কোয়ান্টাম কম্পিউটিং ও একটি যুগান্তকারী সিমুলেশন এর সূচনা

কোয়ান্টাম কম্পিউটিং হল অধ্যয়নের একটি ক্ষেত্র যা কোয়ান্টাম তত্ত্বের নীতিগুলিকে কেন্দ্র করে কম্পিউটার ভিত্তিক প্রযুক্তির বিকাশের উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করে।

কোয়ান্টাম 

Quantum (পারমাণবিক এবং সাবটমিক) স্তরে শক্তি এবং পদার্থের প্রকৃতি এবং আচরণ ব্যাখ্যা করে। কোয়ান্টাম কম্পিউটিং নির্দিষ্ট গণনামূলক কাজ সম্পাদন করতে বিটের সংমিশ্রণ ব্যবহার করে। তাদের শাস্ত্রীয় প্রতিপক্ষের তুলনায় অনেক বেশি দক্ষতায়। কোয়ান্টাম কম্পিউটারের উন্নয়ন নির্দিষ্ট ব্যবহারের ক্ষেত্রে ব্যাপক কর্মক্ষমতা লাভের সাথে কম্পিউটিং ক্ষমতার ক্ষেত্রে একটি লাফিয়ে এগিয়ে যাচ্ছে। উদাহরণস্বরূপ কোয়ান্টাম কম্পিউটিং অনুরূপ সিমুলেশন এ excels.

//এছাড়াও পড়ুন: কিভাবে লিবার সাবস্ট্রেটাম ব্যবহার করে অ্যান্ড্রয়েড ডিভাইস থিম করবেন

কোয়ান্টাম কম্পিউটার এক সময়ে একাধিক অবস্থায় বিট থাকার ক্ষমতার মাধ্যমে তার প্রসেসিং ক্ষমতার বেশির ভাগ লাভ করে। তারা একই সাথে 1, 0 এবং 1 এবং 0 উভয়ের সংমিশ্রণ ব্যবহার করে কাজ সম্পাদন করতে পারে। কোয়ান্টাম কম্পিউটিং-এর বর্তমান গবেষণা কেন্দ্রগুলির মধ্যে রয়েছে এমআইটি, আইবিএম, অক্সফোর্ড ইউনিভার্সিটি এবং লস আলামোস ন্যাশনাল ল্যাবরেটরি। এছাড়াও, বিকাশকারীরা ক্লাউড পরিষেবার মাধ্যমে কোয়ান্টাম কম্পিউটারগুলিতে অ্যাক্সেস পেতে শুরু করেছে।

কোয়ান্টাম কম্পিউটিং এর প্রয়োজনীয় উপাদানগুলি খুঁজে বের করার মাধ্যমে শুরু হয়েছিল। 1981 সালে, Argonne National Labs-এর পল বেনিওফ একটি কম্পিউটারের ধারণা নিয়ে এসেছিলেন যা কোয়ান্টাম যান্ত্রিক নীতির সাথে পরিচালিত হয়। এটি সাধারণত গৃহীত হয় যে অক্সফোর্ড বিশ্ববিদ্যালয়ের ডেভিড ডয়েচ কোয়ান্টাম কম্পিউটিং গবেষণার পিছনে সমালোচনামূলক ধারণা প্রদান করেছিলেন। 1984 সালে, তিনি একটি কম্পিউটার ডিজাইন করার সম্ভাবনা নিয়ে ভাবতে শুরু করেছিলেন যা একচেটিয়াভাবে কোয়ান্টাম নিয়মের উপর ভিত্তি করে তৈরি হয়েছিল, কয়েক মাস পরে একটি যুগান্তকারী কাগজ প্রকাশ করেছিল।

কোয়ান্টাম তত্ত্ব

কোয়ান্টাম তত্ত্বের বিকাশ 1900 সালে ম্যাক্স প্ল্যাঙ্কের একটি উপস্থাপনা দিয়ে শুরু হয়েছিল। উপস্থাপনাটি ছিল জার্মান ফিজিক্যাল সোসাইটির কাছে, যেখানে প্ল্যাঙ্ক ধারণাটি প্রবর্তন করেছিলেন যে শক্তি এবং পদার্থ পৃথক ইউনিটে বিদ্যমান। পরবর্তী ত্রিশ বছরে বেশ কয়েকজন বিজ্ঞানীর আরও উন্নয়ন কোয়ান্টাম তত্ত্বের আধুনিক বোঝার দিকে পরিচালিত করে।

আইবিএম কিউ সিস্টেম ওয়ান 2019 সালের জানুয়ারিতে চালু করা হয়েছিল এবং এটি বৈজ্ঞানিক ও বাণিজ্যিক ব্যবহারের জন্য প্রথম কোয়ান্টাম কম্পিউটিং সিস্টেম ছিল।

কোয়ান্টাম তত্ত্বের অপরিহার্য উপাদান:

• শক্তি, পদার্থের মতো, পৃথক একক নিয়ে গঠিত; একটানা তরঙ্গের বিপরীতে।

• শক্তি এবং পদার্থের প্রাথমিক কণা, অবস্থার উপর নির্ভর করে, কণা বা তরঙ্গের মতো আচরণ করতে পারে।

• প্রাথমিক কণার চলাচল সহজাতভাবে এলোমেলো, এবং এইভাবে, অপ্রত্যাশিত।

• দুটি পরিপূরক মানগুলির একযোগে পরিমাপ -- যেমন একটি কণার অবস্থান এবং ভরবেগ -- ত্রুটিপূর্ণ। একটি মান যত সঠিকভাবে পরিমাপ করা হবে, অন্য মানের পরিমাপ তত বেশি ত্রুটিপূর্ণ হবে।

• কোয়ান্টাম তত্ত্বের আরও উন্নয়ন

নিলস বোর কোয়ান্টাম তত্ত্বের কোপেনহেগেন ব্যাখ্যার প্রস্তাব করেছিলেন। এই তত্ত্বটি দাবি করে যে একটি কণা যা পরিমাপ করা হয় তা-ই, তবে এটি পরিমাপ না করা পর্যন্ত নির্দিষ্ট বৈশিষ্ট্য বা এমনকি অস্তিত্ব আছে বলে ধরে নেওয়া যায় না। এটি সুপারপজিশন নামক একটি নীতির সাথে সম্পর্কিত। সুপারপজিশন দাবি করে যখন আমরা জানি না যে একটি প্রদত্ত বস্তুর অবস্থা কী, এটি আসলে একই সাথে সমস্ত সম্ভাব্য অবস্থায় রয়েছে -- যতক্ষণ না আমরা পরীক্ষা করার দিকে তাকাই না।

এই তত্ত্বটি ব্যাখ্যা করার জন্য, আমরা শ্রোডিঞ্জারের বিড়ালের বিখ্যাত উপমা ব্যবহার করতে পারি। প্রথমত, আমাদের একটি জীবন্ত বিড়াল আছে এবং এটি একটি সীসা বাক্সে রাখুন। এই পর্যায়ে, বিড়াল বেঁচে আছে কোন প্রশ্ন নেই। তারপর সায়ানাইডের একটি শিশিতে নিক্ষেপ করুন এবং বাক্সটি সিল করুন। বিড়ালটি বেঁচে আছে নাকি সায়ানাইড ক্যাপসুল ভেঙে মারা গেছে তা আমরা জানি না। যেহেতু আমরা জানি না, বিড়ালটি জীবিত এবং মৃত উভয়ই, কোয়ান্টাম আইন অনুসারে -- রাষ্ট্রগুলির একটি সুপারপজিশনে। এটি শুধুমাত্র যখন আমরা বাক্সটি খুলে দেখি এবং দেখতে পাই যে বিড়ালটি কী অবস্থায় আছে যে সুপারপজিশনটি হারিয়ে গেছে, এবং বিড়ালটি হয় জীবিত বা মৃত।

যে নীতি, কোনো না কোনোভাবে, একটি কণা অসংখ্য অবস্থায় বিদ্যমান থাকতে পারে তা কম্পিউটিংয়ের জন্য গভীর প্রভাব খুলে দেয়।

ক্লাসিক্যাল এবং কোয়ান্টাম কম্পিউটিং এর তুলনা

শাস্ত্রীয় কম্পিউটিং বুলিয়ান বীজগণিত দ্বারা প্রকাশিত নীতির উপর নির্ভর করে; সাধারণত একটি 3 বা 7-মোড লজিক গেট নীতির সাথে কাজ করে। ডেটা যেকোন সময়ে একটি এক্সক্লুসিভ বাইনারি অবস্থায় প্রক্রিয়া করা আবশ্যক; হয় 0 (বন্ধ / মিথ্যা) বা 1 (চালু / সত্য)। এই মানগুলি বাইনারি সংখ্যা বা বিট। কম্পিউটারের কেন্দ্রস্থলে লক্ষ লক্ষ ট্রানজিস্টর এবং ক্যাপাসিটর যেকোন সময়ে শুধুমাত্র একটি অবস্থায় থাকতে পারে। উপরন্তু, এই ডিভাইসগুলিকে কত দ্রুত রাজ্যে পরিবর্তন করা যায় তার একটি সীমা এখনও রয়েছে৷ আমরা যখন ছোট এবং দ্রুততর সার্কিটের দিকে অগ্রসর হই, আমরা পদার্থের ভৌত সীমা এবং পদার্থবিজ্ঞানের শাস্ত্রীয় আইন প্রয়োগের জন্য থ্রেশহোল্ডে পৌঁছাতে শুরু করি।

কোয়ান্টাম কম্পিউটার একটি দুই-মোড লজিক গেট দিয়ে কাজ করে: XOR এবং QO1 নামক একটি মোড (0 এবং 1-এর সুপারপজিশনে 0 পরিবর্তন করার ক্ষমতা)। একটি কোয়ান্টাম কম্পিউটারে, ইলেকট্রন বা ফোটনের মতো অনেকগুলি মৌলিক কণা ব্যবহার করা যেতে পারে। প্রতিটি কণাকে একটি চার্জ বা পোলারাইজেশন দেওয়া হয়, যা 0 এবং/অথবা 1 এর উপস্থাপনা হিসাবে কাজ করে। প্রতিটি কণাকে একটি কোয়ান্টাম বিট বা কিউবিট বলা হয়। এই কণাগুলির প্রকৃতি এবং আচরণ কোয়ান্টাম কম্পিউটিং এবং কোয়ান্টাম শ্রেষ্ঠত্বের ভিত্তি তৈরি করে। কোয়ান্টাম পদার্থবিদ্যার দুটি সবচেয়ে প্রাসঙ্গিক দিক হল সুপারপজিশন এবং এনট্যাঙ্গলমেন্টের নীতি।

সুপারপজিশন

একটি চৌম্বক ক্ষেত্রে একটি ইলেকট্রন হিসাবে একটি qubit চিন্তা করুন. ইলেক্ট্রনের স্পিন হয় ক্ষেত্রের সাথে সারিবদ্ধ হতে পারে, যা একটি স্পিন-আপ অবস্থা হিসাবে পরিচিত, বা ক্ষেত্রের বিপরীতে, যা একটি স্পিন-ডাউন অবস্থা হিসাবে পরিচিত। এক অবস্থা থেকে অন্য অবস্থায় ইলেক্ট্রনের স্পিন পরিবর্তন করা শক্তির স্পন্দন ব্যবহার করে অর্জন করা হয়, যেমন লেজার থেকে। যদি লেজার শক্তির মাত্র অর্ধেক ইউনিট ব্যবহার করা হয়, এবং কণাটি সমস্ত বাহ্যিক প্রভাব থেকে কণাটিকে বিচ্ছিন্ন করা হয়, তাহলে কণাটি রাজ্যগুলির একটি সুপারপজিশনে প্রবেশ করে। এমন আচরণ করা যেন একই সাথে উভয় রাজ্যে।

ব্যবহৃত প্রতিটি কিউবিট 0 এবং 1 উভয়ের একটি সুপারপজিশন নিতে পারে। এর অর্থ, একটি কোয়ান্টাম কম্পিউটার যে গণনা করতে পারে তা হল 2^n, যেখানে n হল কিউবিটের সংখ্যা। 500 কিউবিট সমন্বিত একটি কোয়ান্টাম কম্পিউটারের একটি একক ধাপে 2^500 গণনা করার সম্ভাবনা থাকবে। রেফারেন্সের জন্য, পরিচিত মহাবিশ্বের তুলনায় 2^500 অসীম বেশি পরমাণু। এই কণাগুলি কোয়ান্টাম এনট্যাঙ্গলমেন্টের মাধ্যমে একে অপরের সাথে যোগাযোগ করে।

ক্লাসিক্যালের তুলনায়, কোয়ান্টাম কম্পিউটিং সত্য সমান্তরাল প্রক্রিয়াকরণ হিসাবে গণনা করে। ক্লাসিক্যাল কম্পিউটার আজও সত্যিকার অর্থে এক সময়ে একটি কাজ করে। শাস্ত্রীয় কম্পিউটিং-এ, সমান্তরাল প্রক্রিয়াকরণ গঠনের জন্য মাত্র দুই বা ততোধিক প্রসেসর রয়েছে।

এনট্যাঙ্গেলমেন্ট পার্টিকেল (যেমন কিউবিটস) যেগুলো কোনো কোনো সময়ে মিথস্ক্রিয়া করে একটি প্রকারকে ধরে রাখে তারা একে অপরের সাথে জোড়ায় জোড়ায় জড়িয়ে যেতে পারে, একটি প্রক্রিয়া যা পারস্পরিক সম্পর্ক নামে পরিচিত। একটি আটকানো কণার ঘূর্ণন অবস্থা জানা - উপরে বা নীচে - অন্যটির স্পিনকে বিপরীত দিকে দেয়। উপরন্তু, সুপারপজিশনের কারণে, পরিমাপ করা কণার পরিমাপের আগে কোনো একক ঘূর্ণনের দিক নেই। পরিমাপ করা কণার স্পিন অবস্থা পরিমাপের সময় নির্ধারিত হয় এবং পারস্পরিক সম্পর্কযুক্ত কণার সাথে যোগাযোগ করা হয়, যা একই সাথে বিপরীত স্পিন দিক অনুমান করে। এর পেছনের কারণ এখনো ব্যাখ্যা করা হয়নি।

কোয়ান্টাম এনট্যাঙ্গলমেন্ট বৃহৎ দূরত্ব দ্বারা বিভক্ত কিউবিটগুলিকে তাৎক্ষণিকভাবে একে অপরের সাথে যোগাযোগ করতে দেয় (আলোর গতিতে সীমাবদ্ধ নয়)। পারস্পরিক সম্পর্কযুক্ত কণার মধ্যে যত দূরত্বই হোক না কেন, যতক্ষণ তারা বিচ্ছিন্ন থাকবে ততক্ষণ তারা আটকে থাকবে।

একসাথে নেওয়া, কোয়ান্টাম সুপারপজিশন এবং এনট্যাঙ্গলমেন্ট একটি ব্যাপকভাবে উন্নত কম্পিউটিং শক্তি তৈরি করে। যেখানে একটি সাধারণ কম্পিউটারে একটি 2-বিট রেজিস্টার যেকোনো সময়ে চারটি বাইনারি কনফিগারেশনের (00, 01, 10, বা 11) মধ্যে শুধুমাত্র একটি সংরক্ষণ করতে পারে, একটি কোয়ান্টাম কম্পিউটারে একটি 2-কুবিট রেজিস্টার একসাথে চারটি সংখ্যা সংরক্ষণ করতে পারে। এটি কারণ প্রতিটি qubit দুটি মান প্রতিনিধিত্ব করে। আরও কিউবিট যোগ করা হলে, বর্ধিত ক্ষমতা দ্রুতগতিতে প্রসারিত হয়।

কোয়ান্টাম প্রোগ্রামিং

কোয়ান্টাম কম্পিউটিং একটি সম্পূর্ণ নতুন উপায়ে প্রোগ্রাম লেখার ক্ষমতা প্রদান করে। উদাহরণস্বরূপ, একটি কোয়ান্টাম কম্পিউটার একটি প্রোগ্রামিং সিকোয়েন্সকে অন্তর্ভুক্ত করতে পারে যা "সব পূর্বের গণনার সমস্ত সুপারপজিশন নিন" এর লাইন বরাবর হবে। এটি নির্দিষ্ট গাণিতিক সমস্যাগুলি সমাধান করার অত্যন্ত দ্রুত উপায়গুলিকে অনুমতি দেবে, যেমন বড় সংখ্যার ফ্যাক্টরাইজেশন।

প্রথম কোয়ান্টাম কম্পিউটিং প্রোগ্রামটি 1994 সালে পিটার শোর দ্বারা প্রদর্শিত হয়েছিল, যিনি একটি কোয়ান্টাম অ্যালগরিদম তৈরি করেছিলেন যা দক্ষতার সাথে বড় সংখ্যাকে ফ্যাক্টরাইজ করতে পারে।

সমস্যা - এবং কিছু সমাধান

কোয়ান্টাম কম্পিউটিং এর সুবিধাগুলি আশাব্যঞ্জক, কিন্তু এখনও অতিক্রম করার জন্য বিশাল বাধা রয়েছে। কোয়ান্টাম কম্পিউটিং এর কিছু সমস্যা হল:

ইন্টারফেস- একটি কোয়ান্টাম সিস্টেমের সামান্যতম ব্যাঘাত একটি কোয়ান্টাম গণনা ভেঙে যেতে পারে, একটি প্রক্রিয়া যা ডি-কোহেরেন্স নামে পরিচিত। একটি কোয়ান্টাম কম্পিউটারকে গণনা পর্বের সময় সমস্ত বাহ্যিক হস্তক্ষেপ থেকে সম্পূর্ণ বিচ্ছিন্ন করা আবশ্যক। আয়ন ব্যবহার করে তীব্র চৌম্বক ক্ষেত্রে কিউবিট ব্যবহার করে কিছু সাফল্য অর্জিত হয়েছে।

ত্রুটি সংশোধন - কিউবিটগুলি ডেটার ডিজিটাল বিট নয় এবং প্রচলিত ত্রুটি সংশোধন ব্যবহার করতে পারে না। কোয়ান্টাম কম্পিউটিংয়ে ত্রুটি সংশোধন অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ, যেখানে একটি গণনার একক ত্রুটিও সমগ্র গণনার বৈধতা ভেঙে যেতে পারে। তবে এই ক্ষেত্রে যথেষ্ট অগ্রগতি হয়েছে। একটি ত্রুটি সংশোধন অ্যালগরিদম তৈরি করা হয়েছে যা 9 কিউবিট ব্যবহার করে -- 1 গণনামূলক এবং 8 সংশোধনমূলক। অতি সম্প্রতি, IBM দ্বারা একটি অগ্রগতি হয়েছে যা মোট 5 টি কিউবিট (1 গণনামূলক এবং 4টি সংশোধনমূলক) দিয়ে কাজ করে।

আউটপুট অব্জারবেশন - একটি কোয়ান্টাম গণনার পরে আউটপুট ডেটা পুনরুদ্ধার করা সম্পূর্ণরূপে ডেটা নষ্ট করার ঝুঁকি। তখন থেকে উন্নয়ন করা হয়েছে, যেমন একটি ডাটাবেস অনুসন্ধান অ্যালগরিদম যা কোয়ান্টাম কম্পিউটারে সম্ভাব্যতা বক্ররেখার বিশেষ "তরঙ্গ" আকারের উপর নির্ভর করে। এটি নিশ্চিত করে যে একবার সমস্ত গণনা করা হয়ে গেলে, পরিমাপের কাজটি সঠিক উত্তরে কোয়ান্টাম স্টেট ডিকোহিয়ার দেখতে পাবে।

এইগুলি কাটিয়ে উঠতে অনেক সমস্যা আছে, যেমন কিভাবে নিরাপত্তা এবং কোয়ান্টাম ক্রিপ্টোগ্রাফি পরিচালনা করা যায়। দীর্ঘ সময়ের কোয়ান্টাম তথ্য স্টোরেজ অতীতেও একটি সমস্যা হয়েছে। যাইহোক, গত 15 বছরে এবং সাম্প্রতিক অতীতে যুগান্তকারী কিছু ধরণের কোয়ান্টাম কম্পিউটিংকে ব্যবহারিক করে তুলেছে। এটি এক দশকেরও কম দূরে নাকি ভবিষ্যতে একশ বছর দূরে তা নিয়ে এখনও অনেক বিতর্ক রয়েছে। যাইহোক, এই প্রযুক্তিটি যে সম্ভাবনার প্রস্তাব দেয় তা সরকার এবং বেসরকারী উভয় ক্ষেত্রেই ব্যাপক আগ্রহ আকর্ষণ করছে। সামরিক অ্যাপ্লিকেশনের মধ্যে রয়েছে ব্রুট ফোর্স অনুসন্ধানের মাধ্যমে এনক্রিপশন কী ভাঙার ক্ষমতা, যখন বেসামরিক অ্যাপ্লিকেশনগুলি ডিএনএ মডেলিং থেকে জটিল উপাদান বিজ্ঞান বিশ্লেষণ পর্যন্ত বিস্তৃত।