ક્વોન્ટમ ટેકનોલોજી ક્ષેત્રે ભારતનું વિરાટ પગલું

- હોટલાઈન-ભાલચંદ્ર જાની

- ક્વોન્ટમ ટેક્નોલોજીનો ઉપયોગ કમ્પ્યુટિંગ, ઉપરાંત કમ્યુનિકેશન, સીમ્યુલેશન અને સેન્સિંગ અથવા મેટ્રોલોજીના ક્ષેત્રોમાં પણ પ્રક્ષેપિત છે 

પે લી કવિતાની પંક્તિ યાદ છે કે ''મહીં પડેલા મહાસુખ માણે, દેખણ હારા દાઝે  રે...'' મતલબ કે જે દરિયામાં ડૂબકી મારે એ જ કિંમતી મોતી-રત્ન હાંસલ કરી શકે. બહાર કિનારે ઊભેલાં તો ફક્ત વાણી-વિલાસ કરી જાણે.

ભારતના સંદર્ભમાં આ પંક્તિ યથાર્થ ઠરે છે. રોકેટ સાયન્સથી પણ વધુ અઘરું ચટપટું, મગજ ચકરાવે ચઢી જાય તેવું ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટીંગ ટેકનોલોજી હસ્તગત કરવા ભારતે ત્વરીત નિર્ણય લઈને આ દિશામાં એક વિરાટ પગલું ભર્યું છે.

મોદી  સરકારની  કેબિનેટે  નેશનલ ક્વૉન્ટમ મિશન (એન.ક્યુ.એમ.)ની  સ્થાપના  પર મંજૂરીની  મહોર  મારી ત્યારથી  આ દિશામાં ઝડપથી  કામગીરી  આગળ વધી રહી છે.  સરકારે આ મિશન માટે  રૂ. ૭૦૦૦  કરોડ  ફાળવ્યા  છે.

આ મિશનનું એક મુખ્ય ધ્યેય સ્વદેશી ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટર બનાવવાનું છે. અમેરિકા, ચીન, જપાન જેવા દેશોએ સૌથી વધુ ક્યુબિટના વધારે શક્તિશાળી ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટર વિકસાવી લીધા છે. ભારતીય મિશનનું એક ધ્યેય આગામી આઠ વર્ષમાં ૧૦૦૦ ક્યુબિટનું કમ્પ્યુટર બનાવવાનું છે. 

હાલ  વિશ્વમાં  અમુક ગણ્યા ગાંઠયાં  દેશો  પાસે ક્વૉન્ટમ  ટેક્નોલોજીની જાણકારી  ઉપલબ્ધ છે. આ  ટેક્નોલોજી  એટલી  અટપટી   છે  કે તેનો ઉપયોગ  કરી માનવજાત માટે કામે લગાડવી  એ ખાસ્સું  બુદ્ધિબળ  માગી લે છે.

હજુ  ગયા સપ્તાહે  વડાપ્રધાન  નરેન્દ્ર મોદીએ પૂણે ખાતે  ત્રણ પરમ  રૂદ્ર સુપર કમ્પ્યુટરનું  વર્ચ્યુઅલ  ઉદ્ઘાટન  કર્યું  હતું. હજુ દાયકા પૂર્વે જ  સ્થપાયેલા  નેશનલ સુપર  કમ્પ્યુટીંગ  મિશને  આ નવા સુપરફાસ્ટ  કમ્પ્યુટર વિકસાવીને  આખા વિશ્વમાં  ભારતની  સિદ્ધિનો  ડંકો વગાડયો  છે.

હવે  આ જ મિશન  ક્વૉન્ટમ  કમ્પ્યુટીંગ  ટેક્નોલોજી ક્ષેત્રે ઝડપથી  આગળ વધી રહી છે.  અત્રે એ પણ  જણાવી દઈએ  કે  રૂ.૧૩૦ કરોડના ખર્ચે બંધાયેલા  ૩ પરમ સુપર કમ્પ્યુટર્સમાંથી  એક પૂણે, બીજું દિલ્હી અને ત્રીજું કોલકાતામાં રાખવામાં આવશે.

આપણે અત્યારે વાત ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટરની કરવાની છે. તમને કદાચ પ્રશ્ન થાય કે આ ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટર છે શું? તે કેવી રીતે પરંપરાગત કમ્પ્યુટરથી અલગ પડે છે તે સમજવાનું કામ જરા જટિલ છે. અગાઉ જણાવ્યું તેમ પદાર્થની ક્વોન્ટમ મિકેનિકલ ક્ષમતાનો ઉપયોગ કરીને આ ટેકનોલોજી વિક્સાવવામાં આવી રહી છે. આ જટિલ વિષયમાં આગળ વધતા ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટરમાં એક મહત્વનો વિચાર સુપર પોઝિશનનો છે.  અણુ જેવડાં અતિસૂક્ષ્મ કણો અથવા તેના ઘટકો પ્રોટોન્સ અને ઇલેકટ્રોન્સ સંખ્યાબંધ વિચિત્ર ગુણધર્મો ધરાવે છે જે આપણી રોજિંદી સમજની બહારની વસ્તુ છે. ઉદાહરણ તરીકે આ કણો એક જ સમયે અનેક સ્થળે મોજૂદ હોય છે. આ ઘટનાને સુપરપોઝિશન તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. પણ આ કણો કોઇ તેમને જુએ નહીં ત્યાં સુધી જ મોજૂદ હોય છે. જે ઘડીએ તેમને એક સ્થળે નિરખવામાં આવે કે તરત અન્ય તમામ સ્થળેથી તે ગાયબ થઇ જાય છે. બીજો એક મહત્વનો વિચાર એન્ટેન્ગલમેન્ટ છે. જેમાં કણ જેની સાથે અગાઉ પનારો પાડયો હોય તેવા કણના વર્તન પર તત્કાળ અસર કરી શકે છે. પછી ભલેને તેઓ ગમે એટલા અંતરે દૂર રહ્યા હોય.એન્ટેન્ગલ્ડ પાર્ટિકલ વિશે થયેલા સંશોધનને ગયા વર્ષે નોબેલ પારિતોષિક આપવામાં આવ્યું હતું.  

આપણે રોજબરોજ જે કમ્પ્યુટર વાપરીએ છીએ તેમાં માહિતી બિટ્સમાં સંગ્રહાય છે. બિટ એ ડેટાનો સૌથી નાનો ઘટક છે. આ બિટના બે જ મૂલ્ય હોય છે ઝીરો અથવા વન. પણ એક સમયે એક જ મૂલ્ય હોય.કમ્પ્યુટરમાં તમામ ડેટાને  સ્ટોરેજ અને પ્રોસેસિંગ માટે  ઝીરો અને વનમાં વિભાજિત કરી નાંખવામાં આવે છે. જેને ફરી હાંસલ કરવા એજ પ્રક્રિયાને ઉલટાવવામાં આવે છે. ટુ બિટ સિસ્ટમમાં ચાર અવસ્થા હોય(૦,૦), (૦,૧), (૧,૦) અને (૧,૧). પણ એક સમયે એક જ મૂલ્ય હોય છે. આ ચારે અવસ્થાને આવરી લેવી હોય તો કમ્પ્યુટરે ચાર સ્ટેપ લેવા પડે. શક્તિશાળી કમ્પ્યુટર આ પ્રક્રિયાને ઝડપી બનાવી શકે પણ તે આ ચાર સ્ટેપ્સ દ્વારા જ  થાય. આ તબક્કે ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટર અલગ રીતે કામ કરે છે. ક્વોન્ટમ બિટ જેને ક્યુબિટ કહેવામાં આવે છે તે સુપરપોઝિશનને કારણે ઝીરો અને વન બંને અવસ્થામાં એકસાથે હોઇ શકે છે. બીજી રીતે કહીએ તો ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટર આ ચાર સ્ટેપ્સ એક પછી એક લેવાને બદલે એક જ સ્ટેપમાં ચારે અવસ્થા હાંસલ કરી શકે છે. હવે જેમ ક્યુબિટની સંખ્યા વધે તેમ ગણતરી વધારે સંકુલ થતી જાય. દાખલા તરીકે ૫૦ ક્યુબિટનું ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટર હોય તો તે દર સેકન્ડે અબજો ગણતરીઓ કરી પરંપરાગત કમ્પ્યુટર કરતાં વધારે ઝડપે કામ કરી શકે છે. આ કામ કરવામાં પરંપરાગત કમ્પ્યુટરને ઘણો સમય લાગે તેની સરખામણીએ ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટર આ ગણતરી ચપટી વગાડતાં કરી નાંખે. ઇન્ટરનેટ  અને ડેટા સિક્યુરિટી તથા દવાઓ બનાવવામાં આ પ્રકારની સંકુલ ગણતરી કરવી પડે છે.જ્યાં ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટર વધારે અસરકારક રીતે ઉપયોગી નીવડે છે. 

પણ આ બાબત સ્વાદિષ્ટ શીરો ખાવા જેટલી સરળ નથી. ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટર બનાવવાનું કામ જ એક મોટો પડકાર છે. ખૂબ ઠંડા વાતાવરણમાં અને અત્યંત અલગ વાતાવરણમાં જ તે કામ કરે છે. સુપરપોઝિશનને કારણે ભૂલ થવાનું પણ જોખમ મોટું છે. સમાંતર પ્રક્રિયા ચાલતી હોઇ તમામ સુપરપોઝિશન સ્ટેટ વિવિધ પરિણામો આપે છે જેમાંથી એક જ સાચું કે ઇચ્છનીય હોય છે. બીજી રીતે કહીએ તો સુપરપોઝિશન બ્રેક ડાઉન થાય ત્યારે આખરી પરિણામ સંખ્યાબંધ સંભાવનાઓમાંથી પસંદ કરવામાં આવે છે. હાલ આ પ્રકારની ભૂલને સુધારવા પર તથા કમ્પ્યુટર સાચું પરિણામ આપે તે રીતે તેને કામ કરતું કરવાની દિશામાં મોટાપાયે સંશોધન થઇ રહ્યું છે. 

 દેશમાં વિજ્ઞાનીઓના ઘણાં જૂથો ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટર્સ અને તેને સંબંધિત ટેકનોલોજી વિકસાવવાના કામે લાગી ચૂકયા છે. ટાટા ઇન્સ્ટિટયુટ ઓફ ફ્ન્ડામેન્ટલ રિસર્ચ-ટીઆઇએફઆર, ડિફેન્સ રિસર્ચ એન્ડ ડેવલપમેન્ટ ઓર્ગનાઇઝેશન-ડીઆરડીઓ અને ટાટા કન્સલ્ટન્સી સર્વિસીસ-ટીસીએસ દ્વારા સહિયારાં પ્રયાસો કરી સાત ક્યુબિટનું ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટર બનાવી લેવામાં આવ્યું છે. થોડા સો ક્યુબિટના વધારે શક્તિશાળી ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટર અન્ય દેશોમાં વિકસાવી લેવામાં આવ્યા છે. મિશનનું એક ધ્યેય આગામી આઠ વર્ષમાં ૧૦૦૦ ક્યુબિટનું કમ્પ્યુટર બનાવવાનું છે. 

અત્રે એ વાતની પણ નોંધ લેવી જોઇએ કે ટાટા કન્સલટન્સી સર્વિસ દ્વારા તો વિશ્વનું સૌથી મોટું વર્કફોર્સ તૈયાર કરાયું છે જે તમામ આર્ટિફિશ્યલ ઇન્ટેલિજન્સના ક્ષેત્રમાં નિષ્ણાત હોય.

આપણે સેમી કન્ડકટર્સ અને સોફ્ટવેરમાં કમ્પ્યુટરની સ્વદેશી  ઓપરેટિંગ સિસ્ટમ  વિકસાવવામાં  થોડા પાછળ રહી ગયા. પરંતુ ભારતીય વિજ્ઞાનીઓએ આ વખતે ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટર ક્ષેત્રમાં ઝડપી સિદ્ધિ મેળવવા હામ ભીડી છે.

આગળ ઉલ્લેખ કર્યો એ મુજબ ક્વોન્ટમ કોમ્પ્યુટિંગ એ કોમ્પ્યુટિંગનો એક નવો અભિગમ છે જે ક્લાસિકલ કોમ્પ્યુટર કરતાં વધુ ઝડપથી જટિલ સમસ્યાઓ ઉકેલવા માટે ક્વાન્ટમ મિકેનિક્સનો ઉપયોગ કરે છે. આમ તો ક્વોન્ટમ બહુ-શાખાકીય ક્ષેત્ર છે જે કોમ્પ્યુટર વિજ્ઞાન, ભૌતિકશાસ્ત્ર અને ગણિતના પાસાઓને જોડે છે.  વર્ષ ૨૦૧૯માં ગૂગલના સાયકેમોર ક્વોન્ટમ કોમ્પ્યુટરે ૨૦૦ સેકન્ડમાં ચોક્કસ કાર્ય પૂર્ણ કરીને કહેવાતા ક્વોન્ટમ સર્વોચ્ચતાનો વિક્રમ હાંસલ કર્યો હતો. જેને પૂર્ણ કરવામાં અલ્ટ્રા મોડર્ન સુપર કોમ્પ્યુટરને કદાચ દસ હજાર વર્ષ લાગે  તેવું કહેવાય છે. 

ક્વોન્ટિનિયમ કંપનીના નવા ૫૬-ક્વોબિટ એચટુ-વન ક્વોન્ટમ કોમ્પ્યુટરે ગૂગલના સાયકેમોર ક્વોન્ટમ કોમ્પ્યુટરને   ૧૦૦ ગણો પાછળ ધકેલી દીધું છે.  ક્વોન્ટિન્યુમ કંપની કહે છે કે, તેણે રેન્ડમ સકટ સેમ્પલિંગ અલ્ગોરિધમનો ઉપયોગ કરીને કામગીરીમાં નોંધપાત્ર  સુધારણા દર્શાવી છે. 

ઇન્ડિયન ઇન્સ્ટિટયૂટ ઓફ ટેક્નોલોજી, મદ્રાસ ખાતેનાં સેન્ટર ફોર ક્વોન્ટમ ઇન્ફોર્મેશન કોમ્યુનિકેશન એન્ડ કમ્પ્યુટિંગ તથા અન્ય સંબંધિત સંસ્થાના ઉપક્રમે ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટીંગ ક્ષેત્રે સઘન સંશોધન ચાલી રહ્યું છે

જે ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટરના નિર્માણની દિશા ખોલી શકે છે  આજના સુપર કોમ્પ્યુટર જે ગણતરીઓ કરવામાં કદાચ દાયકાઓનો સમય લઇ શકે, એ ગણતરીઓ માત્ર થોડી જ સેકન્ડનો કરી આપી શકે! એટલે કે આવાં કમ્પ્યુટર, ડેટા અથવા માહિતીને પ્રોસેસ કરવાની ગજબનાક ઝડપ દાખવી શકે છે.

ભવિષ્યમાં એવું ભરોસાપાત્ર કમ્યુનિકેશન કે ડેટા ટ્રાન્સફર માટે ક્વોન્ટમ કમ્યુનિકેશન અનિવાર્ય બનશે.

ક્વોન્ટમ ટેક્નોલોજીના વિનિયોગનું એક મહત્વનું ક્ષેત્ર ક્વોન્ટમ સીમ્યુલેશન પણ છે. જે ખાસ કરીને સુપરકંડક્ટીંગ મટીરિયલ્સના વિકાસ કે દવાઓ વગેરેના સંશોધનોમાં અને જ્યાં અંતિમ પરિણામો મેળવતાં પહેલાં સંભવિત પરિણામો કે એની શક્યતાઓની જાણકારીની જરૂર રહેતી હોય છે ત્યાં ક્વોન્ટમ સિમ્યુલેટર મારફતે એની તપાસ અને સંશોધન પણ શક્ય છે.

ભારતીય સેનાએ મધ્યપ્રદેશના મહુ ખાતે લશ્કરી ઇજનેરી સંસ્થામાં ક્વાન્ટમ કામ્પ્યુટિંગ લેબોરેટરી અને એઆઇ કેન્દ્રની સ્થાપના કરી. સેન્ટર ફોર ડેવલપમેન્ટ ઓફ ટેલિમેટિક્સએ ક્યુકેડી સોલ્યુશનનું અનાવરણ  કર્યાં પછી ઓક્ટોબર ૨૦૨૧માં ક્વાન્ટમ કોમ્યુનિકેશન લેબ શરૂ કરી છે. આ સ્ટાન્ડર્ડ ઓપ્ટિકલ ફાઇબર પર ૧૦૦ કિ.મી.થી વધુ  વિસ્તારને   સપોર્ટ કરી શકે છે. 

આ ઇન્સ્ટિટયુટ  સિવાય  ગત વર્ષે જુલાઇમાં  ડિફેન્સ ન્સ્ટિટયૂટ આફ એડવાન્સ્ડ ટેક્નોલોજી અને સેન્ટર ફોર ડેવલપમેન્ટ આફ એડવાન્સ્ડ કામ્પ્યુટિંગ ક્વાન્ટમ કોમ્પ્યુટર્સનો  સહયોગ અને વિકાસ કરવા સહમતી દર્શાવી છે તેમજ ડીએસટી અને આઇઆઇએસઇઆર પુણેના  ૧૩ જેટલા સંશોધન જૂથોએ  ક્વોન્ટમ ટેકના  વિકાસનો વધુ ફેલાવો કરવા માટે આઇ-બે ક્વોન્ટમ ટેકનાલાજી  ફાઉન્ડેશન શરૂ કર્યું   છે. 

ઓગસ્ટ ૨૦૨૨માં આઇઆઇટી-બી ખાતે શરૂ કરવામાં આવેલા ધ સેન્ટર ઓફ એક્સલન્સ ઇન ક્વોન્ટમ ઇન્ફોર્મેશન, કમ્પ્યુટિંગ સાયન્સ એન્ડ ટેક્નોલોજીમાં ચાર વર્ટિકલ્સ છે. નેશનલ ક્વોન્ટમ મિશન દ્વારા ઓળખી કાઢવામાં આવેલા ચાર વર્ટિકલ્સ ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટિંગ, ક્વોન્ટમ કમ્યુનિકેશન્સ, ક્વોન્ટમ સેન્સિંગ અને ક્વોન્ટમ મટિરિયલ્સ એન્ડ ડિવાઇસીસ આ સેન્ટરમાં કાર્યરત છે. આ સેન્ટર અન્ય ક્વોન્ટમ ટેક્નોલોજી એકેડેમીક ઇન્સ્ટિટયૂટ્સ અને સંશોધન સંગઠનો સાથે સહકાર સાધવા માગે છે. ભારતમાં ક્યુટીની મજબૂત ઇકોસિસ્ટમ સ્થાપવા દેશે-વિદેશમાં વિવિધ સંગઠનો સાથે સહયોગ સાધવામાં આવશે. આ સેન્ટરમાં થનારા સંશોધનમાં ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટર્સનો પ્રોટોટાઇપ વિકસાવવા પર, ક્વોન્ટમ કમ્યુનિકેશન્સ માટે સિસ્ટમ વિકસાવવા માટે ક્વોન્ટમ સેન્સર્સ અને પૂર્જાઓ વિકસાવવા પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરવામાં આવશે. આ તમામ સંશોધન પ્રવૃત્તિઓ દેશમાં ક્યુટી ઇકોસિસ્ટમ વિકસાવવામાં સહાયરૂપ બનશે.

બધી વાતનો સાર એ છે કે ક્વોન્ટમ ટેક્નોલોજીનો ઉપયોગ કમ્પ્યુટિંગ, ઉપરાંત કમ્યુનિકેશન, સીમ્યુલેશન અને સેન્સિંગ અથવા મેટ્રોલોજીના ક્ષેત્રોમાં પણ પ્રક્ષેપિત છે. જે માનવ જીવન અને સભ્યતાને અકલ્પનીય રીતે બદલી શકે એવી ક્ષમતા ધરાવે છે. એમ મનાય છે કે આગામી સમયમાં જે દેશ ક્વોન્ટમ ટેક્નોલોજીમાં આગળ હશે, તે દેશ ઘણી બધી બાબતોમાં અગ્રેસર હશે. એમ કહી શકાય કે એ વિજ્ઞાનની નવી  વિસ્તરતી ક્ષિતિજોમાં ભારત એક વૈશ્વિક પાવરહાઉસ તરીકે ઊભરતું દેખાશે.