குவாண்டம் கணினி: கணக்கீட்டின் எதிர்கால புரட்சி! தெரிஞ்சுக்கணும், புரிஞ்சுக்கணும்!

நம்மால் பயன்படுத்தப்படும் கணினிகள் பொதுவாக Bit அடிப்படையில் இயங்குகின்றன. ஒரு பிட் என்றால் 0 அல்லது 1 என்ற இரண்டு நிலைகளில் மட்டுமே இருக்கும். ஆனால், குவாண்டம் கணினி என்பது க்யூபிட் (Qubit) அடிப்படையில் செயல்படுகிறது. க்யூபிட் என்பது ஒரே நேரத்தில் 0வும் 1வும் இருக்க முடியும் (இதற்கு Superposition என்கிறார்கள்). மேலும், இரண்டு க்யூபிட்கள் இடையே வினோதமான Entanglement எனும் தொடர்பு இருக்கும். இதனால் அவை ஒரே நேரத்தில் பெரும் அளவிலான கணக்கீடுகளை செய்யும். இதுவே குவாண்டம் கணினியை, சாதாரண கணினியை விட ஆயிரம் மடங்கு சக்திவாய்ந்ததாக மாற்றுகிறது.

எப்படி செயல்படுகிறது?

Superposition – ஒரு க்யூபிட் ஒரே நேரத்தில் பல நிலைகளில் இருக்கும். இதனால் ஒரே நேரத்தில் பல கணக்கீடுகள் செய்ய இயலும்.

Entanglement – இரண்டு க்யூபிட்கள் இணைந்தவுடன், ஒன்று மாறினால் இன்னொன்றும் உடனே மாறும். இதனால் தகவல் பரிமாற்றம் வேகமாகும்.

Quantum Gates – பாரம்பரிய கணினிகளில் “Logic Gates” பயன்படுத்தப்படும். குவாண்டம் கணினிகளில் “Quantum Gates” பயன்படுத்தப்படுகிறது.

பயன்பாடுகள்

குவாண்டம் கணினியின் சக்தி எதிர்காலத்தில் பல துறைகளில் புரட்சியை ஏற்படுத்தும்:

1. ரசாயனம் & மருந்து கண்டுபிடிப்பு

மூலக்கூறு/புரதங்களின் துல்லியமான எரிசக்தி நிலைகள், வினை பாதைகள், பைண்டிங் ஆஃபினிட்டி ஆகியவற்றை கணிக்கல். செயல்படும் விதம் VQE (Variational Quantum Eigensolver), UCC, QPE (Quantum Phase Estimation) போன்ற அல்காரிதம்.

பலன்: புதிய மருந்துகளை உருவாக்கும் போது மூலக்கூறு அமைப்புகளை விரைவாக கணக்கிட உதவும். NISQ கால கட்டத்தில் ஹைப்ரிட் (Classical+Quantum) முறைகள் ஆராய்ச்சியில் பயன்படும்.

2. ஆப்டிமைசேஷன் (திட்டமிடல், லாஜிஸ்டிக்ஸ், சப்ளை-செயின்)

ரோட்டிங், அட்டவணை அமைப்பு, பவர்-கிரிட் லோடு பாலன்சிங், வானூர்தி/ரயில் ஸ்லாட் ஒதுக்கீடு. செயல்படும் விதம் QAOA (Quantum Approximate Optimization Algorithm), QUBO மேப்பிங், குவாண்டம் அந்நீலிங்.

பலன்: செலவு/நேரம் குறைப்பு, பெரிய தேடல்-வெளியில் நல்ல தீர்வு வேகமாக. பைலட்-புரூஃப்-ஆஃப்-கான்செப்ட்கள்; உற்பத்தி தர நிலைக்கு வர Error-correction தேவை.

3. குவாண்டம்-சிமுலேஷன் (பொருட்வியல், உயர் ஆற்றல், காலநிலை)

காந்தப் பொருட்கள், சூப்பர் கண்டக்டர்கள், திரவ இதிர்புரை (turbulence) போன்ற சிக்கலான அமைப்புகள். செயல்படும் விதம் குவாண்டம் சர்க்கூட் அடிப்படையிலான சிமுலேஷன், Trotterization/Analog simulation.

பலன்: புதிய பொருட்கள், அதிக திறன் கொண்ட எரிசக்தி சேமிப்பு. முன்னேற்றம் வேகமாக இருப்பினும் fault-tolerant கணினி கிடைத்தால் வலிமையான ஜம்ப்.

4. கோட்பாடு (Cryptography) – தற்போதைய கடவுச்சொல் முறைகளை உடைத்துவிடும் திறன் கொண்டது. அதேசமயம், புதிய பாதுகாப்பான குறியாக்க முறைகளுக்கும் வழி வகுக்கும்.

5. செயற்கை நுண்ணறிவு (AI) – மெஷின் லெர்னிங் மற்றும் தரவு பகுப்பாய்வை மிக வேகமாகச் செய்யும்.

6. விண்வெளி ஆராய்ச்சி – பெரிய அளவிலான சிக்கலான கணக்குகளை எளிதாகக் கணக்கிட உதவும்.

7. சுற்றுச்சூழல் – வானிலை முன்னறிவிப்பு, இயற்கை பேரிடர் கணிப்பு ஆகியவற்றில் துல்லியத்தைக் கூட்டும்.

சவால்கள்:

குவாண்டம் கணினி இன்னும் முழுமையாக பயன்பாட்டுக்கு வரவில்லை. சில சவால்கள் உள்ளன. க்யூபிட்களை நிலைத்திருக்கச் செய்வது கடினம் (Quantum Decoherence). இயங்க அதிக குளிர்ச்சியான சூழல் தேவைப்படுகிறது (பெரும் அளவிலான “super-cooling”). செலவுகள் மிக அதிகம்.

எதிர்காலம்:

இப்போது Google, IBM, Microsoft, Intel போன்ற பெரிய நிறுவனங்கள் குவாண்டம் கணினியை உருவாக்க ஆராய்ச்சி செய்து வருகின்றன. ஒரு நாள் குவாண்டம் கணினி முழுமையாக வந்துவிட்டால், கணக்கீட்டின் வேகம் கணித்துக்கூட முடியாத அளவுக்கு அதிகரிக்கும். பல பிரச்சினைகளுக்கு தீர்வு காணும் “புதிய யுகம்” தொடங்கும்.