मायक्रोसॉफ्टने काही दिवसांपूर्वी जाहीर केलेल्या माहितीनुसार त्यांना क्वांटम कॉम्प्युटिंगमध्ये महत्वाचा शोध लावण्यात यश मिळालं असून याद्वार त्यांनी Majorana 1 (मायोराना) नावाची जगातली सर्वात पहिली क्वांटम कॉम्प्युटिंग चिप तयार केली आहे! टोपोकंडक्टर नावाच्या क्रांतिकारी नवीन सामग्रीने बनलेले, मेजराना 1 हे व्यावहारिक क्वांटम संगणनाच्या दिशेने एक मोठे पाऊल आहे असं मायक्रोसॉफ्टने म्हटलं आहे.

जगातील पहिल्या टोपोकंडक्टरचं संशोधन करण्यात मायक्रोसॉफ्टची टीम यशस्वी झाली आहे. या क्रांतिकारी नवीन सामग्रीमुळे त्यांना टोपोलॉजिकल सुपरकंडक्टिव्हिटी तयार करणे शक्य झाले आहे. ही एक नवीन अवस्था जी यापूर्वी केवळ सिद्धांतातच अस्तित्वात होती. इथे अवस्था म्हणजे State of Matter घन, द्रव, वायू या प्रमुख अवस्था मानल्या जातात. यामध्ये नंतर प्लाझ्माचा समावेश झाला आणि आता इतर कृत्रिम म्हणजेच मानवनिर्मित अवस्थाचा शोध लागत आहे.

टोपोलॉजी (Topology) हा गणित आणि भौतिकशास्त्रातील एक शाखा आहे, जी आकार, संरचना आणि त्यांचे गुणधर्म बदलल्यावरही टिकून राहणाऱ्या वैशिष्ट्यांचा अभ्यास करते. टोपोकंडक्टरच्या संशोधनामध्ये इंडियम आर्सेनाइड (एक सेमिकंडक्टर) आणि ॲल्युमिनियम (एक सुपरकंडक्टर) एकत्र केले जातात. जेव्हा हे उपकरणे संपूर्ण शून्याच्या जवळ तापमानाला थंड केली जातात आणि चुंबकीय क्षेत्रांद्वारे ट्यून केली जातात, तेव्हा ती टोपोलॉजिकल सुपरकंडक्टिंग नॅनोवायर्स तयार करतात, ज्यांच्या टोकांवर मायोराना झिरो मोड्स (MZMs) असतात.

ज्याप्रमाणे सेमिकंडक्टरच्या शोधामुळे आजचे स्मार्टफोन, संगणक आणि इलेक्ट्रॉनिक्स शक्य झाले, त्याचप्रमाणे टोपोकंडक्टर आणि त्याद्वारे सक्षम होणारे नवीन प्रकारचे चिप्स हे दशलक्ष क्यूबिट्सपर्यंत स्केल होऊ शकणाऱ्या आणि अत्यंत गुंतागुंतीच्या औद्योगिक व सामाजिक समस्यांचे निराकरण करू शकणाऱ्या क्वांटम प्रणालींच्या विकासाचा मार्ग मोकळा करतात, असे मायक्रोसॉफ्टने सांगितले. मायक्रोसॉफ्टची रिसर्च टीम यावर १७ वर्षं काम करत आहे.

टोपोकंडक्टर किंवा टोपोलॉजिकल सुपरकंडक्टर, हा एक विशेष प्रकारचा पदार्थ आहे जो पूर्णपणे नवीन स्थिती निर्माण करू शकतो—तो घन, द्रव किंवा वायू नसून एक टोपोलॉजिकल अवस्था आहे. हे तंत्र अधिक स्थिर, वेगवान, लहान आणि डिजिटलरीत्या नियंत्रित करता येणारे क्यूबिट तयार करण्यासाठी वापरले जाते, ज्यासाठी सध्याच्या पर्यायांमधील तडजोडी आवश्यक नसतात. बुधवारी Nature मध्ये प्रकाशित झालेल्या नवीन संशोधनपत्रात स्पष्ट करण्यात आले आहे की मायक्रोसॉफ्टच्या संशोधकांनी टोपोलॉजिकल क्यूबिटचे अद्वितीय क्वांटम गुणधर्म कसे निर्माण केले आणि त्यांचे अचूक मोजमाप कसे केले—हे व्यावहारिक संगणनासाठी एक महत्त्वाचे पाऊल आहे.

क्वांटम कॉम्प्युटिंगच्या अनुप्रयोगांचे संभाव्य प्रभाव

क्वांटम संगणक क्वांटम यांत्रिकीचा वापर करून निसर्ग कसा वागतो हे अत्यंत अचूकतेने गणितीय स्वरूपात मांडू शकतात—उदाहरणार्थ, रासायनिक प्रक्रिया, आण्विक परस्परसंवाद आणि एन्झाइम ऊर्जा. एक दशलक्ष क्यूबिट्स असलेले संगणक केवळ रसायनशास्त्र, सामग्री विज्ञान आणि अन्य उद्योगांतील अशा समस्यांचे निराकरण करू शकतात, ज्या सध्याच्या पारंपरिक कॉम्प्युटर्ससाठी अचूकपणे सोडवणे अशक्य आहे.

1. स्वयंचलित दुरुस्ती करणारी सामग्री (Self-healing Materials): उदाहरणार्थ, हे कॉम्प्युटर धातू गंजतात किंवा क्रॅक का पडतात, याचा शोध घेऊ शकतात. यामुळे स्वतः दुरुस्त होणाऱ्या सामग्रींचा विकास होऊ शकतो, ज्या पूल, विमानांचे भाग, फुटलेली मोबाइल स्क्रीन किंवा ओरखडे पडलेले कारचे दरवाजे आपोआप दुरुस्त करू शकतील.
2. पर्यावरणपूरक उत्प्रेरक (Catalysts) आणि प्रदूषण नियंत्रण: जगभरात अनेक प्रकारच्या प्लास्टिक असल्‍यामुळे, त्यांना विघटित करणारा एकच सर्वसमावेशक उत्प्रेरक (catalyst) शोधणे सध्या शक्य नाही. ही समस्या मायक्रोप्लास्टिक स्वच्छ करणे आणि कार्बन प्रदूषण कमी करणे यासाठी मोठी अडचण ठरते. क्वांटम कॉम्प्युटिंग प्लास्टिक विघटित करण्यासाठी योग्य उत्प्रेरकांचे गुणधर्म अचूकपणे मोजू शकते, ज्यामुळे प्रदूषकांना उपयुक्त उप-उत्पादनांमध्ये रूपांतरित करता येईल किंवा विषारी घटकांना पर्यायी, सुरक्षित पर्याय विकसित करता येतील.
3. कृषी आणि आरोग्य क्षेत्रातील प्रगती: एन्झाइम्स (Enzymes), जे जैविक उत्प्रेरक म्हणून कार्य करतात, त्यांचा आरोग्यसेवा आणि कृषी क्षेत्रात अधिक प्रभावी वापर करता येईल, कारण त्यांच्या वर्तनाचे अचूक गणन केवळ क्वांटम कॉम्प्युटिंगच शक्य आहे. यामुळे जागतिक उपासमारीवर उपाय शोधता येईल—जसे की मातीची सुपीकता वाढवणे, उत्पादन वाढवणे किंवा कठीण हवामानात अन्नशेतीला चालना देणे.

भविष्यातील आमूलाग्र बदल: क्वांटम संगणन शास्त्रज्ञ, अभियंते, कंपन्या आणि संशोधकांना पहिल्याच प्रयत्नात योग्य डिझाइन करण्याची क्षमता देईल, जे आरोग्यसेवा ते उत्पादन विकासापर्यंत सर्व क्षेत्रांसाठी क्रांतिकारक ठरेल.

आपण सध्या जे कॉम्प्युटिंग जग पाहतो ते सर्व बायनरी कोडवर आधारित आहे ज्यामध्ये फक्त 0 आणि 1 चा वापर झालेला असतो. यांना बिट्स (bits) म्हटलं जातं. मात्र क्वांटम कॉम्प्युटिंग बिट्स ऐवजी Quantum bits/क्युबिट्सचा (qubit) समावेश आहे. यामध्ये क्वांटम मेकॅनिक्स (मराठीत पुंज यामिकी) मधील तत्वांचा वापर करून 0 आणि 1 यांचा एकाचवेळी एकत्र येऊन वापर केला जातो. यामुळेच सध्याच्या सुपरकम्प्युटर्सना सुद्धा शक्य नसलेल्या गोष्टी अवघ्या काही मिनिटात करण्याची किमया क्वांटम कॉम्प्युटर्स करू शकतात. याबद्दल आम्ही पूर्वीच्या एका लेखामध्ये अधिक माहिती दिली आहे.

सध्याचं तंत्रज्ञान इतक्या वेगाने पुढे सरकत आहे. आधीच AI मुळे याची चिन्हे दिसत असताना आता इतकी मोठी क्षमता असणारी कॉम्प्युटिंग येणाऱ्या काळात आपणा सर्वांच्या आयुष्यात आमूलाग्र बदल आणू शकेल! खालील व्हिडिओ नेमकी कल्पना येण्यासाठी उपयोगी आहे.

संदर्भ Microsoft unveils Majorana 1, the world’s first quantum processor powered by topological qubits

The post मायक्रोसॉफ्टची Majorana 1 क्वांटम कॉम्प्युटिंग चिप जाहीर! appeared first on MarathiTech - मराठीटेक.

गूगलने काही दिवसांपूर्वी जाहीर केलेल्या माहितीनुसार त्यांना क्वांटम कॉम्प्युटिंगमध्ये मोठं यश मिळालं असून त्यांनी त्यांची स्वतःची Willow (विलो) नावाची अत्याधुनिक क्वांटम कॉम्प्युटिंग चिप तयार केली आहे. एका बेंचमार्क कॉम्प्युटेशनमध्ये सध्याच्या सर्वोत्तम सुपरकम्प्युटरला 10 septillion (10²⁵ म्हणजे १० वर २५ शून्य इतकी) वर्षं लागली असती अशी गणितं ही चिप अवघ्या ५ मिनिटात पूर्ण करू शकेल असं गूगलने सांगितलं आहे!

गेली दहा वर्षं गूगलच्या क्वांटम टीमकडून यावर काम सुरू आहे. क्वांटम कॉम्प्युटिंगचा वापर करत असताना होणाऱ्या चुका बऱ्याच अंशी कमी करण्यात आल्याचं प्रात्यक्षिक गूगलने दिलं असून ही अडचण गेली ३० वर्षं संशोधकांना पहावी लागली आहे.

क्वांटम कॉम्प्युटिंग (Quantum Computing) म्हणजे काय ?

आपण सध्या जे कॉम्प्युटिंग जग पाहतो ते सर्व बायनरी कोडवर आधारित आहे ज्यामध्ये फक्त 0 आणि 1 चा वापर झालेला असतो. यांना बिट्स (bits) म्हटलं जातं. मात्र क्वांटम कॉम्प्युटिंग बिट्स ऐवजी Quantum bits/क्युबिट्सचा (qubit) समावेश आहे. यामध्ये क्वांटम मेकॅनिक्स (मराठीत पुंज यामिकी) मधील तत्वांचा वापर करून 0 आणि 1 यांचा एकाचवेळी एकत्र येऊन वापर केला जातो. यामुळेच सध्याच्या सुपरकम्प्युटर्सना सुद्धा शक्य नसलेल्या गोष्टी अवघ्या काही मिनिटात करण्याची किमया क्वांटम कॉम्प्युटर्स करू शकतात.

क्वांटम कॉम्प्युटिंगचं वैशिष्ट्य असलेल्या सुपरपोझिशनमध्ये, क्यूबिट्स आपल्या दोन आधारभूत अवस्थांच्या (0 आणि 1) लिनिअर कॉम्बिनेशनमध्ये अस्तित्वात राहू शकतात. याचा अर्थ असा की क्यूबिट एकाच वेळी 0 आणि 1 दोन्ही असू शकतो. जरी ते भौतिकरित्या विभक्त असले तरी एन्टँगलमेंटमध्ये दोन किंवा अधिक क्यूबिट्स एकत्रितपणे एका क्वांटम स्थितीमध्ये येतात ज्यामुळे त्यांच्यातील संबंध क्लिष्ट बनतो. Quantum State मध्ये म्हणजे एकाचवेळी (०,०), (०,१), (१,०), (१,१) यापैकी कोणत्याही स्थितीत हे सबअटॉमिक पार्टिकल राहू शकतात आणि यावर नियंत्रण मिळवणं हेच सध्याच्या संशोधकांना आव्हान आहे.

क्वांटम कॉम्प्युटिंग (Quantum Computing) म्हणजे असं कॉम्प्युटिंग जे माहिती साठवण्यासाठी उपआण्विक कणांच्या (Subatomic Particles) एकाचवेळी अनेक स्थिती (Quantum State) मध्ये राहण्याच्या गुणधर्माचा वापर करते.

अर्थात ही अशी सोप्या शब्दात दोन चार वाक्यात समजून घेण्यासारखी गोष्ट नक्कीच नाही. यासंबंधीत सर्व बाबी बऱ्याच क्लिष्ट आणि अजूनही संशोधन सुरू असलेल्या आहेत.

सध्याचे संगणक किंवा कोणत्याही प्रकारची कॉम्प्युटिंग उपकरणं GPU आणि Multi Core प्रोसेसिंगवर गणितं बऱ्याच वेगाने करू शकत असली तरी त्यांना सध्याच्या तंत्रज्ञानाच्या मर्यादा आहेत. लॉजिक गेट्सवर आधारित या बिट्सना गणितं करता येत असली तरी त्यामध्ये होणारी सुधारणा मर्यादित राहील.

तेच जर क्वांटम कॉम्प्युटिंगच्या बाबतीत बोलायचं तर एरवी निव्वळ अशक्य असलेल्या किंवा हजारो लाखो वर्षं लागतील अशी गणितं क्वांटम गेट्सचा वापर करून अतिशय कमी कालावधीत करता येतील!

गूगलने सादर केलेली ही Willow चिप चक्क 105 Qubits वर काम करते!  यामुळेच quantum error correction आणि random circuit sampling यअ दोन्ही बेंचमार्क (मापदंड) वर सध्याची सर्वोत्तम चिप ठरली आहे. गूगलच्या Quantum AI Lab चा व्हिडिओ : https://youtu.be/FgZ-8NFSysA

क्वांटम कॉम्प्युटर्स तयार करणं ही सुद्धा प्रचंड अवघड गोष्ट असून त्यांना खूप थंड वातावरणात ठेवावं लागतं. प्रत्यक्ष कामासाठी वापर करणं अजूनही शक्य झालेलं नाही. qubit तयार करणं एक मोठं आव्हान असून जर त्यांना तयार झाल्यावर भौतिक क्यूबिट त्याच्या वातावरणापासून पुरेसे वेगळे नसल्यास त्यामध्ये अनेक विसंगती दिसून येतात आणि पर्यायाने पारंपरिक क्वांटम संगणकांमध्ये त्रुटींचा दर वाढतो, परंतु विलोमध्ये क्यूबिट्स वाढल्यास त्रुटींचा दर गुणात्मकरीत्या कमी होतो. हे एक मोठे यश आहे, कारण त्रुटी सुधारणा क्वांटम संगणनाच्या क्षेत्रातील हे एक दीर्घकालीन आव्हान आहे.

गूगलच्या संशोधकांनी विलोच्या आर्किटेक्चरमध्ये एक नवीन पद्धत विकसित केली आहे, ज्यामुळे त्रुटी कमी करण्यास मदत होते. विलो चिप कृत्रिम बुद्धिमत्ता (AI) आणि मशीन लर्निंग (ML) अल्गोरिदमला प्रचंड वेगाने प्रोसेस करण्यास सक्षम आहे, ज्यामुळे ही क्षेत्रे जलदगतीने विकसित होऊ शकतात. आज जगाला ज्या अनेक प्रश्नांची उत्तरे तंत्रज्ञानाच्या मर्यादेमुळे मिळवणं अशक्य आहे ती उत्तरे क्वांटम कॉम्प्युटिंगचा वापराने मिळवता येऊ शकतील. एकूणच Quantum Mechanics आणि पर्यायाने Quantum Computing या दोन्ही गोष्टींमधील भविष्यातील शक्यतांचा आज विचार करायचा म्हणलं तरी ते अविश्वसनीय आणि चमत्कारिक वाटेल असंच आहे.

गूगलच्या क्वांटम कॉम्प्युटिंग AI टीमचे प्रमुख Hartmut Neven या भौतिकशास्त्रज्ञांच्या म्हणण्यानुसार अनेक समांतर विश्वांमध्ये (Parallel Universe) क्वांटम कॉम्प्युटिंग घडत असल्याच्या संकल्पनेला पुष्टी मिळेल असं दिसत असल्यामुळे आपण एका बहुविश्वाचा (Multiverse) चा भाग आहोत या कल्पनेला बळ देणारं आहे!

AI च्या शर्यतीत बऱ्यापैकी मागे पडलेल्या गूगलने गेल्या काही दिवसात Willow, व्हिडिओ तयार करण्यासाठी असलेलं Veo 2, Multimodal Live API with Gemini 2.0, इ. गोष्टी जाहीर करून त्यांचं स्थान दाखवून देण्याचा चांगला प्रयत्न केला आहे.

संदर्भ : https://blog.google/technology/research/google-willow-quantum-chip

The post गूगलची Willow Quantum चिप : क्वांटम कॉम्प्युटिंगमध्ये नवा अध्याय! appeared first on MarathiTech - मराठीटेक.