క్వాంటం ఎంటాంగిల్‌మెంట్ (చిక్కుముడి) & క్వాంటం కంప్యూటింగ్.

 

1927లో వెర్నర్ హైసెన్‌బర్గ్ రూపొందించిన UNCERTAINTY సూత్రం, ఫోటాన్ (కాంతి పుంజం) లేదా ఎలక్ట్రాన్ వంటి కణం యొక్క స్థానం మరియు వేగం రెండింటినీ మనం పరిపూర్ణ ఖచ్చితత్వంతో తెలుసుకోలేమని పేర్కొంది; కణం యొక్క స్థానాన్ని మనం ఎంత కచ్చితంగా  అంచనా వేస్తే, దాని వేగం గురించి మనకు అంత తక్కువగా తెలుస్తుంది.  అలాగే కణం యొక్క వేగం గురించి మనం ఎంత కచ్చితంగా అంచనా వేస్తే, దాని స్థానం గురించి మనకు అంత తక్కువగా తెలుస్తుంది. ఆ రెండు స్థితులు ఒకేసారి కచ్చితంగా మనకు  తెలియడం అసాధ్యం.  

ఇలాంటి అనిశ్చితి సూత్రం స్వచ్ఛమైన గణితం మరియు శాస్త్రీయ భౌతిక శాస్త్రంలోని సమస్యలకు కూడా వర్తిస్తుంది - ప్రాథమికంగా, తరంగ-వంటి లక్షణాలు కలిగిన ఏదైనా వస్తువు ఈ సూత్రం ద్వారా ప్రభావితమవుతుంది. క్వాంటం వస్తువులు ప్రత్యేకమైనవి ఎందుకంటే అవన్నీ క్వాంటం సిద్ధాంతం యొక్క స్వభావం ద్వారా తరంగ-వంటి లక్షణాలను ప్రదర్శిస్తాయి.

క్వాంటం ప్రపంచంలో క్వాంటం చట్టం అమలులోకి వస్తుంది ఎందుకంటే సబ్‌టామిక్ కణాలు తరంగాల వలె ప్రవర్తించగలవు. క్వాంటం భౌతిక శాస్త్రంలో అనిశ్చితి సూత్రం గురించి ఒక సాధారణ అపోహ ఏమిటంటే అది మన కొలతలు అనిశ్చితమైనవి లేదా సరికానివి అని సూచిస్తుంది అని. కానీ స్థూల స్థాయిలో అది అలా కాదు. వాస్తవానికి, అనిశ్చితి అనేది  పరమాణు కణాలు కలిగి ఉన్న తరంగ-వంటి ప్రవర్తన కలిగిన దేనికైనా అంతర్లీన అంశం.

మొదటగా క్వాంటం సిద్ధాంతం సూక్ష్మ కణాలకు వర్తిస్తుంది. దానివలన మనం ఊహించలేని విధంగా క్వాంటమ్ ఎంటాంగిల్‌మెంట్ అని పిలువబడే ఒక దృగ్విషయం శాస్త్రజ్ఞులకు గోచరించింది..

క్వాంటమ్ ఎంటాంగిల్‌మెంట్ అనేది ఒక పరమాద్భుతమైన దృగ్విషయం, దీని ద్వారా బిలియన్ల కాంతి సంవత్సరాల దూరంలో ఉన్న రెండు సూక్ష్మ కణాలు ఒక కణంలో మార్పు మరొక కణంలో తక్షణమే ప్రతిబింబించే విధంగా అనుసంధానించబడి ఉంటాయి. ఈ సూత్రం ఆ కణాల మధ్యన ఉన్న దూరం మీద ఆధారపడి  ఉండదు. అంటే  ఇది వాస్తవానికి కాంతి కంటే వేగంగా ఏమీ ప్రయాణించలేదనే ఐన్‌స్టీన్ సిద్ధాంతాన్ని ధిక్కరిస్తుంది ఎందుకంటే పాల్గొన్న దూరంతో సంబంధం లేకుండా కణంలో మార్పు తక్షణమే ఉంటుంది కాబట్టి. ఐన్‌స్టీన్ ఈ దృగ్విషయాన్ని భయానకం (spooky) అని అన్నాడు.

క్వాంటమ్ కంప్యూటింగ్: కంప్యూటర్ సైన్స్ యొక్క ఈ విభాగం పదార్థం మరియు క్వాంటమ్ ఎంటాంగిల్‌మెంట్ (చిక్కుముడి)  యొక్క సూపర్‌పొజిషన్ సూత్రాలపై ఆధారపడి ఉంటుంది ఇది సాంప్రదాయక పధ్ధతి కంటే భిన్నమైన గణన పద్ధతిని ఉపయోగిస్తుంది. సిద్ధాంతంలో, ఇది సమాచార యూనిట్‌కు చాలా ఎక్కువ స్థితులను నిల్వ చేయగలదు మరియు సంఖ్యా స్థాయిలో చాలా సమర్థవంతమైన అల్గారిథమ్‌లతో పనిచేయగలదు.

ఒకటి మరియు సున్నాలతో కూడిన బైనరీ ప్రపంచంలో, క్వాంటం కంప్యూటర్లు కంప్యూటింగ్ యొక్క ఆల్బర్ట్ ఐన్‌స్టీన్ లాంటివి. అవి అసాధారణ ఎలక్ట్రానిక్ మెదడులతో సాధారణ కంప్యూటర్లు నిర్వహించడానికి అసాధ్యమైన పనులను పూర్తి చేయగలవు.

2019లో ప్రకటించబడిన 20 క్యూబిట్‌లతో కూడిన 3x3-మీటర్ల గాజు క్యూబ్ అయిన Q సిస్టమ్ వన్‌తో IBM సంస్థ ఈ అద్భుతమైన సాంకేతికతను మార్కెట్ లో మొదటి  విడుదల చేసింది. IBM 2019లోనే 53 క్యూబిట్‌లతో కూడిన పెద్ద క్వాంటం కంప్యూటర్‌ను ఆవిష్కరించింది. నేడు ప్రపంచంలోనే అత్యంత శక్తివంతమైన క్వాంటం కంప్యూటర్‌ను ఆటమ్ కంప్యూటింగ్ అనే కంపెనీ సృష్టించింది, దీనిని అక్టోబర్ 2023లో 1000 క్యూబిట్‌లకు పైగా శక్తితో ఆవిష్కరించారు. ఇది అప్పటి వరకు అత్యంత శక్తివంతమైనది మరియు 433 క్యూబిట్‌ల శక్తితో ఉన్న IBM యొక్క ఓస్ప్రే మెషిన్ కంటే రెట్టింపు శక్తిని కలిగి ఉంది.

1000 క్యూబిట్ లు పెద్ద సంఖ్య అయినప్పటికీ, అన్ని పనులకు క్వాంటం కంప్యూటర్ క్లాసికల్ కంప్యూటర్ కంటే వేగంగా ఉంటుందని గారంటీ లేదు.

క్వాంటం గణనలు లోపాలకు గురవుతాయి. వేలాది క్యూబిట్లతో తప్పు-తట్టుకోగల క్వాంటం గణనను సాధించడానికి అధునాతన దోష దిద్దుబాటు పద్ధతులు అవసరం, ఇవి సంక్లిష్టతను జోడిస్తాయి మరియు ఉపయోగించగల క్యూబిట్ ల ప్రభావవంతమైన సంఖ్యను సమర్థవంతంగా తగ్గిస్తాయి.

క్వాంటం వ్యవస్థలు పర్యావరణ శబ్దానికి చాలా సున్నితంగా ఉంటాయి, అతి చిన్న శబ్దాలు కూడా గణనలకు అంతరాయం కలిగిస్తాయి. ఎక్కువ కాలం పాటు స్థిరమైన క్వాంటం స్థితులను నిర్వహించడం ఒక ముఖ్యమైన సవాలు.

క్వాంటం కంప్యూటర్లను లోపాలను తొలగించడానికి సంపూర్ణ సున్నా(Absolte zero) కి కొంచెం పైన మాత్రమే నిర్వహించాలి.

క్వాంటం కంప్యూటర్లు క్లాసికల్ కంప్యూటర్లకు ప్రత్యామ్నాయం కాదు. అవి నిర్దిష్ట పనులలో రాణించడానికి రూపొందించబడ్డాయి, వాటి ప్రత్యేక లక్షణాలు పెద్ద సంఖ్యలను ఫ్యాక్టర్ చేయడం, క్వాంటం వ్యవస్థలను అనుకరించడం మరియు క్రమబద్ధీకరించని డేటాబేస్‌లను శోధించడం. అటువంటి వాటిని గణించడంలో అవి గణనీయమైన ప్రయోజనాన్ని అందిస్తాయి.

షోర్ అల్గోరిథం లాంటి క్వాంటం అల్గోరిథంలు నేడు ఉపయోగించే అనేక ఎన్‌క్రిప్షన్ పద్ధతులను సమర్థవంతంగా విచ్ఛిన్నం చేయగలవు. అంటే అవి మన పాస్ వర్డ్ లను సులభంగా చేధించగలవు. దీని కోసం కొత్త క్వాంటం-రెసిస్టెంట్ క్రిప్టోగ్రాఫిక్ ప్రోటోకాల్‌ల అభివృద్ధి అవసరం.

క్వాంటం కంప్యూటర్లు ప్రస్తుతం చాలా ఖరీదైనవి మరియు నిర్మించడానికి,  పనిచేయడానికి సంక్లిష్టంగా ఉన్నాయి.

పెద్ద సంఖ్యలో . క్యూబిట్ లతో తప్పులను తట్టుకునే క్వాంటం కంప్యూటర్ల అభివృద్ధి ఒక ప్రధాన శాస్త్రీయ మరియు ఇంజనీరింగ్ సవాలుగా మిగిలిపోయింది.

కానీ అది ఈనాడు ఉన్న పరిస్థితి మాత్రమే. సమయంతో పాటు ఈ కంప్యూటర్ ల  వ్యయం తగ్గి, సామర్ధ్యం పెరుగుతుంది. అది జరిగినపుడు మానవాళికి ఒక గొప్ప ప్రయోజనం చేకూరుతుంది.