Quantum Supremacy

 

 

નોટ:- આ સઘળી શ્રેણીનો ડેટા મે 2023 માં પ્રકાશિત થયેલ બેસ્ટ સેલર પુસ્તક "Quantum Supremacy" માંથી લેવાયેલ છે, જેને મશહુર વૈજ્ઞાનિક Michio Kaku એ લખી છે.

 

ક્વાન્ટમ કમ્પ્યુટરની જરૂરિયાત કેમ ઉભી થઇ? ઘણાં એવા સવાલો છે જેના જવાબો મોટા-મોટા વૈજ્ઞાનિકો પણ આપી શકયા નથી. ઉદાહરણ તરીકે....આઇનસ્ટાઇન એક ખુબજ અગત્યના સવાલનો જવાબ શોધતા-શોધતા દુનિયાથી અલવિદા થઇ ગયા. એ સવાલ હતો કે....શું આપણે સૃષ્ટિ/બ્રહ્માંડની સમગ્ર ઘટનાને કેવળ એકજ ઇંચના સમીકરણ વડે સમજાવી શકીએ જેને theory of everything કહે છે? આઇનસ્ટાઇને આની ઉપર ખુબ મહેનત કરી પરંતુ તેઓ એવું સમીકરણ બનાવવામાં અસફળ રહ્યાં. આજે આપણે જાણીએ છીએ કે આ સમીકરણ આપણને string theory માંથી મળશે પરંતુ જ્યારે આપણે string theory ની વાત કરીએ તો એવું લાગે જાણે આપણે શાયદ ક્યાંક ફસાઇ ગયા છીએ/અટકી ગયા છીએ!

-

કાકુનું કહેવું છે કે સ્ટ્રિંગ થીઅરી બાબતે કોઇપણ નવી ખબર ન આવવાનું સૌથી મોટું કારણ એ છે કે આજે આપણી પાસે એવી ટેકનોલોજી જ નથી જેના વડે આ થીઅરીને ચકાસી શકાય. આજના જે કમ્પ્યુટરો છે તે ખુબજ ધીમા અને પરંપરાગત કમ્પ્યુટરો છે. તેઓ એવી જટિલ ગણતરીઓ નથી કરી શકતા કે જેની સ્ટ્રિંગ થીઅરીને જરૂર છે. એટલા માટે આપણને ક્વાન્ટમ કમ્પ્યુટરની જરૂર છે.

-

બીજું, આપણે ડિજિટલ યુગમાં તો દાખલ થઇ ચૂક્યા છીએ પરંતુ હવે ડિજિટલ કમ્પ્યુટર પોતાના અસ્તકાળે છે. કેમ? કેમકે આપણે પ્રોસેસરની સ્પીડ વધારવા માટે તેમાં વધુમાં વધુ ટ્રાન્ઝિસ્ટર્સ સમાવી રહ્યાં છે. જેના માટે સ્વાભાવિક છે કે ટ્રાન્ઝિસ્ટર્સનું કદ ઘટાડવુ પડે પરંતુ તેની પણ એક મર્યાદા છે જેને moore's law કહે છે(જુઓ નીચેની ઇમેજ). આજે આપણે એક ટ્રાન્ઝિસ્ટરનું કદ 20 અણુના કદ જેટલું નાનું કરી દીધું છે અને moore's law કહે છે કે વધુમાં વધુ 5 અણુ જેટલું એક ટ્રાન્ઝિસ્ટરનું કદ નાનું કરી શકાય એનાથી વધુ નહીં. આ લિમિટ છે. મતલબ આપણે saturation point ની ખુબ નજીક પહોંચી ગયા છીએ. એટલા માટે સિલિકોન વેલી હવે નવી ટેકનોલોજી શોધી રહી છે અને આ ટેકનોલોજી આવશે ક્વાન્ટમ મિકેનિક્સ તરફથી.

-

ડિજિટલ દુનિયાથી બહાર નીકળીને જોઇએ તો પ્રકૃતિ આપણને ક્વાન્ટમ મિકેનિક્સમાં રમતી જોવા મળે છે. પ્રકાશ આપણને બાઇનરી એટલેકે 0 અને 1 ના ફોર્મમાં જોવા નથી મળતો! ડિજીટલ દુનિયાની મર્યાદા એ છે કે તેમાં કેવળ બે જ state(અવસ્થા) હોય છે 0 અને 1 જ્યારે ક્વાન્ટમ મિકેનિક્સમાં અનંત state હોય છે. અર્થાત ક્વાન્ટમ મિકેનિક્સમાં આપણે ખુબ ઝડપથી ડેટાને પ્રોસેસ કરી શકીએ છીએ. ઉદાહરણ તરીકે એક ગેમ જુઓ નીચેની ઇમેજ. જેમાં પ્રવેશ કરતા જ તમને બે રસ્તા મળે ક્યાં તો ડાબે જાવ અથવા જમણે અર્થાત 0 અથવા 1 પરંતુ ધારોકે તમારી પાસે એવી શક્તિ છે કે તમે એકજ સમયે સઘળા રસ્તાને પારખી લ્યો તો? એક જ સમયે બધી જગ્યાએ મૌજૂદ હો તો? આ તાકાત છે ક્વાન્ટમ મિકેનિક્સની.

-

ક્વાન્ટમ કમ્પ્યુટરની ઇમેજ જુઓ(નીચેની ઇમેજ). ઘણી મોટી સંરચના છે. તેનો આકાર કોઇ મોટા ફાનસ જેવો તમને લાગશે. દિલચશ્પ વાત એ છે કે તેમાં મુખ્ય ભાગ અથવા કમ્પ્યુટર કહી શકાય તે ખુબ નાના ડબ્બા સ્વરૂપે સૌથી નીચે લાગેલ છે જુઓ. તો પછી આટલી વિશાળકાય પાઇપરૂપી સંરચના શું છે? તે પાઇપો....cooling(ઠંડક) માટે હોય છે. ઠંડુ એટલા માટે રાખવામાં આવે છે કેમકે ક્વાન્ટમ કમ્પ્યુટર કંપન/ગરમી બાબતે ખુબજ સંવેદનશીલ હોય છે. જો તેની પાસે ખાંસી ખાવામાં આવે, છીંક ખાવામાં આવે કે ઇવન જોરથી શ્વાસ પણ લેવામાં આવે તો તેની ગણતરીઓમાં ફેરફાર આવી શકે છે. તેથી તેને લગભગ absolute zero(-273 ડીગ્રી સે.) તાપમાનની આસપાસ રાખવામાં આવે છે. માટે તેને ઘરમાં રાખવું અશક્ય છે. તેથી ક્વાન્ટમ કમ્પ્યુટર મેઇનફ્રેમ તરીકે તો કાર્ય કરશે એટલેકે તેના centralized યુનિટ તો હશે પરંતુ તે ઘર/ઓફીસ સુધી પહોંચી નહીં શકે.

-

આજની તારીખે બે કંપનીઓ એવી છે જેમણે quantum supremacy ની ઘોષણા કરી દીધી છે. તમને પ્રશ્ન થશે કે આખરે આ quantum supremacy છે શું? તો જાણી લ્યો quantum supremacy એ પોઇન્ટ છે જ્યાંથી ક્વાન્ટમ કમ્પ્યુટરે, ડિજિટલ કમ્પ્યુટરથી વધુ પ્રોસેસિંગ શરૂ કરી દીધી. અર્થાત તેને ટેકઓવર કરી લીધી, તેનાથી આગળ નીકળી ગઇ. જે બે કંપનીઓએ quantum supremacy ની ઘોષણા કરી તેમાંથી એક છે અમેરિકાની ગુગલ અને બીજી છે ચાઇનીઝ કંપની Origin Quantum Computing Technology Co. આ ચાઇનીઝ કંપનીનું ક્વાન્ટમ કમ્પ્યુટર જુઓ(નીચેની ઇમેજ). તેની સંરચના અમેરિકન ક્વાન્ટમ કમ્પ્યુટરથી તદ્દન ભિન્ન છે. અમેરિકન કંપનીએ ઇલેક્ટ્રિકલ ટેકનોલોજીનો ઉપયોગ કર્યો છે જ્યારે ચાઇનીઝ કંપનીએ ઓપ્ટિકલ આધારિત ટેકનોલોજીનો ઉપયોગ કર્યો છે. 

-

શરૂઆતી ચરણમાં તો આપણે ક્વાન્ટમ કમ્પ્યુટર સાથે લેપટોપ, મોબાઇલ વગેરે દ્વારા જ જોડાઇ શકીશું પરંતુ ભવિષ્યમાં આપણે આંખોમાં પહેરવાના એવા કોન્ટેક્ટ લેન્સ બનાવવા જઇ રહ્યાં છીએ જે હરપળ ક્વાન્ટમ કમ્પ્યુટર સાથે સંપર્કમાં રહેશે. એક કંપનીએ એવો લેન્સ બનાવ્યો પણ છે જેને inwith lens કહે છે(જુઓ નીચેની ઇમેજ 1 & 2). Inwith કંપનીનું નામ પણ છે જેને તમે ખુદ ગુગલ ઉપર જઇને સર્ચ કરી શકો છો. આ લેન્સ પહેર્યા બાદ તમને ઇન્ટરનેટ તેમજ આસપાસની સઘળી માહિતી મળી રહેશે જેમકે આટલા અંતરે પેટ્રોલપંપ છે, નજીકમાં પ્લમ્બર ક્યા મળશે? વગેરે વગેરે. જેવું ફિલ્મોમાં દર્શાવવામાં આવે છે.

-

આપણું જ્ઞાન ફિલહાલ એક જગ્યાએ રોકાઇ ગયું છે. કેવીરીતે? વાંચો આગળ....એક ઉદાહરણ જુઓ...કેફીન(caffeine)ના એક molecule માં 24 અણુઓ હોય છે. જ્યારે પણ આપણે કેફીનને મોડલ કરવાની વાત કરીએ છીએ(એટલેકે તેના સઘળા અણુઓની પરસ્પર આંતરક્રિયાઓ જોવાની કોશિશ કરીએ છીએ) તો તેના માટે જે ડિજિટલ કમ્પ્યુટરની જરૂર પડશે તેનું કદ આપણી આકાશગંગા જેટલું હશે. જરા વિચારો! કોફીમાં મૌજૂદ કેફીનના કેવળ એક molecule ને ડિકોડ કરવા માટે આપણને આટલા વિશાળકાય ડિજિટલ કમ્પ્યુટરની જરૂર છે(કે જેનું નિર્માણ કરવું અશક્ય છે). એટલા માટે આપણે કેમિસ્ટ્રિ અને ફિઝિક્સમાં એક લેવલ ઉપર જઇને અટકી ગયા છીએ કેમકે આપણી પાસે પ્રોસેસિંગ પાવર જ નથી. પરિણામે આપણો knowledge base રોકાઇ ગયો છે.

-

પરંતુ! આ કાર્ય ક્વાન્ટમ કમ્પ્યુટર દ્વારા આરામથી થઇ શકે છે. આપણે ક્વાન્ટમ કમ્પ્યુટર બનાવી લીધા છે પરંતુ તેઓ સંપૂર્ણ વિકસિત નથી, હજી પ્રાથમિક અવસ્થામાં હોવાથી અમુક મર્યાદિત કાર્ય જ તેમની પાસેથી કરાવી શકીએ છીએ. ફિલહાલ તેમનો ઉપયોગ કયા ક્ષેત્રમાં થઇ રહ્યો છે અને તેનાથી ભવિષ્યમાં આપણને કેવા ફાયદા થશે તેની ઉપર નજર કરી લઇએ....

-

કોનકોર્ડ વિમાન ઉપર પ્રતિબંધ મુકવામાં આવ્યો હતો કેમકે તેની ઝડપ, અવાજની ઝડપ કરતા વધુ હોવાના કારણે 'સોનિક બૂમ' ઉત્પન્ન થતું હતું. જેના કારણે ઘરોના કાચ તૂટી જતા હતાં. આ કંપની હવે સુપર સોનિક જેટ બનાવવા જઇ રહી છે જે અમેરિકાથી જાપાન ફક્ત ત્રણ જ કલાકમાં પહોંચાડી દેશે. આ જેટ બનાવવામાં પણ સોનિક બૂમની તકલીફ તો રહેવાની જ છે પરંતુ ક્વાન્ટમ કમ્પ્યુટરની મદદથી તેની ડિઝાઇનમાં એવા ફેરફાર કરાઇ રહ્યાં છે જેથી સોનિક બૂમ ઉત્પન્ન ન થાય.

-

ઇલોન મસ્કે એપ્રિલમાં interplanetary સ્પેસ ક્રાફ્ટનું પરિક્ષણ કર્યુ હતું જે અસફળ રહ્યું. interplanetary નો મતલબ છે તે સ્પેસ ક્રાફ્ટ એક ગ્રહથી બીજા ગ્રહ ઉપર લોકોને લઇને જશે. તેની ઉંચાઇ 40 માળની ઇમારત જેટલી છે. ખેર! હવે આ સ્પેસ ક્રાફ્ટને ક્વાન્ટમ કમ્પ્યુટર ઉપર ડિઝાઇન કરાઇ રહ્યું છે. કાર ઇન્ડસ્ટ્રિઝમાં મર્સિડીઝ પોતાની ભવિષ્યની કારની ડિઝાઇનમાં ક્વાન્ટમ કમ્પ્યુટરની મદદ લઇ રહી છે(જુઓ નીચેની ઇમેજ).

-

સોલાર પેનલની સૌથી મોટી સમસ્યા પાવર સ્ટોરેજની છે કેમકે બેટરી ઉપર moore's law લાગુ નથી પડતો. બેટરીની સંગ્રહ ક્ષમતા થોડા-થોડા સમયે બે ગણી/ત્રણ ગણી વધ્યા નથી કરતી પરંતુ ક્વાન્ટમ કમ્પ્યુટર વડે હવે સુપર બેટરી બનવા જઇ રહી છે. ખાતર(fertilizer)ની શોધે પૃથ્વી ઉપર હરિયાળી ક્રાંતિ લાવી દીધી. પરંતુ! ખાતર બનાવવાની પ્રક્રિયા દરમિયાન co2, એમોનિયા જેવા કેટલાક ગ્રીનહાઉસ ગેસ પણ ઉત્પન્ન થાય છે જે પર્યાવરણ માટે ખતરનાક છે. સાથેસાથે તેના પ્લાન્ટ આપણી વીજળી ખપતના 1% જેટલી વીજળી વાપરી ખાય છે. પ્રકૃતિ આ બધી આડઅસર વિના ખુબજ આસાનીથી ખાતર બનાવે છે. કઇરીતે? વનસ્પતિના પાંદડામાં મૌજૂદ એક એન્ઝાઇમ વડે. આ એન્ઝાઇમને ક્વાન્ટમ કમ્પ્યુટર વડે આપણે સિકવન્સ કરી ચૂક્યા છીએ. ડિજિટલ કમ્પ્યુટર વડે તેને સિકવન્સ કરવું અશક્ય છે.

-

નવા વાઇરસ વિરૂધ્ધ રસી કેવીરીતે બને છે? સેંકડો petri dish માં વાઇરસને મુકી તેમાં અલગ-અલગ કેમિકલ નાંખતા રહીએ છીએ અને નિરીક્ષણ કરીએ છીએ કે કઇ petri dish માં વાઇરસ મરી ગયો? શું આ કોઇ બુદ્ધિગમ્ય રીત છે? નથી પરંતુ બીજો કોઇ રસ્તો પણ નથી. હવે ક્વાન્ટમ કમ્પ્યુટર આ બધી પળોજણ માંથી આપણને મુક્ત કરે છે કેમકે તે આ સઘળુ કાર્ય પોતાની મેમરી વડે ચપટી વગાડતા કરી આપશે. તેથી આપણને મોટી-મોટી લેબની પણ આવશ્યકતા નહીં રહે. fusion reactor વડે ઉર્જા પ્રાપ્ત કરવી, 2026 માં CERN માં, ક્વાન્ટમ કમ્પ્યુટરનો સમાવેશ થઇ રહ્યો છે જેથી બિગબેંગને હજી સારી રીતે આપણે સમજી શકીશું.

-

પરંતુ!! જે સૌથી મહત્વપૂર્ણ મુદ્દો છે તેની ઉપર આ પુસ્તકમાં ચર્ચા નથી થઇ અને તે છે....Artificial Intelligence(AI). AI ડિજીટલ કમ્પ્યુટરના સહાય વડે જ જો મનુષ્ય માટે ખતરો બની શકતું હોય તો જરા વિચારો! જ્યારે AI ક્વાન્ટમ કમ્પ્યુટરનો ઉપયોગ કરશે તો શું થશે?