ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಕಂಪ್ಯೂಟಿಂಗ್

ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಕಂಪ್ಯೂಟಿಂಗ್ 

ಮಾಹಿತಿಯನ್ನು ಪರಿಷ್ಕರಿಸಲು ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಮೆಕಾನಿಕ್ಸ್ ತತ್ತ್ವಗಳನ್ನು ಬಳಸುವ ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಕಂಪ್ಯೂಟಿಂಗ್ ಇಂದು ಸಾಕಷ್ಟು ಸಂಶೋಧಕರನ್ನು ಆಕರ್ಷಿಸುತ್ತಿದೆ.  ಗಣಕಯಂತ್ರಗಳು ಮಾಹಿತಿಯನ್ನು ಬಿಟ್ ರೂಪದಲ್ಲಿ ಶೇಖರಿಸುತ್ತವೆ ಮತ್ತು  ಪರಿಷ್ಕರಿಸುತ್ತವೆ.  ಇವನ್ನು ಕ್ಲಾಸಿಕ್ ಗಣಕಗಳು ಎಂದು ಕೂಡಾ ಕರೆಯಬಹುದು.  ಬೈನರಿ ಡಿಜಿಟ್ ಎಂಬುದರ ಹೃಸ್ವ ರೂಪವಾದ ಬಿಟ್ ಗಣಕಯಂತ್ರದಲ್ಲಿ ಶೇಖರಿಸಬಹುದಾದ / ಪರಿಷ್ಕರಿಸಬಹುದಾದ ಅತ್ಯಂತ ಚಿಕ್ಕ ಮಾಹಿತಿ ಘಟಕ. ಬಿಟ್ ಎಂಬುದು ಎರಡು ಸ್ಥಿತಿಯಲ್ಲಿ ಇರಬಹುದಾಗಿದೆ - ಸೊನ್ನೆ ಅಥವಾ ಒಂದು (ಬೈನರಿ ಡಿಜಿಟ್ ಎಂಬ ಪದದಲ್ಲಿ ಬೈನರಿ ಎಂದರೆ ಎರಡು ಸ್ಥಿತಿಗಳಿರುವ" ಎಂದೇ ಅರ್ಥ.)  ಇದಕ್ಕೆ ವಿರುದ್ಧವಾಗಿ ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಗಣಕಗಳು "ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಬಿಟ್ಸ್" ಎಂಬ ಘಟಕಗಳಲ್ಲಿ ಮಾಹಿತಿಯನ್ನು ಶೇಖರಿಸಿ ಪರಿಷ್ಕರಿಸುತ್ತವೆ. ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಬಿಟ್ಸ್ ಎಂಬುದನ್ನು ಕ್ಯೂಬಿಟ್ಸ್ ಎಂದೂ ಕರೆಯುತ್ತಾರೆ.   

ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರಜ್ಞ  ರಿಚರ್ಡ್ ಫೇನ್ಮನ್ ಕ್ವಾಂಟಂ ಗಣಕಗಳ ಸಾಧ್ಯತೆಯನ್ನು ೧೯೮೦ರಲ್ಲಿ ತಮ್ಮ ದೂರದೃಷ್ಟಿಯಿಂದ ಕಂಡರು. "ಪ್ರಕೃತಿಯು ಕ್ಲಾಸಿಕಲ್ ಅಲ್ಲ. ಗಣಕಗಳನ್ನು ಬಳಸಿ ಪ್ರಕೃತಿಯನ್ನು  ಅನುಕರಿಸಬೇಕೆಂದರೆ ಕ್ವಾಂಟಂ ಮೆಕಾನಿಕಲ್ ಪದ್ಧತಿಯನ್ನು ಬಳಸುವುದು ಜಾಣತನ." ಎಂಬುದು ಅವರ ಪ್ರಸಿದ್ಧ ಹೇಳಿಕೆ. 

ಸೂಪರ್ ಪೊಸಿಷನ್ 

ಒಂದು ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಬಿಟ್ ಏಕಕಾಲದಲ್ಲಿ ೦ ಮತ್ತು ೧ ಎರಡೂ ಸ್ಥಿತಿಗಳಲ್ಲಿ ಇರಬಲ್ಲದು. ಇದಕ್ಕೆ ಸೂಪರ್ ಪೊಸಿಷನ್ (ಒಂದರ ಮೇಲೆ ಒಂದಿರುವುದು) ಎನ್ನುತ್ತಾರೆ.   ಇದನ್ನು ವಿವರಿಸಲು "ಶ್ರೋಡಿಂಜರನ ಬೆಕ್ಕು" ಎಂಬ ಸಾಮ್ಯವನ್ನು ನೀಡಲಾಗುತ್ತದೆ. ಮುಚ್ಚಳ ಮುಚ್ಚಿದ ಪೆಟ್ಟಿಗೆಯಲ್ಲಿ ಒಂದು ಬೆಕ್ಕಿದೆ ಎಂದುಕೊಳ್ಳಿ. ಅದು ಜೀವಂತವಾಗಿದೆಯೋ ಇಲ್ಲವೋ ಎಂಬುದನ್ನು ತಿಳಿಯಲು ಮುಚ್ಚಳ ತೆರೆಯಬೇಕು. ಮುಚ್ಚಳ ತೆರೆಯುವ ವರೆಗೂ ಬೆಕ್ಕು ಏಕಕಾಲದಲ್ಲಿ ಜೀವಂತವೂ ಮೃತವೂ ಆಗಿದೆ. ಅನೇಕ ಕ್ಯೂಬಿಟ್ಸ್ ಇರುವ ಕ್ವಾಂಟಂ ಗಣಕವು ಏಕಕಾಲದಲ್ಲಿ ಅನೇಕ ಲೆಕ್ಕಾಚಾರಗಳನ್ನು ಮಾಡಬಲ್ಲದು. ಹೀಗಾಗಿ  ಕ್ಲಾಸಿಕ್ ಗಣಕಗಳಿಗಿಂತ ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಗಣಕ ವೇಗವಾಗಿ ಕೆಲಸ ಮಾಡಬಲ್ಲದು. 

ಎಂಟಾಂಗಲ್ಮೆಂಟ್   

ಭೌತಿಕವಾಗಿ ದೂರವಿದ್ದರೂ ಎರಡು ಕ್ಯೂಬಿಟ್ಸ್ ಒಂದಕ್ಕೊಂದು ತಳುಕು ಹಾಕಿಕೊಳ್ಳುವುದು ಸಾಧ್ಯ. ಇದರ ಅರ್ಥ ಒಂದು ಕ್ಯೂಬಿಟ್ ನ ಸ್ಥಿತಿ ಇನ್ನೊಂದರ ಸ್ಥಿತಿಯನ್ನು ಅವಲಂಬಿಸಿದೆ ಎಂದು.   ಇದಕ್ಕೆ "ಎಂಟಾಂ ಗಲ್ಮೆಂಟ್ " ಎನ್ನುವ ಹೆಸರಿದೆ. ಕ್ವಾಂಟಂ ಗಣಕಗಳು ಕ್ಲಾಸಿಕ್ ಗಣಕಗಳಿಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚು ವೇಗವಾಗಿ ಕೆಲಸ ಮಾಡಲು ಇದೂ ಸಹಾಯಕ. 

ಕ್ವಾಂಟಂ ಇಂಟೆರ್ಫರೆನ್ಸ್ 

ಕ್ವಾಂಟಂ ಗಣಕಗಳಲ್ಲಿ ಅನೇಕ ಸ್ಥಿತಿಗಳು ಏಕಕಾಲದಲ್ಲಿ ಇರುವ ಕಾರಣ ತಪ್ಪು ಉತ್ತರಗಳು ಕೂಡಾ ಉದ್ಭವಿಸುವುದು ಸಾಧ್ಯ.  ಈ ಗಣಕಗಳಲ್ಲಿ ಬಳಸಲಾಗುವ ಆಲ್ಗರಿತಮ್ ಗಳು ಇಂಟರ್ಫೆರೆನ್ಸ್ ಎಂಬ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯ ಮೂಲಕ ತಪ್ಪು ಉತ್ತರಗಳನ್ನು ತೊಡೆದು ಹಾಕಿ ಸರಿಯಾದ ಉತ್ತರಗಳನ್ನು ಮುನ್ನೆಲೆಗೆ ತರುತ್ತವೆ.   ಪೀಟರ್ ಶೋರ್ ಎಂಬ ವಿಜ್ಞಾನಿ ಒಂದು ದೊಡ್ಡ ಸಂಖ್ಯೆಯನ್ನು ಪ್ರೈಮ್ ಸಂಖ್ಯೆಗಳ ಗುಣಲಬ್ಧವಾಗಿ ಹೇಗೆ ಬರೆಯುವುದು ಎಂಬ ಕಷ್ಟಕರ ಸಮಸ್ಯೆಗೆ  (ಇಂಟಿಜರ್ ಫಾಕ್ಟೊರೈಸೇಷನ್)  ನೀಡಿರುವ ಕ್ವಾಂಟಂ ಆಲ್ಗರಿತಮ್  (೧೯೯೪) ಇಂಟರ್ಫೆರೆನ್ಸ್ ತತ್ತ್ವವನ್ನು ಅವಲಂಬಿಸಿದೆ. 

ಕ್ಲಾಸಿಕ್ ಗಣಕಗಳ ಹೋಲಿಕೆಯಲ್ಲಿ ಕ್ವಾಂಟಂ ಗಣಕಗಳು ಕೆಳಕಂಡ ಕ್ಲಿಷ್ಟ ಸಮಸ್ಯೆಗಳನ್ನು ಸುಲಭವಾಗಿ ಪರಿಹರಿಸುತ್ತವೆ - 

 ರಾಸಾಯನಿಕ ಆಣ್ವಿಕ ರಚನೆಗಳ ಅನುಕರಣೆ (molecular structure simulation)
 ದೊಡ್ಡ ಗಣಕ ಜಾಲಗಳ ಆಪ್ಟಿಮೈಜೇಷನ್ 
 ದೊಡ್ಡ ಸಂಖ್ಯೆಗಳ ಫ್ಯಾಕ್ಟರೈಜೇಷನ್ 

ಕೆಳಕಂಡ ಕ್ಷೇತ್ರಗಳಲ್ಲಿ ಕ್ವಾಂಟಂ ಗಣಕಗಳು ಒಂದು ಕ್ರಾಂತಿಯನ್ನೇ ಉಂಟುಮಾಡಬಲ್ಲವು. 

 ಕ್ರಿಪ್ಟೋಗ್ರಫಿ (ಮಾಹಿತಿಯನ್ನು ರಹಸ್ಯಗೊಳಿಸುವುದು ಮತ್ತು ರಹಸ್ಯಗೊಳಿಸಿದ ಮಾಹಿತಿಯನ್ನು ಬಹಿರಂಗಗೊಳಿಸುವುದು) - ಕ್ವಾಂಟಂ ಗಣಕಗಳು ರಹಸ್ಯ ಮಾಹಿತಿಯನ್ನು ಸುಲಭವಾಗಿ ಭೇದಿಸಬಲ್ಲ ಕಾರಣ ಅದನ್ನು ತಪ್ಪಿಸಲು ಕ್ವಾಂಟಂ ರೆಸಿಸ್ಟೆಂಟ್ ಎನ್ಕ್ರಿಪ್ಷನ್ (ಕ್ವಾಂಟಂ ಗಣಕಗಳಿಂದ ಸುರಕ್ಷಿತವಾದ ರಹಸ್ಯ)  ಎಂಬ ಕ್ಷೇತ್ರವು ಸ್ಥಾಪಿತವಾಗಿದೆ.   ಆರ್ ಎಸ್ ಎ ಮುಂತಾದ ರಹಸ್ಯ ಸಂಕೇತಗಳ ಸೃಷ್ಟಿಯಲ್ಲಿ ಇಂಟಿಜರ್ ಫಾಕ್ಟರೈಸೇಷನ್ ಪ್ರಮುಖ ಪಾತ್ರ ವಹಿಸುತ್ತದೆ. ಈ ಗಣಿತ ಸಮಸ್ಯೆಯನ್ನು ಮೇಲೆ ಹೇಳಿದ ಶೋರ್ ಆಲ್ಗರಿತಂ ಸುಲಭವಾಗಿ ಪರಿಹರಿಸಿದರೆ ಮಾಹಿತಿಯ ರಹಸ್ಯ ಕಾಪಾಡುವುದು ಒಂದು ಸವಾಲಾಗಿ ಪರಿಣಮಿಸುವುದು. 
 ಔಷಧಗಳ ಮತ್ತು ಹೊಸ ಪದಾರ್ಥಗಳ ಸೃಷ್ಟಿ - ಆಣ್ವಿಕ ರಚನೆಗಳನ್ನು ಅನುಕರಿಸುವ ಸಾಧ್ಯತೆಯನ್ನು ಕ್ವಾಂಟಂ ಗಣಕಗಳು ತೋರಿರುವ ಕಾರಣ ಹೊಸ ಪದಾರ್ಥಗಳ ಅನಾವರಣವು ಸಾಧ್ಯವಾಗಿದೆ. 
 ಕಷ್ಟವಾದ ಸಮಸ್ಯೆಗಳ ಪರಿಹಾರ - ಹಣಕಾಸು ಮುಂತಾದ ಕ್ಷೇತ್ರಗಳಲ್ಲಿ ಕಷ್ಟವೆನ್ನಿಸುವ ಸಮಸ್ಯೆಗಳನ್ನು ಪರಿಹರಿಸಲು ಕ್ವಾಂಟಂ ಗಣಕಗಳು ಸಹಾಯ ಮಾಡಬಲ್ಲವು. 
 ಕೃತಕ ಬುದ್ದಿವಂತಿಕೆ - ಕೃತಕ ಬುದ್ಧಿವಂತಿಕೆ ಕ್ಷೇತ್ರದಲ್ಲಿ ಕ್ವಾಂಟಂ ಗಣಕಗಳ ಬಳಕೆಯಿಂದ ಅನೇಕ ಹೊಸ ಸಾಧ್ಯತೆಗಳಿವೆ.

ತೊಡಕುಗಳು 

ಕ್ವಾಂಟಂ ಗಣಕಗಳನ್ನು ಸೃಷ್ಟಿಸುವುದು ಸುಲಭವಲ್ಲ. ಕ್ಯೂಬಿಟ್ ಸ್ಥಿರತೆ (qubit stability) ಎಂಬುದು ವಿಜ್ಞಾನಿಗಳ ಮುಂದಿರುವ ದೊಡ್ಡ ಸಮಸ್ಯೆ.  ಇದೇ ರೀತಿ ದೊಡ್ಡ ಪ್ರಮಾಣದ ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಗಣಕಗಳನ್ನು ಸೃಷ್ಟಿಸುವುದು (scalability) ಕೂಡಾ ಒಂದು ಸವಾಲು.  ಕ್ವಾಂಟಂ ಗಣಕಗಳು ಇನ್ನೂ ಶೈಶವಾವಸ್ಥೆಯಲ್ಲಿವೆ. ಆದರೆ ಅವುಗಳ ಸಾಧ್ಯತೆಯನ್ನು ಮನಗಂಡಿರುವ ಕಂಪ್ಯೂಟರ್ ವಿಜ್ಞಾನಿಗಳು ಸಂಶೋಧನೆಯಲ್ಲಿ ತೊಡಗಿದ್ದಾರೆ. ಹಲವು ಕಂಪನಿಗಳು ಕ್ವಾಂಟಂ ಗಣಕಗಳನ್ನು ರಚಿಸುವ ದಿಕ್ಕಿನಲ್ಲಿ ಕೆಲಸ ಮಾಡುತ್ತಿವೆ - ಉದಾಹರಣೆಗೆ ಐಬಿಎಂ ಮತ್ತು ಗೂಗಲ್.

 ಉಲ್ಲೇಖಗಳು