কোয়ান্টাম কম্পিউটার হলো অধরা ‘সবকিছুর তত্ত্ব’র চাবিকাঠি

বিংশ শতাব্দীর প্রথম দুই দশকে, ইউরোপীয় বিজ্ঞান এক বিপ্লবের সম্মুখীন হয়। আলবার্ট আইনস্টাইনের আপেক্ষিকতার তত্ত্ব ম্যাক্রোকসমসের একটি নতুন মডেল উপস্থাপন করে, অন্যদিকে নীলস বোর এবং অন্যান্যরা মাইক্রোকসমসের পারমাণবিক মডেল তৈরি করেন, আর এখন কোয়ান্টাম কম্পিউটার এর যুগ।

যাইহোক, দুটি মডেল “সবকিছুর তত্ত্ব”-তে একীভূত হওয়ার বিরুদ্ধে লড়াই করে। সমস্যার কেন্দ্রবিন্দুতে গণিতের দুটি স্বতন্ত্র রূপ বলে মনে হয়: বিযুক্ত এবং অবিচ্ছিন্ন। তবে কোয়ান্টাম কম্পিউটিং উদ্ধারে আসতে পারে।

বিযুক্ত এবং অবিচ্ছিন্ন
বিযুক্ত এবং অবিচ্ছিন্ন গণিতের মধ্যে পার্থক্য আধুনিক পদার্থবিদ্যা এবং কম্পিউটার বিজ্ঞানের কেন্দ্রবিন্দুতে অবস্থিত। বিযুক্ত গণিত বাস্তবতাকে পৃথক, গণনাযোগ্য এককের মাধ্যমে বর্ণনা করে—যেমন কম্পিউটিংয়ে ব্যবহৃত বাইনারি অঙ্ক—যখন অবিচ্ছিন্ন গণিত তরঙ্গ এবং বক্ররেখার মতো মসৃণ, অখণ্ড প্রক্রিয়াগুলিকে ধারণ করে।

বিযুক্ত এবং অবিচ্ছিন্নের মধ্যে এই উত্তেজনা বিজ্ঞানের সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ কিছু অগ্রগতিকে রূপ দিয়েছে, যার মধ্যে কোয়ান্টাম মেকানিক্স থেকে আপেক্ষিকতা পর্যন্ত রয়েছে এবং কোয়ান্টাম কম্পিউটিংয়ের মতো নতুন সীমানাগুলিকে প্রভাবিত করে চলেছে।

বিংশ শতাব্দীর শুরুতে, বিজ্ঞানীরা বিশ্বাস করতেন যে আলো এবং বিকিরণ হল ধারাবাহিক ঘটনা।

১৯০০ সালে, জার্মান পদার্থবিদ ম্যাক্স প্ল্যাঙ্ক এই দৃষ্টিভঙ্গিকে চ্যালেঞ্জ করেছিলেন। তার বিকিরণ সূত্র তৈরি করতে, তিনি আলোকে বিচ্ছিন্ন একক বা কোয়ান্টা হিসেবে বিবেচনা করেছিলেন, যা পরীক্ষামূলক প্রমাণের পরিবর্তে গাণিতিক প্রয়োজনীয়তা দ্বারা নির্ধারিত একটি পদক্ষেপ। প্ল্যাঙ্ক প্রথমে কোয়ান্টাকে ভৌত বাস্তবতা নয়, বিমূর্ত গাণিতিক গঠন হিসেবে বিবেচনা করেছিলেন।

কক্ষপথে মাস্কের স্টারলিংক স্যাটেলাইটকে লক্ষ্য করবে চীন

এই পদক্ষেপটি পদার্থবিদ্যায় বিচ্ছিন্ন গণিতের প্রবেশকে চিহ্নিত করেছিল। প্ল্যাঙ্কের কোয়ান্টাইজেশন আধুনিক ডিজিটাল নমুনার সাথে তুলনীয়: ঠিক যেমন সঙ্গীত প্রতি সেকেন্ডে অনেক ক্ষুদ্র নমুনা রেকর্ড করে ডিজিটাইজ করা হয়, প্ল্যাঙ্ক বিকিরণকে বিচ্ছিন্ন প্যাকেটের সমন্বয়ে গঠিত বলে বিবেচনা করেছিলেন।

কোয়ান্টা থেকে ফোটন
১৯০৫ সালে, আইনস্টাইন আলোক তড়িৎ প্রভাব ব্যাখ্যা করে প্ল্যাঙ্কের কোয়ান্টা ধারণাকে নতুন অর্থ দিয়েছিলেন। তিনি প্রস্তাব করেছিলেন যে আলোতে শক্তির বিচ্ছিন্ন প্যাকেট থাকে, যা পরে ফোটন নামে পরিচিত হয়।

পরীক্ষাগুলি নিশ্চিত করেছে যে আলো, যা দীর্ঘকাল ধরে একটি অবিচ্ছিন্ন তরঙ্গ হিসাবে বিবেচিত হয়, কিছু নির্দিষ্ট পরিস্থিতিতে কণার মতো আচরণ করতে পারে। প্লাঙ্কের গাণিতিক বিমূর্ততা এইভাবে আইনস্টাইনের ভৌত বাস্তবতা হয়ে ওঠে, যা বিচক্ষণতাকে প্রকৃতির একটি মৌলিক বৈশিষ্ট্য হিসেবে চিহ্নিত করে।

আইনস্টাইনের আলোক তড়িৎ প্রভাবের উপর গবেষণা একটি নতুন পারমাণবিক মডেলের পথ প্রশস্ত করে। শক্তি বিচ্ছিন্ন প্যাকেটের মধ্যে আসে এই ধারণার উপর ভিত্তি করে, বোর ১৯১৩ সালে প্রস্তাব করেছিলেন যে ইলেকট্রনগুলি স্থির শক্তি স্তরে নিউক্লিয়াসকে প্রদক্ষিণ করে এবং ফোটন শোষণ বা নির্গমন করে তাদের মধ্যে লাফিয়ে লাফিয়ে যেতে পারে।

এটি পারমাণবিক বর্ণালীকে ব্যাখ্যা করে, যেখানে আলো অবিচ্ছিন্ন ব্যান্ডের পরিবর্তে স্বতন্ত্র রেখায় প্রদর্শিত হয়। বোরের মডেলটি কোয়ান্টাম মেকানিক্সের সূচনা করে এবং পরবর্তীতে কণা পদার্থবিদ্যার স্ট্যান্ডার্ড মডেলের ভিত্তি স্থাপন করে, যা মৌলিক কণা এবং তাদের মিথস্ক্রিয়া সম্পর্কে আমাদের বোধগম্যতাকে একীভূত করে।

উল্লেখযোগ্যভাবে, আইনস্টাইন যে বছর আলোক তড়িৎ প্রভাবের উপর তার গবেষণাপত্র প্রকাশ করেছিলেন, সেই একই বছর ১৯০৫ সালে, তিনি তার বিশেষ আপেক্ষিকতা তত্ত্বও প্রকাশ করেছিলেন, যেখানে তিনি স্থান এবং সময়কে বিচ্ছিন্ন নয় বরং অবিচ্ছিন্ন হিসাবে বর্ণনা করেছিলেন। আপেক্ষিকতায়, স্থান এবং সময় “ধ্রুপদী”, অর্থাৎ, নিউটনীয়।

এক দশক পরে, আইনস্টাইনের সাধারণ আপেক্ষিকতা এই অবিচ্ছিন্ন কাঠামোকে মহাকর্ষে প্রসারিত করেছিলেন, এটিকে স্থানকালের মসৃণ, অবিচ্ছিন্ন বক্রতা হিসাবে বর্ণনা করেছিলেন। পদার্থবিদ এবং জ্যোতির্বিদ আর্থার স্ট্যানলি এডিংটনের ১৯১৯ সালের গ্রহন অভিযানের মাধ্যমে নিশ্চিত হওয়া গেছে যে, আপেক্ষিকতা তত্ত্ব ম্যাক্রোকসমস বোঝার ভিত্তি হয়ে ওঠে।

এইভাবে, আইনস্টাইন মহান বিভাজনের উভয় দিককেই এগিয়ে নিয়ে গিয়েছিলেন: বিচ্ছিন্ন কোয়ান্টা-এর কোয়ান্টাম জগৎ এবং অবিচ্ছিন্ন স্থানকালের আপেক্ষিক মহাবিশ্ব। তবুও পদার্থবিদ্যার এই দুটি স্তম্ভ গাণিতিকভাবে অসঙ্গত, যা বিচ্ছিন্ন এবং অবিচ্ছিন্নকে একটি একক তত্ত্বে একত্রিত করার অমীমাংসিত চ্যালেঞ্জকে তুলে ধরে।

হাইব্রিড মডেল

কোয়ান্টাম মেকানিক্সের সাথে আপেক্ষিকতার সমন্বয় সাধনের প্রচেষ্টা হাইব্রিড মডেলের জন্ম দিয়েছে যা বিচ্ছিন্ন এবং অবিচ্ছিন্ন গণিতকে একত্রিত করে। তিনটি সর্বাধিক পরিচিত উদাহরণ হল:

– লুপ কোয়ান্টাম গ্র্যাভিটি (LQG): স্থানকে বিচ্ছিন্ন “খণ্ড” (স্পিন নেটওয়ার্ক) থেকে নির্মিত হিসাবে বর্ণনা করে, যখন এর বিবর্তন অবিচ্ছিন্ন জ্যামিতির মাধ্যমে উদ্ভাসিত হয়।

– স্ট্রিং থিওরি: স্ট্রিংগুলিকে অবিচ্ছিন্ন, কম্পনশীল বস্তু হিসাবে কল্পনা করে যার কম্পনের ধরণগুলি বিচ্ছিন্ন কণা বর্ণালী তৈরি করে।

– কোয়ান্টাম ফিল্ড থিওরি (QFT): ক্ষেত্রগুলিকে অবিচ্ছিন্ন সত্তা হিসাবে বিবেচনা করে, কিন্তু তাদের উত্তেজনা বিচ্ছিন্ন কণা হিসাবে প্রকাশিত হয়।

এই প্রতিটি পদ্ধতি বিচ্ছিন্নতা এবং ধারাবাহিকতার মধ্যে ব্যবধান পূরণ করার একটি প্রচেষ্টাকে প্রতিনিধিত্ব করে, কার্যত প্রকৃতির মৌলিক কাঠামোর জন্য একটি ঐক্যবদ্ধ কাঠামো খোঁজার জন্য।

কোয়ান্টাম কম্পিউটিং
১৯৬০-এর দশকে আমেরিকান পদার্থবিদ রিচার্ড ফাইনম্যান কর্তৃক প্রথম প্রস্তাবিত কোয়ান্টাম কম্পিউটিং, বিচ্ছিন্ন-ধারাবাহিক ধাঁধাটিকে তীব্র স্বস্তিতে নিয়ে আসে।

অ্যানালগ এবং ডিজিটালের পরে এই তৃতীয় প্রজন্মের কম্পিউটিং ইলেকট্রনিক স্রোতের পরিবর্তে উপ-পরমাণু কণা দিয়ে গণনা করে। কোয়ান্টাম কম্পিউটিংয়ের গণনামূলক একক, কিউবিট, বিচ্ছিন্ন এবং অবিচ্ছিন্ন উভয় প্রক্রিয়াকেই মূর্ত করে।

একটি ধ্রুপদী বিটের মতো, একটি কিউবিটের দুটি মেরু থাকে – 0 এবং 1 – তবে মেরুগুলি সুপারপজিশনে থাকতে পারে, যার অর্থ এটি একই সময়ে আংশিকভাবে 0 এবং আংশিকভাবে 1 হতে পারে, প্রেক্ষাপট এবং অবস্থা বা পার্শ্ববর্তী কিউবিটের উপর নির্ভর করে।

ব্লোচ গোলকের উপর, অবিচ্ছিন্ন ক্রিয়াকলাপগুলিকে তার মসৃণ পৃষ্ঠের বিন্দু হিসাবে উপস্থাপন করা হয়। গণনা যুক্তির জন্য বিচ্ছিন্ন (বাইনারি) অবস্থা (0 এবং 1) ব্যবহার করে, যখন গোলক জুড়ে অবিচ্ছিন্ন (অ্যানালগ) ঘূর্ণন ক্রিয়াকলাপগুলিকে নিয়ন্ত্রণ করে।

আসল সাফল্য আসে যখন কিউবিটগুলিকে এনট্যাঙ্গলমেন্টের মাধ্যমে সংযুক্ত করা হয়, এমন একটি ঘটনা যেখানে দুই বা ততোধিক কিউবিট যত দূরেই থাকুক না কেন একই কোয়ান্টাম অবস্থা ভাগ করে নেয়। এটি কোয়ান্টাম কম্পিউটারগুলিকে ক্লাসিক্যাল মেশিনের মতো এক ধাপে নয়, একই সাথে একাধিক সম্ভাবনা প্রক্রিয়া করতে সক্ষম করে।

এই দ্বৈত চরিত্র – সুপারপজিশন এবং এনট্যাঙ্গলমেন্ট – কোয়ান্টাম কম্পিউটারগুলিকে অসাধারণ শক্তি দেয়। ডজন ডজন পরমাণু দিয়ে অণু অনুকরণ করার মতো কাজ, যা আজকের দ্রুততম সুপার কম্পিউটারের পক্ষে অসম্ভব, কোয়ান্টাম মেশিনে কয়েক মিনিটের মধ্যে সম্পন্ন করা যেতে পারে।

কোয়ান্টাম কম্পিউটিং কোয়ান্টাম মেকানিক্স এবং আপেক্ষিকতার মধ্যে, তরঙ্গ এবং কণার দ্বৈততার মধ্যে এবং অবিচ্ছিন্ন এবং বিচ্ছিন্নের মধ্যে দ্বিধা সমাধান করতে সাহায্য করতে পারে, যার ফলে মহাবিশ্ব সম্পর্কে আমাদের ধারণা প্রসারিত হয়।

অনন্তের নাগালে
বহু শতাব্দী ধরে, যন্ত্র ব্যবহারের মাধ্যমে মানুষের ইন্দ্রিয়কে প্রসারিত করে বৈজ্ঞানিক অগ্রগতি পরিচালিত হয়েছে। টেলিস্কোপ মহাবিশ্বে পৃথিবীর অবস্থান প্রকাশ করার জন্য আকাশ উন্মুক্ত করেছে; কণা সংঘর্ষকারীরা স্ট্যান্ডার্ড মডেলের কণাগুলি উন্মোচন করে ক্ষুদ্রতম স্কেলগুলি অনুসন্ধান করে।

এখন, কোয়ান্টাম কম্পিউটার একটি নতুন ধরণের যন্ত্র হিসাবে আবির্ভূত হতে পারে, যা বাইরের দিকে তাকায় বা কণাগুলিকে ভেঙে দেয় না, বরং এমন একটি যন্ত্র যা সিমুলেশনের মাধ্যমে বাস্তবতা অন্বেষণ করে। এটি পদার্থবিদদের কোয়ান্টাম ক্ষেত্র, কৃষ্ণগহ্বর এবং পদার্থের বহিরাগত অবস্থাগুলিকে এমনভাবে মডেল করার অনুমতি দেবে যা ক্লাসিক্যাল মেশিনগুলি পারে না। এটি এমনকি বিগ ব্যাং অনুকরণ করতে সক্ষম হতে পারে।

যেখানে টেলিস্কোপ অসীমভাবে বৃহৎ এবং সংঘর্ষকারীরা অসীমভাবে ছোটকে খুলে দেয়, সেখানে কোয়ান্টাম কম্পিউটিং অসীম জটিল এবং সম্ভবত অসীমতার উপর আমাদের ধারণা প্রসারিত করতে পারে। এটি এমনকি সবকিছুর অধরা তত্ত্বের দিকে নিয়ে যেতে পারে।

জান ক্রিককে থাইল্যান্ডে অবস্থিত একজন সাংবাদিক। তার সর্বশেষ বইটি “পূর্ব এবং পশ্চিমে ক্রসরোডস: সংহতকরণ বিজ্ঞান, নীতিশাস্ত্র এবং চেতনা সংস্কৃতি জুড়ে।” শিরোনামে একটি কৃত্রিম বুদ্ধিমত্তা-মধ্যস্থ জীবনী। এটি এখানে কেনা যেতে পারে।