আজকের ক্ষুদে কম্পিউটার গুলো দিনদিন অনেক বেশি শক্তিশালী হয়ে উঠছে। ৫০ বছর আগের ঘরের সমান সাইজের কম্পিউটার গুলোর চাইতে আজকের দিনের আপনার পকেটে থাকা সেলফোনের অনেক বেশি কম্পিউটিং দক্ষতা রয়েছে। দিন দিন কম্পিউটার সাইজ কমানোর সাথে সাথে এর কর্মদক্ষতা বাড়ানোর প্রয়োজন পড়ছে—আর এখানেই এসে দাঁড়িয়ে পড়ে এক বিশাল সমস্যা।
আমি কম্পিউটার প্রসেসর বৃত্তান্ত নিয়ে আলোচনা করা একটি টিউনে বলেছিলাম যে, কম্পিউটারের প্রসেসর কোটি কোটি ট্র্যানজিস্টরের সমন্বয়ে তৈরি করা হয়। এখন উন্নত প্রসেসর তৈরি করার জন্য আমাদের প্রয়োজন পড়ে একই প্রসেসরে আরো বেশি ট্র্যানজিস্টর আঁটানো—আর এর জন্য প্রয়োজন ট্র্যানজিস্টরের আকার আরো ছোট করা।
তাই আমরা যদি আজকের থেকেও আরো ছোট এবং শক্তিশালী কম্পিউটার বানাতে চাই, তবে আমাদের এক সম্পূর্ণ নতুন পদ্ধতিতে কম্পিউটার বানাতে হবে। কেনোনা ট্র্যানজিস্টরের আকার আরো ছোট করতে করতে একসময় এক একটি ট্র্যানজিস্টর এক একটি অ্যাটমের আকারের হয়ে যাবে—আর তখন কম্পিউটার ঠিক এমন কাজ করতে পারবে না যা এখন করে। কিন্তু এই অ্যাটমিক প্রসেসর জন্ম দেবে এক নতুন কম্পিউটিং প্রযুক্তি, আর একেই বলা হবে কোয়ান্টাম কম্পিউটিং, যার প্রসেসর আজকের যেকোনো হাই পাওয়ার কম্পিউটার থেকে মিলিয়ন গুনে বেশি দ্রুত কাজ করবে। শুনতে মজা লাগছে না? হ্যাঁ, আরো মজা পাওয়া যাবে যদি এনিয়ে আরো বিস্তারিত জানা যায়। তো চলুন জেনে নেওয়া যাক, কোয়ান্টাম কম্পিউটিং কি এবং এটি কীভাবে কাজ করে।
আজকের প্রচলিত কম্পিউটিং কীভাবে কাজ করে?
আপনি আপনার কম্পিউটার সম্পর্কে কি ভাবেন? হয়তো ভাবেন, এটি একটি ইলেক্ট্রনিক যন্ত্র, যা আপনার টেবিলের উপরে বা বিছানার উপরে পড়ে থাকে—এ দিয়ে আপনি ইমেইল পাঠাতে পারেন, অনলাইন কেনাকাটা করতে পারেন, বন্ধুদের সাথে চ্যাট করতে পারেন, অথবা এতে গেমস প্লে করতে পারেন। কিন্তু ব্যস্তবিকভাবে আপনার কম্পিউটার এথেকেও আরো অনেক বেশি কিছু আবার আপনি যা ভাবেন তা থেকে অনেক কম কিছু। কি, শুনতে পাগলের মতো লাগলো তাইনা? আপনার কম্পিউটার আপনার ভাবনার থেকেও বেশি কিছু, কারন এটি সাধারন যেকোনো কাজের জন্য তৈরি করা একটি মেশিন। অর্থাৎ আপনি ভার্চুয়ালি প্রায় সবকিছুই এর দ্বারা করাতে পারবেন। আবার আপনার কম্পিউটার আপনার ভাবনার থেকে অনেক কম কিছু, কারন এর কাজ করার পদ্ধতি আপনার সাধারন ক্যালকুলেটর থেকে একটু মাত্র উন্নত।
আজকের প্রচলিত কম্পিউটার গুলো দুইটি কাজ সম্পন্ন করে আপনার কম্পিউটিং চাহিদা পূরণ করে থাকে। একটি হলো, এরা কোন নাম্বারকে মেমোরিতে জমা রাখতে পারে এবং এই নাম্বার গুলোর মধ্যে সাধারন প্রসেসিং করাতে পারে (যেমন যোগ করা বা বিয়োগ করা)। আবার এরা যেকোনো নাম্বারকে একে অপরের সাথে এলোমেলো করে গাথিয়ে গাণিতিক সমস্যা পাকিয়ে, তা থেকে সমাধানও করতে পারে—আর একে বলা হয় অ্যালগরিদম। কম্পিউটারের এই দুইটি প্রধান কাজ, নাম্বার জমা রাখা এবং নাম্বার প্রসেসিং করা, এগুলোকে কম্পিউটার সম্পূর্ণ করিয়ে থাকে একটি সুইচের সাহায্যে—যার নামট্র্যানজিস্টর।
ট্র্যানজিস্টরকে আপনার ঘরের দেওয়ালে লাগানো সুইচেরই মাইক্রোস্কপিক ভার্সন মনে করতে পারেন—যা আপনার ঘরের ফ্যান না বাল্ব জ্বালাতে বা নেভাতে সাহায্য করে। আপনার কম্পিউটারের প্রসেসরে থাকা ট্র্যানজিস্টর বা মেমোরিতে থাকা ট্র্যানজিস্টরকে অন বা অফ করিয়ে এর মধ্যে কোন সংখ্যাকে সংরক্ষিত করা হয়। কোন ট্র্যানজিস্টরের মধ্যে যদি ইলেক্ট্রিসিটি প্রবাহ করিয়ে একে অন করা হয় তবে এটি (1) কে সংরক্ষিত করে এবং ট্র্যানজিস্টরকে অফ করে রাখলে এটি (0) সংরক্ষিত করে। আর এই ওয়ান বা জিরোর কোন লম্বা সারি ব্যবহার করে যেকোনো নাম্বার বা লেটার বা সিম্বল সংরক্ষিত করা যায়—আর এই পদ্ধতিকে বলা হয় বাইনারি পদ্ধতি (সুতরাং কম্পিউটার বড় হাতের A কে সংরক্ষিত করে 1000001 রূপে এবং ছোট হাতের a কে সংরক্ষিত করে 01100001 রূপে)।
প্রত্যেকটি জিরো বা ওয়ানকে বলা হয় একটি বাইনারি ডিজিট বা একটি বিট—এবং আটটি বিটের একটি সারিতে ২৫৫টি আলাদা অক্ষর সংরক্ষিত রাখা সম্ভব (যেমন A-Z, a-z, 0-9 এবং সাধারন প্রতীক গুলো)। আজকের কম্পিউটার গুলো যে সার্কিট ব্যবহার করে গণনা করে থাকে, একে বলা হয় ল্যজিক গেট—যা অনেক গুলো ট্র্যানজিস্টর একত্রে মিলিত হয়ে তৈরি হয়ে থাকে। আজকের প্রচলিত কম্পিউটার গুলোর সবচাইতে বড় সমস্যা হলো এরা প্রচলিত ট্র্যানজিস্টর গুলোর উপরে নির্ভরশীল। যদি এটি শুনতে কোন সমস্যার কারন মনে হয়না, কিন্তু যখন একটু আলাদা করে দেখা হবে তখনই আসল সমস্যা সামনে ধরা দেবে। বড় আকারের প্রসেসরের সাথে কোন সমস্যা নেই, কিন্তু যখন আপনার হাতের আঙ্গুলের সমান কোন শক্তিশালি প্রসেসর তৈরি করতে চাইবেন, ঠিক তখনই সমস্যাটি সামনে চলে আসবে।
তো চলুন এবার সমস্যার আসল পয়েন্ট নিয়ে আলোচনা করি। একই জায়গায় একসাথে আরো বেশি তথ্য সংরক্ষন করার ইচ্ছা মানে—একসাথে আরো ওয়ান এবং জিরো সংরক্ষিত করা—নামে আরো ট্র্যানজিস্টর বৃদ্ধি করা। আজকের প্রচলিত কম্পিউটার গুলো একটি সময়ে শুধু মাত্র একটি কাজই করতে পারে। আপনি কোন কম্পিউটার দিয়ে যতো জটিল কাজ সমাধান করানোর চেষ্টা করবেন, কম্পিউটার সেই কাজটি করতে ততোবেশি পদক্ষেপ এবং সময় গ্রহন করবে। আগের কম্পিউটার গুলো কোন কাজ করতে আজকের কম্পিউটার থেকে আরো বেশি কম্পিউটিং করতে হতো এবং তারা বেশি পাওয়ার অপচয় করতো। কিন্তু আজকের কম্পিউটার গুলো বেশি শক্তিশালী হয়ে উঠছে, এবং আমরা আরোবেশি কাজ করাতে পারছি। এখন সমস্যা হলো, এই ট্র্যানজিস্টর গুলোকে আমরা ইচ্ছা মতো ছোট তো করতে পারছি, কিন্তু এগুলো ছোট করতে করতে একসময় এদের আকার এক একটি পরমাণুর সমান হয়ে দাঁড়াবে। আর ট্র্যানজিস্টর গুলো যখন এক একটি পরমাণুতে পরিণত হবে তখন সেগুলোকে আর একই পদ্ধতি ব্যবহার করিয়ে অন বা অফ করা সম্ভব হয়ে উঠবে না। আর এরই জন্য আমাদের প্রয়োজন পড়বে কোয়ান্টাম কম্পিউটিং এর।
আজকের প্রচলিত কম্পিউটার গুলো দুইটি কাজ সম্পন্ন করে আপনার কম্পিউটিং চাহিদা পূরণ করে থাকে। একটি হলো, এরা কোন নাম্বারকে মেমোরিতে জমা রাখতে পারে এবং এই নাম্বার গুলোর মধ্যে সাধারন প্রসেসিং করাতে পারে (যেমন যোগ করা বা বিয়োগ করা)। আবার এরা যেকোনো নাম্বারকে একে অপরের সাথে এলোমেলো করে গাথিয়ে গাণিতিক সমস্যা পাকিয়ে, তা থেকে সমাধানও করতে পারে—আর একে বলা হয় অ্যালগরিদম। কম্পিউটারের এই দুইটি প্রধান কাজ, নাম্বার জমা রাখা এবং নাম্বার প্রসেসিং করা, এগুলোকে কম্পিউটার সম্পূর্ণ করিয়ে থাকে একটি সুইচের সাহায্যে—যার নামট্র্যানজিস্টর।
ট্র্যানজিস্টরকে আপনার ঘরের দেওয়ালে লাগানো সুইচেরই মাইক্রোস্কপিক ভার্সন মনে করতে পারেন—যা আপনার ঘরের ফ্যান না বাল্ব জ্বালাতে বা নেভাতে সাহায্য করে। আপনার কম্পিউটারের প্রসেসরে থাকা ট্র্যানজিস্টর বা মেমোরিতে থাকা ট্র্যানজিস্টরকে অন বা অফ করিয়ে এর মধ্যে কোন সংখ্যাকে সংরক্ষিত করা হয়। কোন ট্র্যানজিস্টরের মধ্যে যদি ইলেক্ট্রিসিটি প্রবাহ করিয়ে একে অন করা হয় তবে এটি (1) কে সংরক্ষিত করে এবং ট্র্যানজিস্টরকে অফ করে রাখলে এটি (0) সংরক্ষিত করে। আর এই ওয়ান বা জিরোর কোন লম্বা সারি ব্যবহার করে যেকোনো নাম্বার বা লেটার বা সিম্বল সংরক্ষিত করা যায়—আর এই পদ্ধতিকে বলা হয় বাইনারি পদ্ধতি (সুতরাং কম্পিউটার বড় হাতের A কে সংরক্ষিত করে 1000001 রূপে এবং ছোট হাতের a কে সংরক্ষিত করে 01100001 রূপে)।
প্রত্যেকটি জিরো বা ওয়ানকে বলা হয় একটি বাইনারি ডিজিট বা একটি বিট—এবং আটটি বিটের একটি সারিতে ২৫৫টি আলাদা অক্ষর সংরক্ষিত রাখা সম্ভব (যেমন A-Z, a-z, 0-9 এবং সাধারন প্রতীক গুলো)। আজকের কম্পিউটার গুলো যে সার্কিট ব্যবহার করে গণনা করে থাকে, একে বলা হয় ল্যজিক গেট—যা অনেক গুলো ট্র্যানজিস্টর একত্রে মিলিত হয়ে তৈরি হয়ে থাকে। আজকের প্রচলিত কম্পিউটার গুলোর সবচাইতে বড় সমস্যা হলো এরা প্রচলিত ট্র্যানজিস্টর গুলোর উপরে নির্ভরশীল। যদি এটি শুনতে কোন সমস্যার কারন মনে হয়না, কিন্তু যখন একটু আলাদা করে দেখা হবে তখনই আসল সমস্যা সামনে ধরা দেবে। বড় আকারের প্রসেসরের সাথে কোন সমস্যা নেই, কিন্তু যখন আপনার হাতের আঙ্গুলের সমান কোন শক্তিশালি প্রসেসর তৈরি করতে চাইবেন, ঠিক তখনই সমস্যাটি সামনে চলে আসবে।
তো চলুন এবার সমস্যার আসল পয়েন্ট নিয়ে আলোচনা করি। একই জায়গায় একসাথে আরো বেশি তথ্য সংরক্ষন করার ইচ্ছা মানে—একসাথে আরো ওয়ান এবং জিরো সংরক্ষিত করা—নামে আরো ট্র্যানজিস্টর বৃদ্ধি করা। আজকের প্রচলিত কম্পিউটার গুলো একটি সময়ে শুধু মাত্র একটি কাজই করতে পারে। আপনি কোন কম্পিউটার দিয়ে যতো জটিল কাজ সমাধান করানোর চেষ্টা করবেন, কম্পিউটার সেই কাজটি করতে ততোবেশি পদক্ষেপ এবং সময় গ্রহন করবে। আগের কম্পিউটার গুলো কোন কাজ করতে আজকের কম্পিউটার থেকে আরো বেশি কম্পিউটিং করতে হতো এবং তারা বেশি পাওয়ার অপচয় করতো। কিন্তু আজকের কম্পিউটার গুলো বেশি শক্তিশালী হয়ে উঠছে, এবং আমরা আরোবেশি কাজ করাতে পারছি। এখন সমস্যা হলো, এই ট্র্যানজিস্টর গুলোকে আমরা ইচ্ছা মতো ছোট তো করতে পারছি, কিন্তু এগুলো ছোট করতে করতে একসময় এদের আকার এক একটি পরমাণুর সমান হয়ে দাঁড়াবে। আর ট্র্যানজিস্টর গুলো যখন এক একটি পরমাণুতে পরিণত হবে তখন সেগুলোকে আর একই পদ্ধতি ব্যবহার করিয়ে অন বা অফ করা সম্ভব হয়ে উঠবে না। আর এরই জন্য আমাদের প্রয়োজন পড়বে কোয়ান্টাম কম্পিউটিং এর।
কোয়ান্টাম কম্পিউটিং কি?
আপনি যদি আলো নিয়ে পড়াশুনা করে থাকেন, তবে আপনি অবশ্যই পদার্থ বিজ্ঞানের কোয়ান্টাম তত্ত্ব সম্পর্কে একটু হলেও জানেন। কোয়ান্টাম তত্ত্ব হলো পদার্থ বিজ্ঞানের সেই শাখা যেখানে অ্যাটম এবং অ্যাটমের মধ্যে অবস্থিত ক্ষুদ্রতর অনু গুলো নিয়ে আলোচনা করা হয়। আপনি অবশ্যই জানেন যে, কোন কোন সময় আলোকরশ্মি এমন আচরন করে যে, যাতে মনে হয় ঐ আলোকরশ্মিটি ক্ষুদ্রক্ষুদ্র কণা দ্বারা গঠিত—আবার অনেক সময় মনে হয় আলোকরশ্মি বাতাসে তরঙ্গের মাদ্ধমে ভেসে আসে। আর একে wave-particle duality বলা হয়—এটি এমন একটি ধারণা যা আমরা আলোর কোয়ান্টাম তত্ত্ব থেকে খুঁজে পাই।
এটি উপলব্ধি করা সত্যিই মুশকিলের কাজ যে, এমন কোন জিনিষ আছে যা একই সময়ে দুটি রুপ ধারিত হয়ে থাকে (কণা এবং তরঙ্গ)—কেনোনা আমাদের প্রতিদিনের জীবনে ব্যস্তবিকভাবে এমন কোন জিনিষই নেই। একটি কার কখনোই একসাথে একটি বাইসাইকেল এবং একটি বাসের রুপ ধারণ করে থাকে না। কিন্তু কোয়ান্টাম তত্ত্বে ঠিক এমনি পাগলামো ধারণা দেখতে পাওয়া যায়। কোয়ান্টাম তত্ত্বের সবচাইতে বিভ্রান্তিকর উদাহরণ Schrödinger’s cat নামে পরিচিত—সংক্ষেপে এখানে বলা হয়েছে, যে কোয়ান্টাম তত্ত্বের এমন একটি অদ্ভুদ দুনিয়াকে কল্পনা করো যেখানে একটি ক্যাট (Cat) বা বিড়াল একসাথে জীবিত আবার মৃত।
কিন্তু এখন প্রশ্ন হলো, এই হেঁয়ালি আর আজগুবি ব্যাপার গুলো কম্পিউটারের সাথে কিভাবে সম্পৃক্ত? আচ্ছা এখন ভাবুন, আমরা দিনের পর দিন ধরে ট্র্যানজিস্টরের আকার আরো ক্ষুদ্র থেকে ক্ষুদ্রতর করেই চলেছি। কিন্তু এভাবে ক্ষুদ্রতর হতে হতে যখন এর আকার একদম একটি পরমাণুর সমান হয়ে দাঁড়াবে তখন একে আর সেইভাবে অন বা অফ করানো যাবে না যেভাবে আজকের প্রচলিত প্রসেসরে করানো যায়। কারন একটি পরমাণুতে বিদ্যুৎ দিয়ে কখনোই ইচ্ছা মতো থেমে রাখা বা প্রবাহ করানো যাবে না। এসময়ে ট্র্যানজিস্টর গুলো এমন এক অবস্থায় থাকবে যেখানে একই সময়ে সেগুলো অনও রয়েছে আবার অফও রয়েছে। কিন্তু এখন সবচাইতে বড় প্রশ্ন হচ্ছে, এটি কি সত্যিই ব্যস্তব করা সম্ভব হবে? যদি সম্ভব হয় তবে আনলক হয়ে যাবে বিশাল উন্নত এক কম্পিউটিং ধারণা—যা আপনি হয়তো আজ পর্যন্ত কল্পনাও করেননি। ভবিষ্যৎ প্রজন্মে আমাদের অবশ্যই কোয়ান্টাম কম্পিউটিং এর প্রয়োজন পড়বে—কেনোনা আজকের কম্পিউটার গুলো এদের ভেতরে এক একটি বিট সংরক্ষিত করতে বা প্রসেসিং করতেই সবচাইতে বেশি এনার্জি ক্ষয় করে থাকে। আর এই জন্যই কম্পিউটার গুলো এতো গরম হয়ে যায় এবং এতোবেশি এনার্জি ক্ষয় করে। তাই আমাদের অবশ্যই এক নতুন ধারনার কম্পিউটার প্রয়োজন।
কোয়ান্টাম + কম্পিউটিং = কোয়ান্টাম কম্পিউটিং
আজকের যেকোনো সাধারন কম্পিউটার—বিট, ল্যজিক গেট, অ্যালগরিদমের উপর কাজ করে। কোয়ান্টাম কম্পিউটারেও ঠিক অনুরূপ ফিচার গুলোই থাকবে, শুধু সাধারন কম্পিউটারের বিটের জায়গায় কোয়ান্টাম কম্পিউটারে থাকবে কোয়ান্টাম বিট বা কিউবিট—যা বিশেষভাবে এক আলাদা উপায়ে কাজ করবে। যেখানে একটি বিট শুধুমাত্র একটি ওয়ান বা একটি জিরো সংরক্ষিত করতে পারে সেখানে একটি কিউবিট সংরক্ষিত করতে পারবে একটি ওয়ান বা একটি জিরো বা ওয়ান বা জিরো উভয় একসাথে অথবা ওয়ান বা জিরোর মাঝে অসীম নাম্বার—অর্থাৎ এটি একই সময়ে একাধিক ভাল্যু সংরক্ষিত করে রাখতে পারবে।
যদি এই তত্ত্ব আপনার কাছে বিভ্রান্তিকর মনে হয় তবে ভেবে দেখুন আলো সম্পর্কে, যে কীভাবে এটি একসাথে কণা আবার তরঙ্গ আকারে চলতে পারে। অথবা ভেবে দেখুন Schrödinger’s cat এর কথা, যা একসাথে জীবিত আবার মৃত অথবা ভেবে দেখুন এমন কোন কারের কথা যে একসাথে সাইকেল আবার বাসও ।
কিউবিট কীভাবে একসাথে একাধিক নাম্বার সংরক্ষিত করতে পারবে একথার অনুরুপ উদাহরণ নেওয়ার জন্য আদর্শ উদাহরণ হবে পদার্থবিদ্যার সুপার পজিশন (superposition) নামক ধারনাটি। এই ধারণা অনুসারে, দুইটি তরঙ্গ একত্রিত হয়ে একটি নতুন তরঙ্গের সৃষ্টি করে এবং এই তৃতীয় তরঙ্গটি একই সাথে প্রথম এবং দ্বিতীয় তরঙ্গকে বহন করে।
চলুন আরো সহজ করে বুঝবার জন্য একটি চমৎকার উদাহরণ নেওয়া যাক। আপনি যদি কোন বাঁশি বাজানোর চেষ্টা করেন, তবে ভেবে দেখুন সেই বাঁশির নলের ভেতরে কিন্তু আগে থেকেই একটি স্থায়ী তরঙ্গ অবস্থান করেঃ এই স্থায়ী তরঙ্গে একই সাথে সকল প্রকারের তরঙ্গ সমগ্র থাকে। আপনি যখন বাঁশিতে ফুঁ দিয়ে একটির সাথে আরেকটি তরঙ্গ মিশ্রিত করে দেন তখন বাঁশিতে আগে থেকে থাকা তরঙ্গ একে অন্যের সাথে মিশে গিয়ে নতুন এক তরঙ্গ সৃষ্টি করে। ঠিক অনুরুপ ভাবে কিউবিট গুলো সুপার পজিশন ধারনার মতো করে একই সাথে একাধিক ভাল্যু সংরক্ষিত করে রাখতে পারে।
কোয়ান্টাম কম্পিউটার যেহেতু একসাথে একই সময়ে একাধিক নাম্বার সংরক্ষন করতে পারে তাই এটি একই সাথে একই সময়ে একাধিক প্রসেসিংও করতে পারবে। কোয়ান্টাম কম্পিউটিং এর ফলে কোন প্রসেসকে একের পর এক সম্পূর্ণ করার প্রয়োজন পড়বে না। বরং একই সাথে এটি প্যারালেলে কাজ করতে পারবে। সুতরাং কোয়ান্টাম কম্পিউটার যদি প্যারালেলে কাজ করে তবে এটিকে আজকের প্রচলিত যেকোনো কম্পিউটার থেকে মিলিয়ন গুন বেশি দ্রুত কাজ করানো সম্ভব হবে …যদি আমরা কোয়ান্টাম কম্পিউটার আবিষ্কার করতে পারি তো!
শেষ কথা
হয়তো আমরা ভবিষ্যতে কোয়ান্টাম কম্পিউটার দেখতে পাবো এবং কোয়ান্টাম কম্পিউটিং আমাদের বর্তমান কম্পিউটিং অভিজ্ঞতা সম্পূর্ণ রূপে বদলিয়ে দিতে সাহায্য করবে। আমি জানি আজকের টপিকটি অনেক বিভ্রান্তিকর ছিল। আর অনেক জটিল কোন বিষয়কে সহজ করে উপস্থাপন করা সত্যিই অনেক কঠিন কাজ। জানিনা সম্পূর্ণ বিষয়টি আপনার মস্তিষ্কে পরিষ্কারভাবে ঢুকাতে পেরেছি কিনা—তবে আমি আমার সর্বউচ্চ চেষ্টা করেছি। কোয়ান্টাম কম্পিউটিং নিয়ে এখনো কোন বিভ্রান্তি থাকলে আমাকে নিচে টিউমেন্ট করতে পারেন। আমি অবশ্যই রিপ্লাই করবো। আর টিউনটি অবশ্যই বেশি বেশি করে শেয়ার করুন, ধন্যবাদ
কপি To পেস্ট - টেকটিউনস
