എന്താണ് ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടിങ്?

ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടിങ്
 മാറ്റം മാത്രം ആണ് സ്ഥായിയായ അവസ്ഥ എന്ന വചനം വ്യക്തമായി പ്രകടം ആകുന്ന ഒരു ശാസ്ത്ര ശാഖ ആണ് ടെക്നോളജി (സാങ്കേതിക) ലോകം. ആ  ഒഴുക്കിൽ ആർട്ടിഫിഷ്യൽ ഇന്റലിജൻസ് ( നിർമ്മിത ബുദ്ധി ), ഹോളോ ലെൻസ് , ഇന്റർനെറ്റ് ഓഫ് തിങ്ങ്സ് എന്നിവയുടെ പട്ടികയിലേക്ക് സ്ഥാനം പിടിക്കുകയാണ് ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടിങ്. കഴിഞ്ഞ ചില വർഷങ്ങളിൽ നാം കേട്ട് വരുന്ന ഒരു കാര്യം എന്നാ നിലയിൽ 2018 ലും ക്വാണ്ടം കംപ്യൂട്ടറുകളുടെ പഠനംപുരോഗതി പ്രാപിച്ചുവെങ്കിലും കൃത്യമായ ഒരു  രൂപീകരണം ഇന്നും ശൈശവാവസ്ഥയിൽ തന്നെയാണ് എന്ന് പറയേണ്ടി വരും . മൈക്രോസോഫ്ട് , ഗൂഗിൾ എന്നീ ഭീമൻകമ്പനികളും, ഭാരതം ഉൾപ്പടെ പല ദേശീയ സർക്കാരുകളും, സൈനിക ഏജൻസികളും ഇതിന്റെഗവേഷണത്തിനായി അവരുടെ ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടിങ് ലാബുകളിലേക്കു കോടികൾ മുടക്കി വരുന്ന ഈ അവസരത്തിൽ ന്യൂസ് മൊസൈക്  വായനക്കാർക്കായി ഇതാ ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടിങ്ങിന്റെ നമുക്ക് ഒന്ന് എത്തി നോക്കാം.

നമുക്ക് പരിചിതം ആയ തന്മാത്രകൾക്കും (MOLECULEs ) അണുക്കള്‍ക്കുമപ്പുറം (ATOMs  )  ഈ ലോകം നിര്‍മ്മിതമായിരിക്കുന്ന അടിസ്ഥാന കണങ്ങളെയാണ് ‘ക്വാണ്ടം’ ( QUANTUM ) എന്നതുകൊണ്ട് അര്‍ഥമാക്കുന്നത്. ക്വാണ്ടം ബലതന്ത്രത്തിലെ  ( ക്വാണ്ടം  ഫിസിക്സ്) അടിസ്ഥാന ആശയങ്ങളായ ക്വാണ്ടം വിശിഷ്ടസ്ഥിതി (SuperPosition ), ക്വാണ്ടം കെട്ടുപിണച്ചിൽ ( Quantum Entanglement) തുടങ്ങിയവയെ അടിസ്ഥാനപ്പെടുത്തി പ്രവർത്തിയ്ക്കുന്ന കമ്പ്യൂട്ടിങ് ആണ് ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടിങ്. ഇത്തരം കമ്പ്യൂട്ടിങ് ചെയ്യാൻ കഴിവുള്ള ഒരു കംപ്യൂട്ടറിനെ ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടർ എന്ന് വിളിയ്ക്കുന്നു. ദ്വയാങ്ക (Binary) അവസ്ഥകളുള്ള ട്രാന്സിസ്റ്ററുകളെ അടിസ്ഥാനമാക്കി പ്രവർത്തിയ്ക്കുന്ന സാധാരണ ഡിജിറ്റൽ കംപ്യൂട്ടറുകളെക്കാൾ വളരെ വ്യത്യസ്തമായാണ് ഇത് പ്രവർത്തിയ്ക്കുന്നത്. സാധാരണ ഡിജിറ്റൽ കംപ്യൂട്ടറുകളിൽ രണ്ടു സ്റ്റേറ്റുകൾ (0 അല്ലെങ്കിൽ 1) മാത്രമുള്ള ബിറ്റുകളിലേക്കാണ് വിവരം എൻകോഡ് ചെയ്യപ്പെടുന്നത്. എന്നാൽ ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടറിൽ ഇത് ക്യൂബിറ്റുകൾ എന്നറിയപ്പെടുന്ന പ്രത്യേകതരം ബിറ്റുകളിലാണ് എൻകോഡ് ചെയ്യപ്പെടുന്നത്. ഇത്തരം ബിറ്റുകളിൽ വിവരം വ്യത്യസ്ത ക്വാണ്ടം അവസ്ഥകളുടെ ഒരു വിശിഷ്ടസ്ഥിതിയിലാണ് ഉണ്ടാവുക. 
ശരിയായ രീതിയിൽ നിർമ്മിയ്ക്കപ്പെട്ട ഒരു ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടർ ചില പ്രത്യേക അൽഗോരിതങ്ങൾ സാധാരണ കംപ്യൂട്ടറുകളെക്കാൾ വേഗതയിൽ ഓടിയ്ക്കും എന്ന് സൈദ്ധാന്തികമായി തെളിയിയ്ക്കപ്പെട്ടിട്ടുണ്ട്. ഉദാഹരണത്തിന് ഒരു സംഖ്യയെ അതിന്റെ ഘടകങ്ങളായി വിഭജിയ്ക്കുന്ന പ്രക്രിയ ഷോറിന്റെ അൽഗോരിതം (SHOR’s ALGORITHAM ) എന്ന ക്വാണ്ടം അൽഗോരിതം വഴി വളരെ വേഗത്തിൽ ഓടിയ്ക്കാവുന്നതാണ്. സാധാരണ അൽഗോരിതത്തെ അപേക്ഷിച്ചു ഇതിന്റെ സമയ സങ്കീർണ്ണത ( TIME COMPLEXITY ) വളരെ മെച്ചമാണ്. സംഖ്യകളെ ഘടകങ്ങളാക്കുന്ന അൽഗോരിതം ഉപയോഗിച്ചാണ് ഇന്നു കാണുന്ന ഒരുവിധം എൻക്രിപ്ഷൻ സങ്കേതങ്ങൾ (പ്രത്യേകിച്ചും ആർ.എസ്.എ എന്ന എൻക്രിപ്ഷൻ സങ്കേതം) ഡിസൈൻ ചെയ്യപ്പെട്ടിട്ടുള്ളത്. അതിനാൽ ഒരു ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടർ ഇന്നത്തെ എൻക്രിപ്ഷൻ വ്യവസ്ഥകളെ തകിടം മറിയ്ക്കുമെന്ന് പലരും കരുതുന്നു.
ഒരു സാധാരണ കമ്പ്യൂട്ടറിന്റെ മെമ്മറി ബിറ്റുകൾ കൊണ്ടാണ് ഉണ്ടാക്കിയിട്ടുള്ളത്. ഒരു ബിറ്റിന് 1, 0 ഇവയിൽ ഏതെങ്കിലും ഒരു വില മാത്രമാണ് ഒരേ സമയം എടുക്കാൻ സാധിയ്ക്കുന്നത്. ഒരു ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടർ ക്യൂബിറ്റ് ഉപയോഗിച്ചാണ് ഉണ്ടാക്കിയിട്ടുള്ളത്. ഒരു ക്യൂബിറ്റിന് 1, 0 എന്നീ അവസ്ഥകളും അല്ലെങ്കിൽ ഇവയുടെ ഒരു ക്വാണ്ടം വിശിഷ്ടസ്ഥിതിയിലുള്ള അവസ്ഥയും എടുക്കാൻ സാധിയ്ക്കും; രണ്ടു ക്യൂബിറ്റുകൾ ഉണ്ടെങ്കിൽ അവയ്ക്കു 00, 01, 10, 11 എന്നീ 4 ക്വാണ്ടം അവസ്ഥകളുടെ വിശിഷ്ടസ്ഥിതികൾ എടുക്കാൻ സാധിയ്ക്കും, മൂന്നെണ്ണം ഉണ്ടെങ്കിൽ 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111 എന്നീ 8 അവസ്ഥകളുടെ വിശിഷ്ടസ്ഥിതികൾ എടുക്കാൻ സാധിയ്ക്കും. അതായത് ക്യൂബിറ്റുകൾ ഉള്ള ഒരു ക്വാണ്ടം കംപ്യൂട്ടറിന് സ്റ്റേറ്റുകളുടെ വിശിഷ്ടസ്ഥിതികൾ ഒരേ സമയം എടുക്കാൻ സാധിയ്ക്കും (ഒരു സാധാരണ കമ്പ്യൂട്ടറിൽ ഒരേ സമയം അവസ്ഥകളിലെ ഏതെങ്കിലും ഒരു അവസ്ഥ മാത്രമേ സ്വീകരിയ്ക്കാൻ സാധിയ്ക്കൂ എന്നോർക്കുക). ക്വാണ്ടം ഗേറ്റുകൾ എന്നറിയപ്പെടുന്ന പ്രത്യേക സർക്യൂട്ടുകൾ ഉപയോഗിച്ചാണ് വിശിഷ്ടസ്ഥിതിയിൽ ഉള്ള ക്യൂബിറ്റുകളിൽ പ്രവർത്തിയ്ക്കുന്നത്. ഇങ്ങനെ വിശിഷ്ടസ്ഥിതിയിൽ ഇരിയ്ക്കുന്ന ഒരു കൂട്ടം ക്യൂബിറ്റുകളെ ക്വാണ്ടം അൽഗോരിതം എന്നറിയപ്പെടുന്ന ക്വാണ്ടം ഗേറ്റുകളുടെ ഒരു അനുക്രമം (SEQUENCE ) ഉപയോഗിച്ച് പല പരിവർത്തനങ്ങളും വരുത്തുന്നു. സാധാരണ കമ്പ്യൂട്ടറിൽ സെൻട്രൽ പ്രോസസ്സിംഗ് യൂണിറ്റിലെ ഒരു രജിസ്റ്ററിലെ വിലകളെ മാറ്റുന്നതിന് തുല്യമാണിത്. ഇത്തരം പ്രവർത്തനത്തിനു ശേഷം ഒരു ക്വാണ്ടം അളക്കൽ വഴി ഉത്തരം പുറത്തെടുക്കുന്നു. ഈ അളക്കൽ നടത്തുമ്പോൾ വിശിഷ്ടസ്ഥിതിയിൽ ഉള്ള ക്യൂബിറ്റുകൾ നേരത്തെ കണ്ട സാധാരണ വിലകളിൽ ഒന്നിലേയ്ക്ക് മാറുന്നു. ഈ വിലയാണ് പുറത്തു കാണാൻ സാധിയ്ക്കുക.അതായത് ഈ സമയത്ത് ക്യൂബിറ്റിന്റെ വില സാധാരണ പോലെ 0 ഓ 1 ഓ ആയിരിയ്ക്കും. അതായത് ക്യൂബിറ്റുകളിൽ പ്രവർത്തിയ്ക്കുന്ന ഒരു ക്വാണ്ടം അൽഗോരിതത്തിന്റെ ഔട്ട്പുട്ട് എപ്പോഴും ബിറ്റ് ഉള്ള ഒരു സാധാരണ നമ്പർ ആയിരിയ്ക്കും ഇനി ക്വാണ്ടം അളക്കൽ നടത്തിയില്ലെങ്കിൽ ആ ബിറ്റുകൾ വിശിഷ്ടസ്ഥിതിയിൽ തന്നെ തുടരും. ഈ അവസ്ഥയിൽ നമുക്ക് പുറത്തേയ്ക്കു വിവരം ഒന്നും തന്നെ കിട്ടില്ല. വിശിഷ്ടസ്ഥിതിയിൽ നിൽക്കുന്ന ഒരു ക്യൂബിറ്റിൽ ക്വാണ്ടം അളക്കൽ നടത്തിയാൽ അത് ക്യൂബിറ്റിന്റെ ഏതു സാധാരണ അവസ്ഥയിലേയ്ക്ക് മാറും എന്നത് എപ്പോഴും ഒരു സംഭാവ്യത അനുസരിച്ചു ഇരിയ്ക്കും. ഇത് ക്വാണ്ടം ബലതന്ത്രത്തിന്റെ ഒരു അടിസ്ഥാന തത്ത്വം ആണ്. അതിനാൽ ക്യൂബിറ്റുകളുടെ ഒരു സംയുക്ത വിശിഷ്ടസ്ഥിതിയിൽ നിന്ന് ക്വാണ്ടം അളക്കൽ നടത്തിയാലും അതിന്റെ ഔട്ട്പുട്ട് വിലകളിൽ ഏതെങ്കിലും ഒന്ന് ആകുന്നത് ഒരു സംഭവ്യത (Probability ) വെച്ച് തന്നെ ആണ്. അതിനാൽ ക്വാണ്ടം അൽഗോരിതങ്ങൾ പൊതുവേ സംഭാവ്യതാ അൽഗോരിതങ്ങൾ ( Probability Algorithms ) ആണെന്ന് പറയുന്നു.
ഭാവിയിലെ ചില സാധ്യതാ മേഖലകൾ : 

• സുരക്ഷ  : സൈനികേതരമായ ആവശ്യങ്ങൾക്ക് പുറമെ ക്രിപ്റ്റോ അനാലിസിസ് പോലെയുള്ള ദേശീയ സുരക്ഷയ്ക്കുള്ള സങ്കേതങ്ങൾക്കു വേണ്ടിയും ഇത് ഉപയോഗിയ്ക്കാം എന്ന് തെളിയിക്കപ്പെട്ടിട്ടുണ്ട്
• മെഡിക്കൽ : പുതിയ മരുന്നുകളും വസ്തുക്കളും കണ്ടെത്തുന്നതിന് സഹായകമായ തന്മാത്രകളുടെയും രാസ സംയുക്തങ്ങളുടെയും സങ്കീർണ്ണതയുടെ കുരുക്കഴിക്കുവാൻ 
• സപ്ലൈ ചെയിൻ : ആഗോള വിതരണ ശൃംഖലയുടെ കാര്യക്ഷമമായ നടത്തിപ്പിനും അപ്രതീക്ഷിത സാഹചര്യങ്ങളെ നേരിടാനും (ഉദാഹരണത്തിന് അവധി ദിവസങ്ങൾ, ബന്ദ് മുതലായ സാഹചര്യങ്ങയിൽ )
• സാമ്പത്തിക സേവനങ്ങൾ : മെച്ചപ്പെട്ട നിക്ഷേപം ഉണ്ടാക്കുന്നതിനുള്ള സാമ്പത്തിക മോഡൽ, നഷ്ട സാധ്യത ഒഴിവാക്കി കൃത്യമായ നിക്ഷേപങ്ങൾ നടത്തുവാൻ സഹായിക്കുക മുതലായവ 
• മെഷീൻ ലേർണിംഗ് (  യന്ത്രവൽകൃത പഠനം )  മുതലായ ആർട്ടിഫിഷ്യൽ ഇന്റലിജൻസ് ( കൃത്രിമ ബുദ്ധി ) ഉപയോഗിച്ച്  പുതിയ ജീവോപകാര നിർമിതികൾ നടത്തുവാൻ 
• ഹരിതഗൃഹ വാതക വികിരണം ( Green House Emission) പോലെ ഉള്ള അപകടങ്ങളെ കുറച്ച് രാസ വളം കുറയ്ക്കാൻ സഹായിക്കുന്നതിന് പുതിയ ഉത്പാദനരീതിതിരിച്ചറിയാൻ