কোয়ান্টাম কম্পিউটারের সবচেয়ে বড় চ্যালেঞ্জগুলির মধ্যে অন্যতম হল গণনার সময় তৈরি হওয়া ভুল সংশোধন করা। প্রচলিত কম্পিউটারে ভুল শনাক্ত করে তা ঠিক করার একাধিক পদ্ধতি থাকলেও কোয়ান্টাম কম্পিউটারের ক্ষেত্রে কাজটি অনেক বেশি জটিল। কারণ, এই কম্পিউটারের তথ্য সংরক্ষণ ও প্রক্রিয়াকরণের মূল উপাদান কিউবিট অত্যন্ত সংবেদনশীল। পরিবেশের সামান্য পরিবর্তনেও এতে ত্রুটি দেখা দিতে পারে। এবার সেই সমস্যা সমাধানের পথে গুরুত্বপূর্ণ অগ্রগতি অর্জন করেছেন গুগল কোয়ান্টাম এআইয়ের গবেষকেরা।
বিজ্ঞানীরা গুগলের ‘উইলো’ (Willow) নামের কোয়ান্টাম প্রসেসর ব্যবহার করে একটি বিশেষ পদ্ধতি পরীক্ষা করেছেন। ‘ম্যাজিক স্টেট কাল্টিভেশন’ নামে পরিচিত এই কৌশলের সাহায্যে একটি গুরুত্বপূর্ণ কোয়ান্টাম অবস্থার ত্রুটি প্রায় ৪০ গুণ কমানো সম্ভব হয়েছে। গবেষকদের দাবি, সফলভাবে তৈরি করা ওই বিশেষ অবস্থার নির্ভুলতা পৌঁছেছে ৯৯.৯৯ শতাংশে।
এই সাফল্য ভবিষ্যতে আরও নির্ভরযোগ্য কোয়ান্টাম কম্পিউটার তৈরির পথ খুলে দিতে পারে। তবে গবেষণার ফলাফলকে পুরো কোয়ান্টাম কম্পিউটারের ভুল ৪০ গুণ কমে যাওয়ার প্রমাণ হিসেবে দেখার সুযোগ নেই। আপাতত বিজ্ঞানীরা একটি নির্দিষ্ট কোয়ান্টাম অবস্থা তৈরি ও পরিশোধনের ক্ষেত্রে এই সাফল্য পেয়েছেন।
সাধারণ কম্পিউটার এবং কোয়ান্টাম কম্পিউটারের কাজ করার পদ্ধতিতে মৌলিক পার্থক্য রয়েছে। প্রচলিত কম্পিউটার বিটের মাধ্যমে তথ্য প্রক্রিয়াকরণ করে। প্রতিটি বিট সাধারণত ০ অথবা ১ অবস্থায় থাকে। অন্যদিকে, কোয়ান্টাম কম্পিউটারের মূল উপাদান কিউবিট কোয়ান্টাম পদার্থবিজ্ঞানের বিশেষ বৈশিষ্ট্য কাজে লাগিয়ে গণনা করতে পারে।
কিউবিটের এই ক্ষমতা কোয়ান্টাম কম্পিউটারকে নির্দিষ্ট কিছু জটিল সমস্যা সমাধানে প্রচলিত কম্পিউটারের তুলনায় অনেক বেশি সম্ভাবনাময় করে তুলেছে। কিন্তু এই সুবিধার সঙ্গে রয়েছে একটি বড় সমস্যা। কিউবিটের অবস্থা অত্যন্ত সংবেদনশীল হওয়ায় বাইরের পরিবেশের প্রভাব, যন্ত্রের ত্রুটি কিংবা গণনার সময়ের সামান্য বিচ্যুতি থেকেও ভুল তৈরি হতে পারে।
এই ভুল সময়মতো শনাক্ত করে সংশোধন করা না গেলে গণনার চূড়ান্ত ফলাফল অবিশ্বস্ত হয়ে পড়তে পারে। তাই কোয়ান্টাম কম্পিউটারকে বাস্তবে কার্যকর করে তুলতে শুধু দ্রুত গণনা করার ক্ষমতা অর্জন যথেষ্ট নয়। একই সঙ্গে প্রয়োজন নির্ভরযোগ্যভাবে তথ্য সংরক্ষণ এবং ত্রুটি নিয়ন্ত্রণের ব্যবস্থা।
গবেষকেরা দীর্ঘদিন ধরেই এমন পদ্ধতি খুঁজছেন, যার মাধ্যমে কোয়ান্টাম গণনার নির্ভুলতা বাড়ানো যাবে। গুগল কোয়ান্টাম এআইয়ের নতুন গবেষণা সেই প্রচেষ্টায় গুরুত্বপূর্ণ সংযোজন।
কোয়ান্টাম কম্পিউটারে কিছু জটিল গণনা সম্পন্ন করতে ‘ম্যাজিক স্টেট’ নামে পরিচিত বিশেষ কোয়ান্টাম অবস্থার প্রয়োজন হয়। এই অবস্থাগুলি কোয়ান্টাম গণনার ক্ষমতা বাড়াতে গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে। তবে প্রয়োজনীয় নির্ভুলতায় এমন অবস্থা তৈরি করা সহজ নয়।
সমস্যা হল, ম্যাজিক স্টেট তৈরির প্রাথমিক পর্যায়েই ত্রুটি থেকে যেতে পারে। সেই ত্রুটিপূর্ণ অবস্থা সরাসরি জটিল গণনায় ব্যবহার করলে ফলাফলের নির্ভরযোগ্যতা ক্ষতিগ্রস্ত হওয়ার আশঙ্কা থাকে। তাই বিজ্ঞানীদের লক্ষ্য হল, প্রাথমিকভাবে তৈরি হওয়া অবস্থাকে এমনভাবে পরিশোধন করা, যাতে শেষ পর্যন্ত পাওয়া অবস্থার নির্ভুলতা অনেক বেশি হয়।
এই উদ্দেশ্যেই গবেষকেরা ম্যাজিক স্টেট কাল্টিভেশন পদ্ধতি ব্যবহার করেছেন। সহজভাবে বললে, এই কৌশলে প্রথমে তুলনামূলকভাবে কম নির্ভুল একটি কোয়ান্টাম অবস্থা তৈরি করা হয়। তারপর একাধিক ধাপে পরীক্ষা করে দেখা হয়, সেটিকে আরও নির্ভরযোগ্য অবস্থায় উন্নীত করা সম্ভব কি না।
এটি অনেকটা কোনও তথ্য ব্যবহারের আগে একাধিকবার যাচাই করে নেওয়ার মতো। তবে এখানে যাচাইয়ের কাজটি সাধারণ সফটওয়্যারের মাধ্যমে নয়, বরং কোয়ান্টাম ব্যবস্থার নিজস্ব বৈশিষ্ট্য কাজে লাগিয়ে সম্পন্ন করা হয়।
গবেষণায় বিজ্ঞানীরা উইলো কোয়ান্টাম প্রসেসর ব্যবহার করে প্রাথমিকভাবে একটি ম্যাজিক স্টেট তৈরি করেন। সেই অবস্থায় কিছু ত্রুটি থাকার সম্ভাবনা ছিল। এরপর তাঁরা একাধিক কিউবিটের মধ্যে তথ্য ছড়িয়ে দেন এবং সহায়ক কিউবিট ব্যবহার করে প্রয়োজনীয় পরীক্ষা চালান।
এই পরীক্ষাগুলির মূল উদ্দেশ্য ছিল প্রাথমিক অবস্থায় থাকা ভুল শনাক্ত করা। কোনও পরীক্ষা প্রত্যাশিত ফল না দিলে সংশ্লিষ্ট প্রচেষ্টাটি বাতিল করা হয়। আর সব পরীক্ষায় উত্তীর্ণ হলেই কেবল সেই অবস্থাকে পরিশোধিত বা ব্যবহারযোগ্য হিসেবে গ্রহণ করা হয়।
অর্থাৎ, প্রতিটি প্রচেষ্টার ফলাফল গ্রহণ করা হয়নি। বরং কঠোর যাচাইয়ের মাধ্যমে নির্দিষ্ট মান পূরণ করা অবস্থাগুলিকেই বেছে নেওয়া হয়েছে।
এই প্রক্রিয়ার ফলে ত্রুটিযুক্ত অবস্থাগুলিকে বাদ দিয়ে অপেক্ষাকৃত নির্ভুল কোয়ান্টাম অবস্থা পাওয়া সম্ভব হয়েছে। গবেষণার অন্যতম গুরুত্বপূর্ণ দিক হল, বিজ্ঞানীরা শুধু ত্রুটি শনাক্ত করার চেষ্টা করেননি, বরং ত্রুটির মাত্রা কমিয়ে একটি উচ্চ নির্ভুলতার অবস্থা তৈরি করতেও সক্ষম হয়েছেন।
কোয়ান্টাম কম্পিউটারের ক্ষেত্রে এই ধরনের যাচাই ও পরিশোধন অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। কারণ, প্রতিটি কিউবিটের অবস্থা সরাসরি পরীক্ষা করে দেখার সুযোগ সীমিত। তাই এমন পদ্ধতি প্রয়োজন, যা কোয়ান্টাম তথ্যের বৈশিষ্ট্য বজায় রেখেই ত্রুটির প্রভাব কমাতে পারে।
গবেষণার সবচেয়ে উল্লেখযোগ্য ফলাফল হল, ম্যাজিক স্টেটের ত্রুটি প্রায় ৪০ গুণ কমানো সম্ভব হয়েছে। সফলভাবে পরিশোধিত অবস্থার নির্ভুলতা পৌঁছেছে ৯৯.৯৯ শতাংশে।
এই পরিসংখ্যান কোয়ান্টাম কম্পিউটিংয়ের ক্ষেত্রে যথেষ্ট গুরুত্বপূর্ণ। কারণ, জটিল কোয়ান্টাম গণনায় ছোটখাটো ত্রুটিও একাধিক ধাপ পেরিয়ে বড় সমস্যার কারণ হতে পারে। ফলে নির্দিষ্ট একটি গুরুত্বপূর্ণ কোয়ান্টাম অবস্থার নির্ভুলতা বাড়াতে পারা ভবিষ্যতের গণনাপদ্ধতিকে আরও নির্ভরযোগ্য করে তুলতে সাহায্য করতে পারে।
তবে এখানে একটি বিষয় পরিষ্কারভাবে বোঝা প্রয়োজন। ৯৯.৯৯ শতাংশ নির্ভুলতা বলতে গবেষণায় পরিশোধিত বিশেষ কোয়ান্টাম অবস্থার নির্ভুলতাকে বোঝানো হয়েছে। এর অর্থ এই নয় যে উইলো প্রসেসর বা সমস্ত কোয়ান্টাম কম্পিউটার এখন থেকে ৯৯.৯৯ শতাংশ নির্ভুলতায় সব ধরনের গণনা করতে পারবে।
একইভাবে, ত্রুটি ৪০ গুণ কমার ফলাফলও নির্দিষ্ট ম্যাজিক স্টেট তৈরির প্রক্রিয়ার সঙ্গে সম্পর্কিত। কোয়ান্টাম কম্পিউটারের অন্যান্য অংশে থাকা সব ধরনের ত্রুটি একই হারে কমেছে, এমন দাবি এই গবেষণা থেকে করা যায় না।
উল্লেখযোগ্য নির্ভুলতা অর্জন করলেও নতুন পদ্ধতিটির একটি সীমাবদ্ধতা রয়েছে। গবেষণায় দেখা গেছে, প্রতি ১০০টি প্রচেষ্টার মধ্যে গড়ে মাত্র আটটি সব পরীক্ষায় উত্তীর্ণ হয়েছে।
অর্থাৎ, ১০০ বার চেষ্টা করলে গড়ে আটটি ক্ষেত্রে বিজ্ঞানীরা প্রয়োজনীয় মানের পরিশোধিত অবস্থা পেয়েছেন। বাকি প্রচেষ্টাগুলি গ্রহণযোগ্য ফল দিতে পারেনি বলে সেগুলি বাদ দিতে হয়েছে।
এই বিষয়টি গুরুত্বপূর্ণ। কারণ, কোনও কোয়ান্টাম অবস্থা অত্যন্ত নির্ভুলভাবে তৈরি করা গেলেও যদি সেটি পাওয়ার জন্য বারবার চেষ্টা করতে হয়, তাহলে বড় পরিসরে সেই পদ্ধতি ব্যবহার করা ব্যয়বহুল ও সময়সাপেক্ষ হয়ে উঠতে পারে।
ভবিষ্যতে গবেষকদের তাই দুটি বিষয়ের দিকে নজর দিতে হবে। প্রথমত, পরিশোধিত কোয়ান্টাম অবস্থার নির্ভুলতা ধরে রাখা। দ্বিতীয়ত, সফলভাবে এমন অবস্থা তৈরির হার বাড়ানো।
সাফল্যের হার বাড়ানো সম্ভব হলে একই সংখ্যক ব্যবহারযোগ্য কোয়ান্টাম অবস্থা তৈরির জন্য কম প্রচেষ্টার প্রয়োজন হবে। এর ফলে গণনার সময়, সম্পদের ব্যবহার এবং সামগ্রিক কার্যকারিতা উন্নত হতে পারে।
কোয়ান্টাম কম্পিউটারকে নির্ভরযোগ্য করে তুলতে ত্রুটি সংশোধনের জন্য প্রায়ই অতিরিক্ত কিউবিট এবং জটিল নিয়ন্ত্রণব্যবস্থার প্রয়োজন হয়। একটি কিউবিটের তথ্য সুরক্ষিত রাখতে একাধিক কিউবিট ব্যবহার করতে হতে পারে। ফলে বড় ও জটিল গণনার ক্ষেত্রে প্রয়োজনীয় কিউবিটের সংখ্যা দ্রুত বেড়ে যেতে পারে।
বিশেষ করে, নির্ভুল ম্যাজিক স্টেট তৈরি করা কোয়ান্টাম কম্পিউটারের জন্য একটি গুরুত্বপূর্ণ চ্যালেঞ্জ। প্রচলিত পদ্ধতিতে প্রয়োজনীয় নির্ভুলতা অর্জন করতে বিপুলসংখ্যক কিউবিট ও অতিরিক্ত কোয়ান্টাম সম্পদের প্রয়োজন হতে পারে।
গুগলের গবেষণায় ব্যবহৃত পদ্ধতিটি এই প্রয়োজন কমানোর সম্ভাবনা দেখিয়েছে। তবে এর অর্থ এই নয় যে সব ধরনের কোয়ান্টাম গণনায় এখনই কম কিউবিট ব্যবহার করা যাবে। বাস্তবে কতটা সুবিধা পাওয়া সম্ভব, তা নির্ভর করবে পদ্ধতিটির আরও উন্নয়ন, সফলতার হার এবং বিভিন্ন ধরনের গণনায় এর কার্যকারিতার ওপর।
যদি ভবিষ্যতে এই কৌশলকে আরও কার্যকর করা যায়, তাহলে তুলনামূলক কম সম্পদ ব্যবহার করে নির্ভুল ম্যাজিক স্টেট তৈরি করা সম্ভব হতে পারে। দীর্ঘমেয়াদে তা শক্তিশালী কোয়ান্টাম কম্পিউটার নির্মাণের পথে গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা রাখতে পারে।
কোয়ান্টাম কম্পিউটিং নিয়ে গবেষণার অন্যতম প্রধান লক্ষ্য হল এমন যন্ত্র তৈরি করা, যা শুধু পরীক্ষাগারে নয়, বাস্তব সমস্যার সমাধানেও নির্ভরযোগ্যভাবে কাজ করতে পারবে। ওষুধ আবিষ্কার, নতুন উপাদানের বৈশিষ্ট্য বিশ্লেষণ, জটিল রাসায়নিক বিক্রিয়ার অনুকরণ এবং কিছু বিশেষ ধরনের গাণিতিক সমস্যা সমাধানে ভবিষ্যতে কোয়ান্টাম কম্পিউটার গুরুত্বপূর্ণ হয়ে উঠতে পারে।
তবে এসব সম্ভাবনা বাস্তবে কাজে লাগাতে হলে দীর্ঘ সময় ধরে নির্ভুল গণনা চালানোর মতো প্রযুক্তি প্রয়োজন। সেই লক্ষ্য পূরণে কিউবিটের ত্রুটি কমানো এবং কোয়ান্টাম তথ্যকে সুরক্ষিত রাখা অত্যন্ত জরুরি।
গুগলের গবেষকেরা পরিশোধিত ম্যাজিক স্টেটকে আরও বড় সুরক্ষা ব্যবস্থায় স্থানান্তর করেও পরীক্ষা করেছেন। এটি গুরুত্বপূর্ণ, কারণ কোনও বিশেষ কোয়ান্টাম অবস্থা তৈরি করতে পারাই শেষ কথা নয়। পরবর্তী গণনার সময়ও সেই অবস্থার নির্ভুলতা বজায় রাখতে হবে।
গবেষণাটি প্রকাশিত হয়েছে বিজ্ঞানবিষয়ক সাময়িকী সায়েন্স-এ। এই ফলাফল কোয়ান্টাম ত্রুটি নিয়ন্ত্রণের ক্ষেত্রে নতুন সম্ভাবনার ইঙ্গিত দিলেও প্রযুক্তিটিকে বাস্তব ক্ষেত্রে আরও কার্যকর করে তুলতে অতিরিক্ত গবেষণা প্রয়োজন।
গুগল কোয়ান্টাম এআইয়ের এই গবেষণা দেখিয়েছে, নির্দিষ্ট কোয়ান্টাম অবস্থার ত্রুটি উল্লেখযোগ্যভাবে কমানো সম্ভব। প্রায় ৪০ গুণ ত্রুটি হ্রাস এবং ৯৯.৯৯ শতাংশ নির্ভুলতা অর্জন নিঃসন্দেহে উল্লেখযোগ্য অগ্রগতি।
তবে সফলতার হার মাত্র আট শতাংশ হওয়ায় প্রযুক্তিটির আরও উন্নতির প্রয়োজন রয়েছে। পাশাপাশি, একটি বিশেষ কোয়ান্টাম অবস্থায় সাফল্য পাওয়া এবং সম্পূর্ণ কোয়ান্টাম কম্পিউটারকে নির্ভরযোগ্য করে তোলা এক বিষয় নয়।
সব মিলিয়ে, এই গবেষণা কোয়ান্টাম কম্পিউটিংয়ের একটি দীর্ঘদিনের সমস্যার সমাধানে নতুন পথ দেখিয়েছে। ভবিষ্যতে পদ্ধতিটির দক্ষতা বাড়ানো এবং আরও বিস্তৃত ক্ষেত্রে এর কার্যকারিতা প্রমাণ করা গেলে শক্তিশালী, নির্ভুল ও ব্যবহারিক কোয়ান্টাম কম্পিউটার তৈরির পথে এটি গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা নিতে পারে।
