृत्रिम बुद्धिमत्ता
 वैद्यकीय 
 शेअर बाजारातले व्यवहार
 दूरसंचार