கொரோனாவுக்கு ஒரே நாளில் தடுப்பூசி தயாரிக்க வல்ல ‘குவாண்டம் கணினி’ – எப்படி செயல்படும்?

கொரோனாவுக்கு ஒரே நாளில் தடுப்பூசி தயாரிக்க வல்ல ‘குவாண்டம் கணினி’ – எப்படி செயல்படும்?

பட மூலாதாரம், Getty Images

ஆஸ்திரேலியாவில் ஒரு பண்ணையில் வளர்ந்த லியாம் ஹால் ஒரு மெக்கானிக்காக தன் தொழிலை தொடங்கினார். எந்நேரமும் கிரீஸ் படிந்த ஆடைகளை அணிந்து கொண்டு கை, கால்களில் சிராய்ப்புகளுடன் மெக்கானிக் வேலை பார்த்து கொண்டிருந்த லியாமின் வாழ்க்கை ஒரு கட்டத்தில் தலைகீழாக மாறியது.

ஆம், லியாம் ஹால் இப்போது ஆஸ்திரேலியாவின் தேசிய அறிவியல் நிறுவனமான ’CSIRO’-வில் குவாண்டம் பயோடெக்னாலஜி பிரிவின் தலைவராக உள்ளார். தொழில் நுட்பரீதியாக அவரது செயல்பாடு பலமடங்கு மேம்பட்டது.

“என் கடந்த காலம் கொஞ்சம் வித்தியாசமானது. ஆரம்பம் முதல், ஒரு டீசல் மெக்கானிக்காக இருக்கவே விரும்பினேன். சிறிது காலம் டீசல் மெக்கானிக்காக பணியாற்றிய போது, அத்துறையைப் பற்றி மேலும் தெரிந்துகொள்ள, பல்கலைக்கழகத்தில் சேர்ந்து பொறியியல் படிக்கும் ஆசை ஏற்பட்டது. அதன் பின்னர் எனக்கு இயற்பியல் அறிமுகமானது, கூடவே குவாண்டம் இயற்பியலும் அறிமுகமானது. சுருக்கமாகச் சொல்ல வேண்டுமெனில், மெக்கானிக்காக இருந்து குவாண்டம் இயற்பியல் பயின்றது வரை ‘ஒரு ரோலர் கோஸ்டர் சவாரி’ ஆக இருந்தது,” என்று லியாம் கூறுகிறார்.

பட மூலாதாரம், CSIRO

நோய்களை முன்கூட்டியே கண்டறியும் வழிமுறை

லியாம் ஹாலின் குழு, நோய் கண்டறிதல் தொழில்நுட்பங்களை உருவாக்கி வருகிறது. அதன் ஒரு பகுதியாக, மைக்ரோ சென்சார்களை வைத்து நோயாளிகளின் இரும்புச்சத்து அளவைப் பரிசோதிப்பதற்கான தொழில்நுட்பத்தை உருவாக்கி வருகின்றனர். அதாவது, சுமார் 50 நானோமீட்டர் அளவுள்ள நுண்ணிய வைரக் கற்களை கொண்டு வடிவமைக்கப்பட்ட மைக்ரோ சென்சார்கள், மனிதர்களின் இரும்புச்சத்து அளவை பரிசோதிக்க பயன்படுகிறது. லியாமின் குழு இதற்கான சோதனை முயற்சியில் ஈடுபட்டு வருகிறது. இந்த நானோ வைரத் துண்டுகள், மனித தலைமுடியை விட சுமார் 1,000 மடங்கு நுண்ணிய அளவை கொண்டிருக்கும்.

தற்போதைய பரிசோதனை முறைகள், உடலின் இரும்பு சத்தை சேமித்து வைக்கும் ஃபெரிடின் எனப்படும் புரதத்தைக் கண்காணிக்கின்றன. ஃபெரிடின் மூலமாக இரும்புச்சத்தை அளவிடுவது ஒரு சிறந்த வழியாகும், இரும்புச்சத்தின் அளவை மிகவும் துல்லியமாக கணக்கிட முடியும்.

இந்தப் பரிசோதைனையை மேற்கொள்வதற்கான ஒரு வழிமுறை, புரதத்தினுள், இரும்பு சத்தினால் உருவாக்கப்பட்ட சிறிய காந்தப்புலங்களை அளவிடுவதாகும். ஆனால் அந்த வழிமுறையில் ஒரு பெரிய சிக்கல் உள்ளது.

“காந்தப்புலத்தின் அளவு மிகவும் சிறியது. எனவே பாரம்பரிய காந்தமானிகள் (magnetometers) அல்லது நுண்ணோக்கிகளால் அதனை அளவிட முடியாது” என்று டாக்டர் லியாம் ஹால் விளக்குகிறார்.

ஆனால், முனைவர் ஹாலின் நானோ அளவிலான குவாண்டம் சென்சார்களால் அந்த சிறிய புலங்களை அளவிட முடியும்.

”இந்தத் தொழில்நுட்பத்தை மேம்படுத்துவதன் மூலம், எதிர்காலத்தில் எந்தவொரு குறிப்பிட்ட நோயையும் ஆரம்பக் கட்டத்திலேயே கண்டறிய முடியும். உதாரணமாக புற்றுநோயின் அறிகுறியை குறிக்கும் சில ஹார்மோன்கள் அல்லது புரதங்களை கண்காணிப்பதன் மூலம் ஆரம்பக் கட்டத்திலேயே கண்டறிந்து சிகிச்சை மேற்கொள்ள முடியும்,” என்கிறார்.

“குவாண்டம் தொழில்நுட்பத்தின் சிறப்பு என்னவென்றால், மிகக் குறைந்த செலவில், மிக சிறந்த உணர்திறன் கொண்ட சோதனைகள் செய்ய முடியும். இரசாயனங்களை எளிதாக அடையாளம் காண முடியும்,” என்று முனைவர் ஹால் கூறுகிறார்.

பட மூலாதாரம், University of Chicago

குவாண்டம் இயற்பியலின் பரவலான பயன்பாடுகள்

குவாண்டம் தொழில்நுட்பங்களைத் திறம்பட உருவாக்குவதற்கான உலகளாவிய அமைப்புகளில் முனைவர் ஹால் அங்கமாக இருக்கிறார். பிரிட்டன், சீனா, அமெரிக்கா உள்ளிட்ட பல நாடுகள் குவாண்டம் இயக்கவியலின் வித்தியாசமான பண்புகளை ஆராயும் முயற்சியில் மும்முரம் காட்டி வருகின்றன.

“ஆஸ்திரேலியாவைப் பொருத்தவரையில், குவாண்டம் தொழில்நுட்பம் மிகவும் நம்பிக்கைக்குரிய வளர்ச்சி வாய்ப்புகளில் ஒன்றாகும் – புதிய சந்தைகள், புதிய பயன்பாடுகளை உருவாக்குவதற்கான வாய்ப்பு என பல்வேறு நன்மைகள் உள்ளன,” என்று CSIRO இன் தலைமை விஞ்ஞானி, பேராசிரியர் பிரோன்வின் ஃபாக்ஸ் கூறினார்.

இருபதாம் நூற்றாண்டின் முற்பகுதியில், இயற்கையின் மிகச்சிறிய பொருள்களை வைத்து நடத்தப்பட்ட ஆய்வுகளின் வாயிலாக `குவாண்டம் இயக்கவியல்’ உருவானது. இது பிரபஞ்சத்தைப் பற்றிய நமது புரிதலை விரிவுபடுத்தியது. சிக்கலான பிரச்னைகளை மின்னல் வேகத்தில் தீர்க்கும் ஆற்றல் கொண்டதாக விஞ்ஞானிகள் நம்புகின்றனர்.

சுற்றுச்சூழல் அறிவியல், கார்பன் உமிழ்வுகளை உறிஞ்சி சுத்தப்படுத்துவது, இணைய பாதுகாப்பு, புதிய மருந்துகள் என குவாண்டம் தொழில்நுட்பத்தின் பயன்பாடுகளின் வரம்பு மிகப்பெரியது. கார்களை இயக்கும் குவாண்டம் பேட்டரிகள், கார்பன் உமிழ்வைக் குறைக்க வடிவமைக்கப்பட்ட விமானங்கள் மற்றும் சாலை நெரிசலைக் குறைக்க போக்குவரத்து தளவாடங்கள் என இதன் பயன்பாடுகள் மிக அதிகம்.

குவாண்டம் ஆராய்ச்சியின் ஒரு முக்கிய நோக்கம் என்னவெனில், துணை அணுத் துகள்களின் (subatomic particles) சக்தியைப் பயன்படுத்தி, தரவுகளைச் சேமிக்கவும், செயலாக்கவும் செய்வதாகும்.

பட மூலாதாரம், University of Chicago

கோவிட் தடுப்பூசி செய்ய குவாண்டம் இயற்பியல் பயன்படுமா?

வழக்கமான கணினிச் செயல்பாட்டு முறையில், பிட்களாக தரவுகளை பயன்படுத்துவர் (பூஜ்ஜியங்கள் மற்றும் ஒன்று). ஆனால், குவாண்டம் கணினிகள் க்யூபிட்களைப் (qubits) பயன்படுத்துகின்றன, அவை பூஜ்ஜியங்கள், ஒன்றுகள் அல்லது ஒரே நேரத்தில் இரண்டின் கலவையாகயும் இருக்கலாம்.

இங்குதான் செயல்பாடுகள் சற்று விசித்திரமாக இருக்கும், ஆம், இங்கு துகள்கள் ஒரே நேரத்தில் பல நிலைகளில் இருக்க முடியும் (இது சூப்பர்போசிஷன் என்று அழைக்கப்படுகிறது), மேலும் ஒன்றோடொன்று பின்னிப்பிணைந்திருக்கும் (entangled). இது ‘குவாண்டம் சூப்பர்போசிஷன்’ கொள்கை எனப்படுகிறது.

“இந்தக் ‘குவாண்டம் சூப்பர்போசிஷன்’ கொள்கையுடன், மற்றொரு குவாண்டம் நிகழ்வை பயன்படுத்துவதின் பெயர் `entangled’ (குவாண்டம் பின்னல்) நிலை ஆகும். வழக்கமான கணினிகளால் செய்யமுடியாத அசாத்தியமான கணக்கீடுகளை இந்தக் குவாண்டம் பின்னல் நிலையைப் பயன்படுத்திச் செய்யமுடியும். இது உலக நடைமுறைகளை மாற்றக்கூடிய சில அற்புதமான கணக்கீடுகளைச் செய்வதற்கான வாய்ப்பை `entangled’ நிலை அதிகரிக்கிறது,” என்று நியூ சவுத் வேல்ஸ் பல்கலைக் கழகத்தைச் சேர்ந்த பேராசிரியர். ஆண்ட்ரூ டிஸுராக் விளக்குகிறார்.

“கோவிட் அல்லது அதேபோன்று மற்றொரு பயங்கரமான தொற்றுநோய்ச் சூழலைக் கற்பனை செய்து பாருங்கள். நிலையான சோதனை நுட்பங்களைப் பயன்படுத்தி அந்த வைரஸ் கிருமியின் மூலக்கூறு கட்டமைப்பை நீங்கள் புரிந்துகொண்டவுடன், குவாண்டம் கணினியை பயன்படுத்தி, அந்த வைரஸைத் தாக்கும் ஒரு மூலக்கூறை எவ்வாறு உருவாக்குவது என்பதை உங்களால் கணக்கிட முடியும்,” என்கிறார்.

மேலும் “உலகின் மிகப் பெரிய உயிரியல் மற்றும் மருந்தியல் வல்லுநர்கள் இணைந்து, கோவிட் தொற்று நோய்க்கான தடுப்பூசிகளைக் கொண்டு வர ஆறு அல்லது ஒன்பது மாதங்களானது. ஆனால், குவாண்டம் கணினியை பயன்படுத்தி ஒரே நாளில் அந்தச் சிக்கலைத் தீர்க்க முடியும்,” என்கிறார்.

பட மூலாதாரம், Getty Images

குவாண்டம் கணினிகள் எவ்வளவு ஆற்றல் வாய்ந்தவை?

“குவாண்டம் கம்ப்யூட்டிங்கை இயக்கும் சக்தி, `entanglement’ என்னும் நிலையில் இருந்து உருவாகிறது, இது ஒரு இயற்கையான நிகழ்வு,” என்கிறார் CSIROல் டேட்டா 61 இன் குழுத் தலைவரான டாக்டர் முகமது உஸ்மான்.

இது சிக்கலான செயல்முறை. புரிந்துகொள்வது கடினம். பெரும்பாலும், சிறப்புத் துகள்களாக கருதப்படும் ஃபோட்டான்கள் அல்லது ஒளியின் துகள்கள், ஒரே நேரத்தில் இரண்டு இடங்களில் இருக்க கூடிய ஆற்றல் மிக்கவை, ஆனால் அவை மேலோட்டமாக இணைக்கப்படாவிட்டாலும் ஆற்றல் வாயிலாக வலுவாக இணைக்கப்பட்டுள்ளன.

“உலகில் குவாண்டம் பின்னல் (entanglement ) நிலையின் அடிப்படைகளை யாரும் முழுமையாகப் புரிந்து கொள்ளவில்லை என்று தான் நான் கூறுவேன்,” என்கிறார் முனைவர் உஸ்மான்.

`குவாண்டம் இணையம்’ சாத்தியமா?

கண்டிப்பாக.

ஒளியின் துகள்களைப் பயன்படுத்தி ஆப்டிகல் ஃபைபர்கள் மூலம் தரவுகள் அனுப்பப்படலாம். இதை ஒட்டுக் கேட்கவோ அல்லது ஹேக் செய்யவோ முடியாது.

பட மூலாதாரம், Getty Images

அமெரிக்காவில், சிகாகோ பல்கலைக்கழகம் அந்நாட்டின் மிக நீளமான குவாண்டம் நெட்வொர்க்குகளில் ஒன்றை உருவாக்கியுள்ளது. இது கிட்டத்தட்ட 200கி.மீ. (124 மைல்) நீளம் கொண்டது. விஞ்ஞானிகள் அதனை மேலும் மேம்படுத்தி வருகின்றனர்.

டேவிட் அவ்சலோம், சிகாகோ பல்கலைக்கழகத்தின் மூலக்கூறு பொறியியல் மற்றும் இயற்பியலின் பேராசிரியராக உள்ளார். எதிர்வரும் 2035-ஆம் ஆண்டளவில் 30,000 குவாண்டம் தொழில்நுட்பம் சம்பந்தமான வேலை வாய்ப்புகளை உருவாக்கி, பொருளாதாரத்திற்கு சுமார் 5 லட்சம் கோடி இந்திய ரூபாய்கள் (60 பில்லியன் அமெரிக்க டாலர்கள்) பங்களிக்கும் என்று எதிர்பார்க்கப்படும் `Bloch Quantum Tech Hub` பல்கலைக்கழகத்தின் நிறுவன இயக்குநரும் இவர் தான். இது ஆஸ்திரேலியா, இந்தியா, ஜப்பான், நெதர்லாந்து மற்றும் இஸ்ரேலில் உள்ள நிபுணர்களின் கூட்டு முயற்ச்சியில் இயங்குகிறது.

“பல மைல்களுக்கு நிலத்தடி ஃபைபர் மூலம் பாதுகாப்பான குவாண்டம் செய்திகளை எவ்வளவு தூரம் அனுப்ப முடியும் என்பதை ஆய்வு செய்து வருகிறோம்,” என்று அவர் விளக்கினார்.

“ஆனால் இந்த ஆய்வில் கடக்க வேண்டிய சவால்கள் இன்னும் நிறைய உள்ளன. உதாரணமாக, குவாண்டம் கம்ப்யூட்டிங் மூலம், குவாண்டம் ஒத்திசைவைப் பராமரிக்க நாங்கள் முயற்சி செய்கிறோம். பிழை திருத்தம் – அதாவது டீ-கோஹரென்ஸால் ஏற்படும் பிழைகளைக் கண்டறிந்து சரிசெய்தல், அளவிடுதல், அதாவது ஒரு குவாண்டம் அமைப்பில் குவிட்களின் எண்ணிக்கையை அதிகரித்து சிக்கலான பிரச்சனைகளை தீர்க்க முடியும்,” என்றார்.

“இன்னும் பல ஆண்டுகளுக்குச் செய்ய வேண்டிய கடினமான ஆராய்ச்சிகள் காத்திருக்கின்றன. அதே சமயம், எதிர்காலம் நம்மை நோக்கி வேகமாக வருவதாகத் தோன்றுகிறது,” என்றார்.

“குவாண்டம் செயற்கை நுண்ணறிவு (AI) எங்கள் குழுவின் ஆராய்ச்சியின் முக்கியமான ஒன்றாகும். குவாண்டம் கம்ப்யூட்டிங்கில், கணக்கீடு ஆற்றல் அதிகம் என்பதால், இயந்திரக் கற்றல் மற்றும் செயற்கை நுண்ணறிவை திறம்பட செய்ய உறுதியளிக்கிறது,” என்று முனைவர் உஸ்மான் விளக்குகிறார்.

“உதாரணமாக, போர்க்களங்களில் தானியங்கி கார்கள் அல்லது ஆளில்லா விமானங்கள் கொடிய ஆயுதங்களுடன் பறக்கும் சமயத்தில், செயற்கை நுண்ணறிவை நம்பலாமா? எனவே, செயற்கை நுண்ணறிவில் குவாண்டம் கம்ப்யூட்டிங்கை ஒருங்கிணைப்பது மிகவும் நம்பகமான செயல்பாடுகளுக்கு வழிவகுக்கிறது,” என்று அவர் கூறினார்.

“பெரிய அளவிலான குவாண்டம் கணினிகள் உருவாவது தான் என் கனவு, லட்சியம். மேலும் நாம் இதுவரை கண்டுபிடிக்காத சிக்கல்களுக்கு தீர்வு காண நான் உருவாக்கி வரும் குவாண்டம் அல்காரிதம்களால் முடியும். அது எல்லாவற்றிலும் புரட்சியை ஏற்படுத்தும்,” என்கிறார் அவர், நம்பிக்கையுடன்.