क्वांटम कॉम्प्युटिंग भविष्यातील प्रभावी तंत्र

संगणक म्हणजे काय, याच्या कल्पना सतत बदलत आहेत. तीस वर्षांपूर्वी मेनफ्रेम संगणकाची असलेली क्षमता आता, 5जी स्मार्टफोनमध्ये काही वर्षांत येईल. अनेक विकासक नवनवीन कल्पना राबवून व्यवसाय, जीवन, व्यापार, उद्योग, सरकारी कामकाज अशा अनेक ठिकाणी अभिनव प्रोग्रॅम्स,अ‍ॅप्स निर्माण करत आहेत. यामध्ये अनेकांना भविष्यात अतिशक्तिशाली संगणक लागतील. त्यामुळेच सुपर कॉम्प्युटरही आता नवीन स्वरूपात येत आहेत. त्याचेच नवीन नाव आहे क्वांटम कॉम्प्युटिंग. हे एक वेगाने उदयास येणारे तंत्रज्ञान असून, जे शास्त्रीय संगणकांच्या अत्यंत गुंतागुंतीच्या समस्यांचे निराकरण करण्यासाठी, क्वांटम मेकॅनिक्सच्या नियमांचा उपयोग करते. ही यंत्रे अर्ध्या शतकाहून अधिक काळ प्रचलित असलेल्या शास्त्रीय संगणकांपेक्षा खूप वेगळी आहेत. सध्याचे प्रचलित प्रोसेसर त्याचे ऑपरेशन करण्यासाठी ’बिट’ ही संज्ञा वापरतो. बहुआयामी क्वांटम अल्गोरिदम चालवण्यासाठी ’क्यूबिट्स’ वापरतो.

 क्वांटम कॉम्प्युटिंगची शक्ती वापरणार्‍या संस्था,जगातील काही मोठ्या समस्यांचे निराकरण करण्यात मदत करू शकतात, आणि औषध संशोधनापासून ते जागतिक कृषी, संरक्षण आणि अनेक क्षेत्रांत प्रगती करू शकतात. पर्यावरण क्षेत्रात हवामानात होणारे बदल टिपून त्यातील भूतकाळातील नियमानुसार भविष्यातील निष्कर्ष म्हणजे हवामानाचे अंदाज काढणे महत्वाचे असते. त्यामुळे हे अंदाज जितके बरोबर येतील, तितकी मदत मानवजातीला होईल. चक्रीवादळ, अतिवृष्टी, भूकंप या नैसर्गिक आपत्तीला आपण अस्मानी संकट मानतो. त्यात दरवर्षी प्राणहानी व कोट्यवधी मालमत्तेचे नुकसानही होते. याठिकाणी भविष्यातील क्वांटम संगणक खूप मदत करू शकतील. संगणकाचे सध्याचे तंत्रज्ञान, कृत्रिम बुद्धिमत्तेशी संबंधित समस्यांचे निराकरण करण्यासाठी, अतिउच्च संगणकीय संसाधने वापरतात, त्यासाठी प्रचंड मोठे विदा (डेटा) विश्लेषण करायची गरज असते. हे प्रकरण प्रचंड वेळखाऊ व खर्चिक आहे. क्वांटम कॉम्प्युटरमध्ये सध्याच्या कॉम्प्युटरच्या तुलनेत लक्षणीयरीत्या कमी संगणकीय संसाधनांसह समस्या सोडवण्याची क्षमता आहे. यामुळे अधिक कार्यक्षम कृत्रिम बुद्धिमत्तेचे प्रोग्रॅम्स तयार होऊ शकतात, या तंत्राचे अनेक क्षेत्रांना दीर्घकालीन फायदे आहेत.

आरोग्यक्षेत्रात औषध शोध, जिनोमिक्स आणि वैयक्तिक आरोग्यसेवांना लक्षणीयरीत्या गती देऊ शकते. उत्पादन क्षेत्रासाठी ते पुरवठा साखळी व्यवस्थापन, खर्च कमी करणे आणि एकूण कार्यक्षमता सुधारणे हे उद्दिष्ट साध्य करू शकते. सध्या अनेक वाहनांवर जीपीएसद्वारे वाहन हालचाल व्यवस्थापन माहिती मिळवली जाते. अनेक सीसीटीव्ही कॅमेरे चलतचित्रे रेकॉर्ड करतात. पण, हे सर्व पाहणे व त्यावर निर्णय घेणे हे मानवाच्या क्षमतेबाहेरचे आहे. इथेच उच्च तंत्रज्ञानक्षम माहिती पृथःकरण महत्वाचे आहे. माहितीचे तत्काळ पृथःकरण हा कृत्रिम बुद्धिमत्तेचा पाया आहे. ही माहिती अनेक स्वरूपात असू शकते उदा. प्रचलित दिशा आणि नकाशा शोधणे आणि त्यावरचे मार्गदर्शन, सॉफ्टवेअरने वाहनाच्या स्थानाचे द्रुतपणे विश्लेषण करणे आणि रिअल टाइम ट्रॅफिक समस्यांवर ड्रायव्हरला त्वरित मार्गदर्शन करणे आवश्यक आहे. तसेच लक्षावधी सीसीटीव्ही कॅमेरे अनंत प्रतिमा साठवतात. त्यांचे त्वरित पृथःकरण करून, निष्कर्ष तयार करण्यासाठी अतिशक्तिशाली संगणक लागतात. इथेच क्वांटम संगणक उपयुक्त ठरतील. माणसांना फक्त अपवादांबद्दलच सांगितले पाहिजे, तरच त्वरित निर्णय घेतले जातील. आपला शेजारी मुख्य स्पर्धक असलेला देश चीन या क्षेत्रात खूप पुढे आहे. आपल्या देशातील वित्त, संरक्षण, जलसाठे, ऊर्जानिर्मिती अशा अनेक क्षेत्रातील माहितीचा गैरवापर टाळण्यासाठी, आपल्याला सायबर सुरक्षेतील प्रतिबंधक प्रणाली विकसित कराव्या लागतील. इथे क्वांटम संगणक उपयोगी ठरतील.

आपल्या देशातही या विषयावर मंथन 2023 मध्ये सुरु झाले. भारत एक नवीन झेप घेण्यासाठी आणि क्वांटम तंत्रज्ञानामध्ये जगाचे नेतृत्व करण्यास सज्ज झाला आहे. राष्ट्रीय क्वांटम मिशनची आता निर्मिती करण्यात आली आहे. अशा प्रकारे मिशनच्या स्वरूपात क्वांटम तंत्रज्ञानाच्या विकासासाठी कार्यक्रम जाहीर करणारा भारत हा सातवा देश ठरला आहे. अमेरिका, चीन, कॅनडा, ऑस्ट्रिया, फिनलंड आणि फ्रान्स या देशांनी यापूर्वीच अशा मोहिमा सुरू केल्या आहेत. सुपरकंडक्टिंग आणि फोटोनिक तंत्रांसारख्या, विविध प्लॅटफॉर्मवर आठ वर्षांत पन्नास ते एक हजार भौतिक क्यूबिट्स क्षमतेचा, मध्यम क्वांटम संगणक विकसित करणे हे नवीन मिशनचे उद्दिष्ट आहे. 2023-24 ते 2030-31 या आठ वर्षांच्या कालावधीत क्वांटम मिशनवर 6 हजार 65 कोटी खर्च केले जातील. देशातील दोन हजार किलोमीटरच्या परिक्षेत्रातील ग्राउंड स्टेशन्समधील उपग्रह आधारित सुरक्षित क्वांटम कम्युनिकेशन, इतर देशांसोबत लांब पल्ल्याच्या सुरक्षित क्वांटम कम्युनिकेशन, दोन हजार किलोमीटरपेक्षा जास्त अंतराचे आंतर शहर क्वांटम नेटवर्क, हे मिशनचे इतर पैलू आहेत. हे मिशन आण्विक यंत्रणा आणि अणुघड्याळांमध्ये उच्च संवेदनशीलतेसह सुसज्ज मॅग्नोमीटर विकसित करण्यात मदत करेल. क्वांटम उपकरणे तयार करण्यासाठी सुपरकंडक्टर, नवीन सेमीकंडक्टर आणि टोपोलॉजिकल सामग्रीच्या डिझाइनमध्येदेखील हे मदत करेल. मिशनअंतर्गत क्वांटम कॉम्प्युटिंग, क्वांटम कम्युनिकेशन, क्वांटम सेन्सिंग आणि मेट्रोलॉजी, क्वांटम सामग्री आणि उपकरणे या क्षेत्रात चार केंद्रे स्थापन केली जातील.

हे अत्याधुनिक शैक्षणिक आणि संशोधन-केंद्रित क्षेत्रात स्थापित केले जातील. या मोहिमेमुळे दळणवळण, आरोग्य, आर्थिक आणि ऊर्जा क्षेत्र, तसेच औषधे आणि अंतराळ तंत्रज्ञानाच्या निर्मितीसाठी खूप फायदा होईल. डिजिटल इंडिया, मेक इन इंडिया, स्किल इंडिया, स्टँड अप इंडिया, स्टार्टअप इंडिया, स्वावलंबी भारत, यांसारख्या राष्ट्रीय प्राधान्यक्रमांची पूर्तता करण्यातही ते मदत करेल. हे अभियान विज्ञान आणि तंत्रज्ञान विभागामार्फत चालवले जाईल. मिशनअंतर्गत विविध उपक्रम राबविण्यासाठी आपले सरकार कलम 8 (सेक्शन 8) अंतर्गत चार उद्योग (कंपन्या) स्थापन करत आहे . हे उद्योग इंडियन इन्स्टिट्यूट ऑफ टेक्नॉलॉजी किंवा, इंडियन इन्स्टिट्यूट ऑफ सायन्सेससारख्या प्रमुख संस्थांच्या आश्रयाने चालवले जातील. क्वांटम तंत्रज्ञानाचे चार उद्दिष्ट - संगणकीय, संप्रेषण अर्थात कम्युनिकेशन, मापन आणि संवेदन यावर हे उद्योग काम करतील. क्वांटम मिशनला शास्त्रज्ञ, संस्था आणि स्टार्टअप्सकडून 385 प्रस्ताव प्राप्त झाले आहेत, जे अत्याधुनिक क्वांटम तंत्रज्ञान विकसित करण्यास उत्सुक आहेत. पुढील तीन वर्षांत 20 ते 50 क्यूबिट, पुढील पाच वर्षांत 50 ते 100 क्यूबिट आणि पुढील दहा वर्षांत 50-1000 क्युबिटसह क्वांटम संगणक स्थापित करणे, हे या अभियानाचे उद्दिष्ट आहे. एक नवीन गोष्ट प्रस्तावित केली जात आहे ती म्हणजे, सरकारसोबत भागीदारी करू इच्छिणार्‍या नवोदितांसह सहयोग करणे.

आधी सरकार मनुष्यबळ विकसित करून, शास्त्रज्ञांना नोकर्‍या देऊन, संशोधन करत असे. अनेक वेळा हे वेळखाऊ व खर्चिक काम असे. स्वतः सर्व विकसित कराण्याऐवजी, अशा प्रकारचा सहयोग हे एक स्तुत्य पाऊल आहे. क्वांटमसारख्या हायटेक क्षेत्रात संशोधन करणार्‍या स्टार्टअप्सना ’डीपटेक’ असे संबोधले जाते. डीपटेक स्टार्टअप्ससाठी भारतातील सर्वात व्यापक अनुदान प्रदान करण्याचे, क्वांटम मिशनचे उद्दिष्ट आहे. टेक स्टार्टअप्सना सरकारकडून सामान्यतः 10-50 लाख अनुदान दिले जाण्याऐवजी, क्वांटम डोमेनमध्ये 10-25 कोटी अनुदान स्टार्टअप्सना मदत दिली जाईल. या तंत्रज्ञानाच्या वाढीसाठी आपल्याला भविष्यात मानवी प्रतिभेची खूप गरज आहे. हजारोंच्या संख्येने प्रशिक्षित लोक आपल्याला लागतील. आयआयटी दिल्लीमध्ये क्वांटम कॉॅम्प्युटिंग आणि मशीन लर्निंगचा एक प्रमाणपत्र अभ्यासक्रम सुरू झाला आहे. हा अभ्यासक्रम भौतिकशास्त्र, गणित, क्वांटम अल्गोरिदम आणि मशीन लर्निंग प्रोग्राम्सना एकाच अभ्यासक्रमांतर्गत एकत्रित करतो, ज्यामुळे अभ्यागतांची तांत्रिक कौशल्ये सुधारण्यास मदत होते. प्रेरित क्वांटम मशीन लर्निंग कोर्स, क्वांटम लीनियर रीग्रेशन, क्वांटम न्यूरल नेटवर्क्ससह सखोल शिक्षण आणि क्वांटम व्हेरिएशनल ऑप्टिमायझेशन आणि डिबॅटिक पद्धतींवरदेखील लक्ष केंद्रित करतो. अशा अनेक प्रशिक्षण संस्थांची देशाला गरज आहे. 2030 पर्यंत भारतात क्वांटम कॉम्प्युटिंगमध्ये दोन लख रोजगार निर्माण होण्याची अपेक्षा आहे.