బెంగళూరులో క్వాంటం విప్లవానికి కొత్త ప్రయోగశాల! రేపటి కంప్యూటర్లతో మందుల నుంచి రక్షణ రంగం వరకు ఎన్నో మార్పులు

బెంగళూరు: కంప్యూటర్‌ రంగంలో తదుపరి పెద్ద మార్పునకు క్వాంటం సాంకేతికత వేదిక కానుందా? ప్రస్తుతం ప్రపంచవ్యాప్తంగా శాస్త్రవేత్తలు, టెక్నాలజీ సంస్థలు ఇదే దిశగా పరిశోధనలు చేస్తున్నాయి. ఈ నేపథ్యంలో బెంగళూరులోని ఇండియన్‌ ఇన్‌స్టిట్యూట్‌ ఆఫ్‌ సైన్స్‌ (IISc)లో కొత్త క్వాంటం పరిశోధనా ప్రయోగశాల ప్రారంభమైంది. శామ్‌సంగ్‌ సెమీకండక్టర్‌ ఇండియా రీసెర్చ్‌ (SSIR), IISc కలిసి అక్టోబర్‌ 15న ఈ ప్రయోగశాలను ప్రారంభించాయి. దేశంలోనే అత్యాధునిక క్వాంటం పరికరాలు, సెమీకండక్టర్‌ సాంకేతికతలపై పరిశోధనలకు ఇది మరింత బలం ఇవ్వనుంది.

అసలు క్వాంటం కంప్యూటర్‌ అంటే ఏమిటి?

మన రోజువారీ జీవితంలో ఉపయోగించే కంప్యూటర్లు, స్మార్ట్‌ఫోన్లు సమాచారాన్ని బిట్స్‌ రూపంలో ప్రాసెస్‌ చేస్తాయి. ప్రతి బిట్‌ 0 లేదా 1 అనే రెండు విలువల్లో ఒకదాన్ని సూచిస్తుంది. అయితే క్వాంటం కంప్యూటర్లు ‘క్వాంటం బిట్స్‌’ లేదా క్యూబిట్స్‌ (Qubits) ఆధారంగా పనిచేస్తాయి. ఇవి క్వాంటం భౌతికశాస్త్రంలోని సూపర్‌పొజిషన్‌, ఎంటాంగిల్‌మెంట్‌ వంటి లక్షణాలను ఉపయోగించుకుంటాయి.

సులభంగా చెప్పాలంటే, సూపర్‌పొజిషన్‌ వల్ల ఒక క్యూబిట్‌ 0, 1 విలువల కలయికలో ఉండగలదు. ఎంటాంగిల్‌మెంట్‌ వల్ల రెండు లేదా అంతకంటే ఎక్కువ క్యూబిట్ల మధ్య ప్రత్యేకమైన క్వాంటం సంబంధం ఏర్పడుతుంది. వీటిని నియంత్రిత పద్ధతిలో ఉపయోగిస్తే, కొన్ని క్లిష్టమైన గణనలను సంప్రదాయ కంప్యూటర్లతో పోలిస్తే మరింత సమర్థంగా పరిష్కరించే అవకాశం ఉంటుంది.

అయితే క్వాంటం కంప్యూటర్‌ ప్రతి పనిలోనూ సాధారణ కంప్యూటర్‌ కంటే వేగంగా పనిచేస్తుందని అనుకోవద్దు. కేవలం క్వాంటం సాంకేతికతకు అనుకూలమైన నిర్దిష్ట సమస్యల్లోనే దాని ప్రత్యేక ప్రయోజనం కనిపించనుంది.

IISc ప్రయోగశాలలో ఏం పరిశోధిస్తారు?

శామ్‌సంగ్‌ సంస్థ కార్పొరేట్‌ సామాజిక బాధ్యత (CSR) సహకారంతో ఏర్పాటు చేసిన ఈ ప్రయోగశాల పలు కీలక అంశాలపై పరిశోధనలకు ఉపయోగపడుతుంది.

• క్యూబిట్‌ లక్షణాల పరిశీలన: క్వాంటం కంప్యూటర్లలో సమాచారాన్ని ప్రాసెస్‌ చేసే ప్రాథమిక యూనిట్లు ఎంత సమర్థంగా పనిచేస్తున్నాయో పరీక్షించడం.
• క్రయోజెనిక్‌ ఎలక్ట్రానిక్స్‌: అత్యంత తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల్లో పనిచేసే ఎలక్ట్రానిక్‌ వ్యవస్థలను అభివృద్ధి చేయడం.
• క్వాంటం పరికరాల విశ్వసనీయత: పరికరాలు ఎంత స్థిరంగా పనిచేస్తాయి, వాటిలో లోపాలను ఎలా తగ్గించవచ్చో అధ్యయనం చేయడం.
• సింగిల్‌ ఫోటాన్‌ సోర్సులు, డిటెక్టర్లు: ఒక్కొక్క కాంతి కణాన్ని ఉత్పత్తి చేయడం, గుర్తించడం వంటి సాంకేతికతలపై పరిశోధన.
• 2D పదార్థాలతో క్వాంటం పరికరాలు: అత్యంత పలుచని పదార్థాలను ఉపయోగించి భవిష్యత్‌ క్వాంటం పరికరాలను అభివృద్ధి చేసే అవకాశాలను పరిశీలించడం.

ఈ సదుపాయాలను IIScకే పరిమితం చేయకుండా దేశంలోని ఇతర విద్యాసంస్థల విద్యార్థులు, పరిశోధకులకు కూడా శిక్షణ, పరిశోధన అవకాశాలు కల్పించాలనేది లక్ష్యం. 

భారత్‌లో క్వాంటం కంప్యూటింగ్‌ అభివృద్ధి ఎలా సాగుతోంది?

క్వాంటం సాంకేతికతల్లో దేశీయ పరిశోధన, తయారీ సామర్థ్యాలను పెంచేందుకు కేంద్ర ప్రభుత్వం 2023లో నేషనల్‌ క్వాంటం మిషన్‌ (NQM) కు ఆమోదం తెలిపింది. 2023–24 నుంచి 2030–31 వరకు అమలయ్యే ఈ కార్యక్రమానికి రూ.6,003.65 కోట్ల కేటాయింపు ఉంది.

ఈ మిషన్‌ కింద ఎనిమిదేళ్లలో వివిధ సాంకేతిక విధానాలపై 50 నుంచి 1,000 ఫిజికల్‌ క్యూబిట్ల స్థాయి క్వాంటం కంప్యూటర్లను అభివృద్ధి చేయాలనే లక్ష్యం నిర్దేశించారు. క్వాంటం కంప్యూటింగ్‌తో పాటు క్వాంటం కమ్యూనికేషన్‌, క్వాంటం సెన్సింగ్‌, క్వాంటం పదార్థాల అభివృద్ధిపైనా దృష్టి పెట్టారు.

IISc బెంగళూరు, IIT బాంబే, IIT ఢిల్లీ, IIT కాన్పూర్‌ వంటి సంస్థల్లో క్వాంటం చిప్‌లు, పరికరాల తయారీ, పరీక్షలు, పరిశోధనలకు అవసరమైన సదుపాయాలను అభివృద్ధి చేస్తున్నారు. IIScలో కొత్త ప్రయోగశాల ఏర్పాటుతో పరిశోధన మౌలిక సదుపాయాలు, పరిశ్రమ–విద్యాసంస్థల భాగస్వామ్యం మరింత బలపడే అవకాశం ఉంది. 

భవిష్యత్తులో క్వాంటం కంప్యూటర్లతో ఏం చేయవచ్చు?

1. కొత్త మందులు, చికిత్సల అభివృద్ధి: అణువులు, రసాయన పదార్థాల ప్రవర్తనను అర్థం చేసుకోవడం ద్వారా ఔషధాల పరిశోధనలో ఉపయోగపడవచ్చు. కొత్త ఔషధ అణువులు, ప్రోటీన్లతో వాటి పరస్పర చర్యలను అధ్యయనం చేసే ప్రక్రియకు భవిష్యత్తులో తోడ్పడవచ్చు.

2. కొత్త బ్యాటరీలు, పదార్థాలు: ఎలక్ట్రిక్‌ వాహనాల బ్యాటరీలు, శక్తి నిల్వ వ్యవస్థలు, సౌరశక్తి పరికరాలకు ఉపయోగపడే కొత్త పదార్థాల రూపకల్పనలో క్వాంటం సిమ్యులేషన్‌ కీలకంగా మారవచ్చు.

3. రవాణా, సరఫరా వ్యవస్థలు: క్లిష్టమైన మార్గాల ఎంపిక, సరుకుల పంపిణీ, కొన్ని షెడ్యూలింగ్‌ సమస్యలను పరిష్కరించేందుకు ప్రత్యేక క్వాంటం అల్గారిథమ్‌లు భవిష్యత్తులో ఉపయోగపడే అవకాశం ఉంది.

4. బ్యాంకింగ్‌, ఆర్థిక రంగం: కొన్ని రకాల పోర్ట్‌ఫోలియో ఆప్టిమైజేషన్‌, రిస్క్‌ విశ్లేషణ సమస్యలను పరిష్కరించేందుకు ప్రయోగాత్మకంగా క్వాంటం పద్ధతులను పరిశీలిస్తున్నారు. అయితే ఇవి సాధారణ ఆర్థిక సాఫ్ట్‌వేర్‌కు వెంటనే ప్రత్యామ్నాయంగా మారతాయని చెప్పలేం.

5. సైబర్‌ భద్రత, రక్షణ: శక్తివంతమైన క్వాంటం కంప్యూటర్లు భవిష్యత్తులో ప్రస్తుతం ఉపయోగిస్తున్న కొన్ని క్రిప్టోగ్రాఫిక్‌ పద్ధతులకు ముప్పు కలిగించవచ్చు. అదే సమయంలో క్వాంటం కమ్యూనికేషన్‌, క్వాంటం సెన్సింగ్‌ వంటి సాంకేతికతలు సురక్షిత సమాచార మార్పిడి, అత్యంత సూక్ష్మ సంకేతాల గుర్తింపులో ఉపయోగపడవచ్చు. అందుకే ప్రపంచవ్యాప్తంగా క్వాంటం కంప్యూటర్లకు తట్టుకునే కొత్త ఎన్‌క్రిప్షన్‌ పద్ధతుల అభివృద్ధి కూడా జరుగుతోంది.

ఇంకా సవాళ్లు ఉన్నాయి

క్వాంటం కంప్యూటర్ల అభివృద్ధికి ప్రధాన అడ్డంకుల్లో క్యూబిట్ల స్థిరత్వం, గణనల్లో వచ్చే పొరపాట్లు, అత్యంత ఖచ్చితమైన నియంత్రణ, పరికరాల తయారీ ఖర్చు ఉన్నాయి. క్వాంటం స్థితులు పర్యావరణ ప్రభావాలకు సున్నితంగా ఉండటంతో వాటిని స్థిరంగా ఉంచడం కష్టమైన పని. ప్రయోగశాల స్థాయి విజయాలను వాస్తవ ప్రపంచంలో ఉపయోగపడే, నమ్మదగిన కంప్యూటర్లుగా మార్చేందుకు ఇంకా పరిశోధన అవసరం.

అందువల్ల బెంగళూరులో కొత్త ప్రయోగశాల ప్రారంభం వెంటనే క్వాంటం కంప్యూటర్లు అందుబాటులోకి వచ్చేశాయని అర్థం కాదు. కానీ దేశీయంగా క్వాంటం పరికరాలను తయారు చేయడం, పరీక్షించడం, నిపుణులను తీర్చిదిద్దడం వంటి దీర్ఘకాలిక లక్ష్యాలకు ఇది తోడ్పడనుంది.

మొత్తానికి, క్వాంటం కంప్యూటింగ్‌ అనేది కేవలం మరో తరం కంప్యూటర్ల కథ కాదు. ఔషధ పరిశోధన, కొత్త పదార్థాల రూపకల్పన, సమాచార భద్రత, శాస్త్రీయ గణనల్లో కొత్త అవకాశాలను తెరవగల సాంకేతిక రంగం. ఈ రంగంలో భారత్‌ తన సొంత పరిశోధన, తయారీ సామర్థ్యాలను పెంచుకోగలిగితే, భవిష్యత్తులో ప్రపంచ క్వాంటం సాంకేతిక వ్యవస్థలో మరింత కీలక పాత్ర పోషించే అవకాశం ఉంటుంది