भारताच्या क्वांटम संगणक आगमनाच्या निमित्ताने... - शर्वरी कुलकर्णी

एकोणिसाव्या शतकात क्वांटम मेकॅनिक्ससारख्या क्रांतिकारी संकल्पनेचा उगम झाला. आज तिच्या आधारे भारतात पहिला क्वांटम संगणक विकसित होत आहे. क्युबिट्सच्या सुपरपोझिशनमुळे अधिक सुरक्षित, वेगवान संगणन शक्य होते. या तंत्रज्ञानामुळे देशाला संरक्षण, माहिती सुरक्षेत महत्त्व पूर्ण यश मि ळवण्याची संधी आहे.

एकोणिसाव्या शतकाच्या सुरुवातीला तत्कालीन विज्ञानातील प्रमाणांना छेद देणारी एक नवीन संकल्पना उदयास येत होती. ती संकल्पना म्हणजे आज आपण ज्याला ‘क्वांटम मेकॅनिक्स’ या नावाने ओळखतो ती. पदार्था चे स्वरूप समजून घेत असताना केवळ अणू (atom) नाही तर त्या पलीकडील सूक्ष्म कणांच्या अस्तित्वाची चाहूल शास्त्रज्ञांना लागत होती. या सूक्ष्म कणांचा अभ्यास करताना हे कण केवळ कण- स्वरूप नसून ते wave स्वरूपात देखील समजून घेता येतात याची गणितीय मांडणी आणि त्याचे अस्तित्व सिद्ध करणारे विविध प्रयोग यांची चढाओढ यामुळे हे शतक आधुनिक विज्ञानाच्या इतिहासातील एक महत्वाचा टप्पा गाठणारे शतक ठरले. त्यापूर्वी अवकाशातील ग्रह, तारे यापासून ते atomic रचना या सर्वांकरिता जे सिद्धांत प्रस्थापि त होते त्यापेक्षा काही वेगळी मांडणी पदार्था च्या सूक्ष्म अवस्थेकरीता करावी लागेल हे समजून एक वेगळीच गणितीय मांडणी या क्वांटम mechanics ने केली आणि आधुनि क विज्ञानातील तो आता परवलीचा शब्द बनला आहे.

1982 मध्ये सुप्रसिद्ध भौति कशास्त्रज्ञ रिचर्ड फाईनमन यांनी त्यांच्या एका व्याख्यानात अशा क्वांटम नियमांच्या आधारे संगणन करण्याची संकल्पना (quantum computation) मांडली. विविध प्रयोगांच्या निरीक्षणांना साकल्याने समजून सांगणारे हे नियम computation च्या क्षेत्रात देखील वापरता येऊ शकतात ही झेप प्रत्यक्षात येण्यासाठी मात्र पुढील आणखी काही दशके वाट पहावी लागणार होती. आणि आज विसाव्या शतकाच्या पूर्वार्धात उभरत्या तंत्रज्ञानाबद्दलची बहुतेक चर्चा ही क्वांटम संगणन (Quantum Computation) या संकल्पनेभोवती केंद्रित होताना दिसते आहे. जगातील तिसऱ्या क्रमांकाची अर्थव्यवस्था बनण्याच्या दिशेने घोडदौड करणारा भारत देखील यात मागे नाही. Indian Aerospace Defence News (IADN) च्या वृत्तानुसार मंबुईतील टाटा इन्स्टिट्यूट ऑफ फंडामेंटल रिसर्च (TIFR) येथे भारत आपला पहिला सहा क्युबिट (qubit) क्षमतेचा क्वांटम कॉम्प्युटर पूर्ण करण्याच्या अगदी शेवटच्या टप्प्यात आहे. TIFR मधील या विषयातील संशोधन प्रयोगशाळेचे प्रमुख डॉ. आर. विजयराघवन यांनी या संशोधनाला ‘राष्ट्रासाठी क्वांटम तंत्रज्ञान विकासाच्या दिशेने एक महत्त्वाचे पहि ले पाऊल’ संबोधताना या क्षेत्रात भारताला जागति क स्तरावर स्पर्धा करण्याकरिता सक्षम बनवेल ही आशा देखील व्यक्त केली आहे.

क्वांटम कॉम्प्युटर बनवण्यातील हा महत्वाचा पल्ला भारताने कसा गाठला हे आपण या लेखातून समजून घेणारच आहोत, पण त्याचसोबत अगदी थोडक्यात क्वांटम कॉम्प्युटर म्हणजे नक्की आहे काय हे देखील समजून घेऊयात.

संगणक ही आपल्या रोजच्या वापरातील वस्तू. हा नक्की चालतो कसा हे आधी समजून घेऊ. अगदी प्राथमिक स्वरूपात सांगायचं तर काही विशिष्ट प्रक्रि या एखाद्या विशिष्ट आज्ञावलीच्या सहाय्याने हा संगणक करत असतो ज्याचे परिणाम आपण स्क्रीन वर पाहू शकतो. सामान्यतः संगणकाच्या मूलभूत कार्य तत्त्वामध्ये तीन मुख्य घटक समाविष्ट असतात: इनपुट, प्रक्रि या (process) आणि आउटपुट. संगणक इनपुट उपकरणांद्वारे माहि ती आणि सचूना (data) प्राप्त करतो, CPU (सेंट्रल प्रोसेसिंग युनिट) वापरून त्यावर प्रक्रि या करतो आणि नंतर आउटपुट उपकरणांद्वारे त्याचे परिणाम तयार करतो. ही सर्व प्रक्रिया सामान्य संगणकामध्ये ० आणि १ या बि ट्स (bits) च्या भाषेत, transistors च्या माध्यमातून सुरू असते. हे transistors वेगवेगळ्या materials चे एक किंवा अनेक सूक्ष्म (मायक्रो ते नॅनो मीटर जाडीचे) थर विशिष्ट पद्धतीने रचना करून बनविलेले असतात. क्वांटम संगणक मात्र बि ट्स ऐवजी क्वांटम बिट्स किंवा क्युबिट्स (qubits) वापरतात. बिट्स जसे ० किंवा १ मूल्य घेऊ शकतात, तसे क्युबिट ० किंवा १ किंवा दोन्हीचे सुपरपोझिशन (गणितीयदृष्ट्या, ० आणि १ चे कोणतेही रेखीय संयोजन (linear combination) घेऊ शकतात. याला गणितीय भाषेत “सुपरपोझिशनचा सिद्धांत” म्हणतात. क्वांटम स्थितीतील प्रणालीचा मूलभूत गुणधर्म आहे.

हीच गोष्ट आपण एका सोप्या उदाहरणातून समजून घेऊयात. कोणत्याही नाण्याला Head आणि Tail अशा दोन बाजू असतात. जेव्हा ते नाणं आपण हवेत उडवू तेव्हा आपल्याला असा प्रश्न विचारला की नाण्याची कोणती बाजू वर आहे तर? आपल्या नक्की उत्तर माहीत नाही पण हे नक्की माहीत आहे की head किंवा tail यापैकी एक बाजू असणार. म्हणजेच अशा दोन्ही शक्यतांमध्ये एकाच वेळी असण्याची अवस्था ही काहीशी क्वांटम अवस्था मानता येईल. यालाच सुपरपोझिशन म्हणतात. आता हे समजून घेऊ की एक संगणन प्रक्रि या केवळ ० आणि १ या दोनच अवस्था उपलब्ध असणारी प्रणाली वापरून केली आहे आणि दुसरी संगणन प्रक्रि या एकाच वेळी दोन्ही अवस्थानमध्ये असण्याची शक्यता (सुपरपोझिशन)

देखील ग्राह्य धरणारी प्रणाली वापरून केलेली आहे. म्हणजे एकाच उत्तरपाशी येण्याकरिता पहि ल्या प्रणालीला २ प्रक्रि या वेगवेगळ्या कराव्या लागतात आणि दुसरी प्रक्रि या मात्र एकाच पायरीमध्ये दोन्ही प्रक्रि या पूर्ण करते. अर्था तच कमी कालावधीत प्रक्रि या पूर्ण करण्याचे उद्दिष्ट या क्वांटम अवस्थेमुळे साध्य होते. अशा सुपरपोझिशन या गुणधर्मानुसार क्युबि ट्स एकाच वेळी ० आणि १ अशा दोन्ही स्थितीमध्ये असण्याची देखील शक्यता असल्यामुळे, बिट्सच्या विपरीत, ते माहि ती वाहून नेण्याची क्षमता लक्षणीयरीत्या वाढवतात.

संगणन प्रक्रि या वेगवान करणारी आणखी एक आपल्याला परिचित असणारी संज्ञा म्हणजे सुपर कॉम्प्युटर. मग आता असा देखील प्रश्न पडतो की सुपर कॉम्प्युटर आणि क्वांटम कॉम्प्युटर यामध्ये काय फरक? त्याचं उत्तर देखील हेच की सुपर कॉम्प्युटर हे अनेक बि ट्स एकाच वेळी प्रक्रिया करणारे अनके प्रोससे िगं यनिु ट्स एकत्र वापरून बनवण्यात येतो तर क्वांटम कॉम्प्युटर मात्र क्युबिट्स वापरून तयार होतो. दोन्ही कॉम्प्युटर्सची माहि ती प्रक्रि या करण्याची पद्धत वेगवेगळी असते. आपल्या रोजच्या अनुभवातून हे आपण समजून घेऊ. उदाहरणार्थ, एखादे कोडे सोडवताना सामान्य संगणक त्या कोड्याचा प्रत्येक तुकडा कोणत्या जागी योग्य असेल हे प्रत्येक तुकडा आणि त्याची प्रत्येक जागी असण्याची शक्यता एकामागून एक पद्धतीने तपासत ते कोडे पूर्ण करेल. हीच प्रक्रिया अधि क वेगवान करण्यासाठी सुपर कॉम्प्युटर अधिक बिट्स वापरून एका वेळी एक पेक्षा अधि क तुकड्यांचा विचार करून सामान्य संगणकाच्या तुलनेत लवकर कोडे पूर्ण करेल. आणि क्वांटम कॉम्प्युटर मात्र एकाच वेळी सर्व तुकड्यांचा वेगवेगळ्या जागी असण्याच्या शक्यतेचा एकाच वेळी विचार करून अगदी नगण्य कालावधीत ते कोडे पूर्ण करेल. या उदाहरणावरून आपल्या लक्षात येईल की क्वांटम संगणकाला समान कार्य करण्यासाठी सामान्य संगणकाच्या तुलनेत कमी ऑपरेशन्सची आवश्यकता असते आणि म्हणूनच, अधिक गुंतागुंतीच्या प्रक्रिया अधिक गतीने सोडविण्याची क्षमता देखील सामान्य संगणकाच्या तुलनेत अधिक असते.

सामान्य संगणकाची गती त्याच्या processor च्या गतीनुसार ठरते. ठराविक वेळेत कि ती प्रक्रि या करण्याची क्षमता यावरून सामान्य संगणकाची गती ठरते. ती ठरवणारी आणि आपल्याला परिचित असणारी परिमाणे म्हणजे megahertz (MHz) आणि gigahertz (GHz) जी त्या processor ची ० आणि १ या अवस्था बदलाची वारंवारिता (frequency) मोजण्याची परिमाणे आहेत. (सोप्या भाषेत, एखादा बल्ब चालू बंद किती वेगाने होतो आहे याची क्षमता. म्हणून वारंवारिता.) क्वांटम कॉम्प्युटर मध्ये मात्र क्युबिट्सच्या ज्या अवस्था असतात त्या एकमेकांवर एका विशिष्ट पद्धतीने अवलंबून कि ंवा संलग्न (entangled) असतात. आणि त्यामुळे क्वांटम संगणकाची क्षमता ही megahertz (MHz) आणि gigahertz (GHz) या परिमाणात न मोजता तो कि ती क्युबिट्सचा आहे यावर अवलंबून असते.

क्वांटम कॉम्प्युटरची चलती असण्याचं आणखी एक कारण म्हणजे वर्तमानातील बहुतेक एन्क्रिप्शन प्रोटोकॉल खंडित करू शकण्याची त्याची क्षमता. हे ‘एन्क्रिप्शन प्रोटोकॉल’ काय प्रकरण आहे हे समजून घेऊ. त्याची सुरुवात आपण ‘एन्क्रिप्शन’ म्हणजे काय हे समजण्यातून

करू. शास्त्रीय परिभाषेत समजून घेण्यापूर्वी अगदी सोप्या शब्दात आणि आपल्या रोजच्या अनुभवातील उदाहरणातून हे समजून घेण्यासाठी आपण भाषेचेच उदाहरण घेऊ. आपण आपल्या मोबाईलमधून मराठी भाषि क व्यक्तींना संदेश पाठवताना भाषा मराठी; पण लिपी रोमन वापरतो. आता समजा समोरच्या व्यक्तीला रोमन लिपी माहितीच नसेल तर त्या व्यक्तीला तो संदेश वाचता येईल का? केवळ लिपीच नाही तर मराठी भाषेचे उच्चार शास्त्र आणि रोमन लिपी यातील सह-संबंध याची माहि ती नसेल तर त्या व्यक्तीला तो संदेश वाचता येईल का? पण आपण अगदी सामान्यपणे याचा वापर रोजच्या जगण्यात करू शकतो कारण रोमन लिपी, मराठी भाषा आणि उच्चार शास्त्र यातील सह-संबंधाची ‘क्रिप्टोग्राफिक किल्ली’ दोन्ही बाजूंकडे उपलब्ध आहे म्हणनू. आता हेच लॉजि क आपण शास्त्रीय परिभाषेत समजून घेऊ. शास्त्रीय परिभाषेत एन्क्रिप्शन म्हणजे वाचता येण्याजोग्या साध्या मजकुराचे अगम्य मजकूरात रूपांतर करण्याची प्रक्रिया, ज्याला सिफरटेक्स्ट (ciphertext) असेही म्हणतात. सोप्या भाषेत सांगायचं झालं तर एन्क्रिप्शनद्वारे वाचनीय डेटा घेऊन त्यात काही बदल केले जातात जेणेकरून तो डेटा यादृच्छिक (random) दिसतो. आता हा बदल अगदी च random नसतो. हे करण्यासाठी मूळ डेटा मध्ये काही बदल विशिष्ट गणितीय प्रक्रि या करून केले जातात. आता हा random वाटणारा डेटा दुसऱ्या ठि काणी प्रक्षेपि त केला जातो. तेथील साधनांद्वारे परत मूळ डेटा प्राप्त करण्याची प्रक्रि या म्हणजे डिक्रीप्शन. आता या दोन्ही प्रक्रिया, एन्क्रिप्शन आणि डिक्रीप्शन या सुरळीतपणे घडवून आणण्यासाठी जी संगणकीय पद्धती वापरली जाते तिला क्रिप्टोग्राफिक किल्ली (cryptographic key) असे म्हणतात. तिला ‘किल्ली’ म्हणण्याचे कारण असे की एखाद्या कुलूपाच्या निश्चित किल्ली प्रमाणेच ती डाटा विशिष्ट पद्धतीने लॉक (समजण्यासाठी अवघड) करते (एनक्रिप्ट ) जेणेकरुन फक्त योग्य किल्ली असलेले कोणीतरी ते अनलॉक (डिक्रिप्ट) करू शकते. ही कि ल्ली डेटा पाठवणारा आणि प्राप्त करणारा अशा दोघांकडेच असली की इतर कोणकरिता तो डेटा वाचणे अशक्य होऊन जाते. संगणकीय, म्हणजे ० आणि १ च्या स्वरूपातील डाटाकरिता एन्क्रिप्शन करण्याच्या काही विशिष्ट प्रक्रि या (protocol) वापरल्या जातात, ज्याद्वारे डिजिटल स्वरूपात माहि तीची देवाणघेवाण गुप्तता राखून करता येऊ शकते. पण हे करताना ज्यांच्याकडे ही क्रिप्टोग्राफिक किल्ली नाही त्यांच्याकडून देखील अशी गुप्त माहिती मिळविण्या चे प्रयत्न होत राहतात ज्याद्वारे महितीतील गुप्तता राखणे अशक्य होते.

सामान्य संगणकाच्या तुलनेत क्वांटम संगणन प्रक्रिया वापरून (म्हणजेच मागे सांगितलेल्या ० आणि १ च्या superposition वापरून, म्हणजेच qubits वापरून) तयार करण्यात येणारे विशिष्ट एन्क्रिप्शन प्रोटोकॉल अधिक जटील आणि गुंतागुंतीचे असल्याने त्यांच्याद्वारे केलेले माहितीचे पारेषण अधि क सुरक्षि त बनते. आता ही सगळी प्रक्रिया राष्ट्रीय सुरक्षा, विदेशनीती इ. संदर्भातील संदेशवहनाकरिता वापरली तर? यातून भारताचा स्वतःचा क्वांटम संगणक विकसित होण्याच्या प्रक्रियेचे महत्व वाचकांच्या नक्कीच लक्षात आले असेल.

ही झाली क्वांटम संगणक या संकल्पना संदर्भातील सैद्धांतिक मांडणी. पण संकल्पना ते प्रत्यक्ष उपकरण (हार्डवेअर, सॉफ्टवेअर दोन्ही) हा प्रवास देखील तितकाच गुंतागुंतीचाआहे. १९९० मध्ये Shor आणि Grover यांनी मांडलेल्या algorithm ने क्वांटम संगणकाचे हार्डवेअर बनण्याच्या प्रक्रि येला चालना मि ळाली. आपण मागे हे समजून घेतलं की सामान्य संगणकाचे बिट्स जसे ० किंवा १ मूल्य घेऊ शकतात, तसे क्वांटम संगणकाचे क्युबिट्स सुपरपोझिशन अवस्थेमध्ये असतात. केवळ ० आणि १ ही अवस्था ज्याप्रमाणे एखादा दिवा चालू किंवा बंद करणारा switch जो एका वेळी विद्युत प्रवाह पारेषि त करतो आणि दुसऱ्या वेळी तो खंडि त करतो अशा transistors ने प्राप्त करता येते. पण ही सुपरपोझिशन अवस्थेची गुणधर्म असणारी प्रणाली या switch प्रमाणे काम करणाऱ्या प्रणालीपेक्षा अगदी च वेगळी असते. अशा प्रणाली प्रामुख्याने laser cooling ने trap केलेले अणू किंवा ions, superconducting electrons अशा systems द्वारे मिळवता येतात. आणि अर्थातच ते मिळविण्यासाठी अति थंड, म्हणजेच millikelvin स्तराच्या (-२७३ सेल्सिअस पेक्षा कमी) तापमानाची आवश्यकता असते. जसा कालावधी अधि क होईल कि ंवा तापमान वाढेल तशा या systems सामान्य ० आणि १ सदृश अवस्थांमध्ये

येण्यास सुरुवात करतात. यालाच शास्त्रीय परिभाषेत decoherence म्हटले जाते. आणि ही क्वांटम संगणक प्रत्यक्षात आणण्यातली एक मोठी शास्त्रीय समस्या आहे. ज्यावर मोठ्या प्रमाणात संशोधन जगभरात सुरू आहे.

हे सर्व समजून घेताना क्वांटम संगणक निर्माण प्रक्रियेतील शास्त्रीय संकल्पना म्हणनू असणारी गुंतागुंत आणि त्याचसोबत ती प्रत्यक्षात आणण्यासाठी आवश्यकअसणारी साधन सामग्री यातील जटीलता वाचकांच्या लक्षात आली असेलच. या सर्व पार्श्वभूमीवर भारताने आपला क्वांटम संगणक प्रत्यक्षात आणण्यापर्यंतची कहाणी देखील समजून घेऊ. क्वांटम कंप्युटिगंला (आणि क्वांटम तंत्रज्ञान) समर्थन देणारा भारत सरकारद्वारा पहि ला मोठा संयुक्त कार्यक्रम २०१९-२० मध्ये सुरू झाला. त्याआधी, देशाच्या विविध भागांमध्ये काही वैज्ञानि क गट स्वतंत्रपणे लहान-लहान प्रयत्नांमध्ये गुंतले होते. यातील काही प्रमखु प्रयत्न म्हणजे Indian Institute of Science (IISc) बंगलोर येथील अनिल कुमार यांचा गट, ज्यांनी Nuclear Magnetic Resonance (NMR) तंत्राचा वापर करून काही क्वांटम प्रक्रिया करण्यासाठी संशोधन केले. २००१ मध्ये IBM ने NMR आधारित प्रणालींचा वापर करून काही क्वांटम प्रक्रियांचे प्रात्यक्षिक यशस्वीरीत्या करून दाखविले. अजूनही अशा प्रकारच्या प्रणालींचा अभ्यास करणारे गट IISER पुणे, IISER मोहाली या संस्थांमध्ये कार्यरत आहेत. IISc बंगलोर येथील वसंत नटराजन यांनी भारतात प्रथमच २००१ मध्ये laser cooled trapped रुबिडियम (Rb) अणूंचा संचय यशस्वीरीत्या प्रत्यक्षात आणला होता ज्याचा सध्या क्वांटम प्रणाली बनविण्या मध्ये मोठा वाटा आहे. अनेक भौतिकशास्त्रज्ञ क्वांटम माहि ती (quantum information) आणि संबधिंत क्षेत्रांच्या सद्धांतिैक पैलूंवर देखील कार्य करत आहेत. अरुण पती, अदिती सेन-डे आणि उज्ज्वल सेन यांच्या नेतृत्वाखाली हरिशचंद्र संशोधन संस्था (HRI) प्रयागराज येथील क्वांटम माहिती आणि संगणन गट हे एक प्रातिनिधिक उदाहरण आहे. तथापि , आपल्या देशात या विषयातील सैद्धांतिक संशोधन आणि त्याला अनुसरून आवश्यक असणारे प्रयोग यांमधील संवाद खूपच मर्या दित होता. कोणत्याही तंत्रज्ञानाच्या विकासासाठी, प्रयोगशाळेतील कार्य आणि सैद्धांतिक मांडणी यांचा

सुसूत्रित संवाद असण्याची आवश्यकता असते. क्वांटम तंत्रज्ञान प्रगतीमध्ये भारताची गती धीमी राहण्याचे हे एक मुख्य कारण म्हणावे लागेल. साधारण २०१० नंतर भारतातील विविध संस्थांमधील (प्रामुख्याने IISER पुणे, TIFR मुंबई, IISER तिरुअनंतपुरम, RRI बगेंळुरू) वैज्ञानिकांचे गट या विषयात काम करण्यासाठी पुढे येऊ लागले आणि त्यातून क्वांटम तंत्रज्ञान विषयात भारताच्या क्षमतेचा विस्तार करण्याची गरज देखील अधोरेखित होण्यास सुरुवात झाली.

२०१७ मध्ये, भारत सरकारच्या विज्ञान आणि तंत्रज्ञान विभागाने (DST) क्वांटम तंत्रज्ञानाशी संबंधित संशोधनाला प्रोत्साहन देण्यासाठी एक नवीन कार्यक्रम सुरू केला. या कार्यक्रमाला क्वांटम सक्षम विज्ञान आणि तंत्रज्ञान (Quantum Enabled Science and Technology) किंवा क्वेस्ट (QuEST) असे म्हणतात. या QuEST कार्यक्रमाची व्यापक उद्दिष्टे खालीलप्रमाणे आहेत:

• क्वांटम संगणकांचा प्रात्यक्षिक विकास

• क्वांटम communication आणि क्रिप्टोग्राफी यांचा प्रात्यक्षिक विकास

• क्वांटम-प्रेरित प्रणाली आणि तंत्रज्ञानाचा प्रात्यक्षि क विकास

• प्रगत गणितीय क्वांटम तंत्र, algorithm आणि क्वांटम माहिती प्रणालीच्या (quantum information) सिद्धांताचा विकास

या QuEST कार्यक्रमाअंतर्गत साधारणतः २०० कोटी रुपयांचा नि धी तीन वर्षांकरिता, पन्नासपेक्षा अधिक प्रकल्पांना देण्यात आला. QuEST मध्ये क्वांटम तंत्रज्ञान संशोधनाच्या अनके पैलूंचा समावशे आहे. या अतंर्गत सुमारे १२ प्रायोगिक प्रकल्प आणि अनेक सहाय्यक सिद्धांत प्रकल्पांसह, क्वांटम संगणनावर विशेषरित्या लक्ष केंद्रित केले गेले आहे. यामध्ये TIFR, मुंबई आणि IISc, बंगळुरू येथील सपुरकंडक्टिंग क्युबिट प्रकल्प, IIT मुंबई, IISER तिरुअनंतपुरम आणि IISER कोलकाता येथील सेमीकंडक्टिंग क्युबिट प्रकल्प, IISER पुणे आणि IISER मोहाली येथील NMR प्रकल्प आणि IIT मंबु ई, IISER पुणे आणि IIT मद्रास येथे डायमंड-नायट्रोजन vacancy (क्युबिट बनविण्याची एक प्रायोगिक पद्धती) इ. प्रकल्पांचा समावेश आहे.

QuEST कार्यक्रम हा भारतातील क्वांटम तंत्रज्ञान संशोधनाला चालना देण्यासाठी भारत सरकारचा पहिला मोठा प्रयत्न आहे. याचा दोन आघाड्यांवर मोठा परिणाम झाल्याचे लक्षात येते. पहि ली म्हणजे, भारतातील क्वांटम तंत्रज्ञान संशोधनाशी संबंधित वैज्ञानिक समुदायाला याद्वारे एका छत्राखाली एकत्र आणले गेले. यामुळे अनेक नवीन collaborations, विविध प्रयोगशाळांकडे उपलब्ध तंत्र आणि विचार यांची देवाणघेवाण होण्यास सुरुवात झाली. दुसरे म्हणजे, क्वांटम तंत्रज्ञान संशोधनासाठी आवश्यक असलेल्या पायाभूत सुविधांचा लक्षणीय विस्तार पुरेसा निधी उपलब्ध करून केला गेला. क्वांटम तंत्रज्ञान संशोधनाकरिता प्रयोगशाळांची स्थापना करणे हे तुलनेने महाग आणि जटील काम आहे. अशा प्रयोगशाळा उभ्या करण्यासाठी साधारणतः किमान २ ते १० कोटी रुपयांच्या निधीची आवश्यकता भासते. अजूनही, भारतातील फक्त काही मोजक्या संस्थाच अशा प्रकारचा निधी उपलब्ध करू शकतात. आणि नेहमीच्या सरकारी निधी कार्यक्रमांमध्ये या प्रमाणातील रक्कम वैयक्तिक स्वरूपाच्या प्रकल्पांसाठी उपलब्ध करून दिली जात नाही. परंतु QuEST कार्यक्रमाने ही मोठी अडचण दूर करून अनेक काळ प्रलंबित असणारे

पाऊल उचलले गेले आहे. ’QuEST नंतर, भारत सरकारच्या विज्ञान आणि तंत्रज्ञान विभाग (DST) कडूनच २०२१ मध्ये IISER पुणे येथे क्वांटम तंत्रज्ञान इनोव्हेशन हब स्थापना आणि विकासाकरिता १७० कोटी रुपयांचा निधी देण्यात आला. I-Hub Quantum Technology Foundation (I-Hub QTF) ची स्थापना IISER पुणे येथे सेक्शन- ८ कंपनी म्हणून करण्यात आली आहे. क्वांटम तंत्रज्ञान संदर्भा तील विविध प्रकल्पांना समर्थन देणे हे याचे मुख्य उद्दिष्ट आहे. ज्यामुळे अल्पावधीतच व्यावसायिक स्तरावर क्वांटम तंत्रज्ञानाचा वापर शक्य होईल. या हबमध्ये यजमान संस्थेचे तेरा संशोधन गट आणि देशभरातील २० हून अधिक संशोधन संस्था सहभागी आहेत.

२०१९-२१ या कालावधीत इतरही अनेक कार्यक्रमांची सुरुवात करण्यात आली. डिफेन्स रिसर्च अँड डेव्हलपमेंट ऑर्गनायझेशन (DRDO) ने विविध क्षेत्रां मध्ये तरुण शास्त्रज्ञांकरिता प्रयोगशाळा उपलब्ध करून देणारा उपक्रम सुरू केला. त्यापैकी एक DRDO यंग सायंटिस्ट लॅबोरेटरीज इन क्वांटम टेक्नॉलॉजीज (DYSL-QT) लॅब सध्या DIAT, पुणे परिसरात कार्या न्वित आहे. या लॅबमधील वैज्ञानिक देशभरातील विविध शैक्षणिक संस्थांमधील तज्ञांच्या सहकार्याने चालू असणाऱ्या विविध प्रकल्पांमध्ये देखील समाविष्ट असतात. ज्याचे एक प्रमुख उदाहरण म्हणजे सुपरकंडक्टिंग क्युबिट तंत्राचा वापर करून ७- क्युबिट क्षमतेचा क्वांटम संगणक तयार करण्याचा प्रकल्प; जो आर. विजयराघवन यांच्या समूहाच्या सहकार्या ने TIFR, मुंबई येथे कार्यान्वित केला जात आहे. क्लाउड-आधारित इंटरफेस विकसित करण्यासाठी हा समूह TIFR टाटा कन्सल्टन्सी सर्व्हिसेस (TCS) सोबत देखील collaborate करत आहे. आणि याच समूहाकडून ६ क्युबिट क्षमतेचा भारताचा क्वांटम संगणक पूर्णतेच्या टप्प्यावर असण्याची एक महत्वपूर्ण माहि ती सध्याच देण्यात आलेली आहे.

याचसोबत क्वांटम तंत्रज्ञान विकासातील आणखी एक महत्वपूर्ण पायरी म्हणजे National Quantum Mission ची घोषणा. भारत सरकारच्या केंद्रीय मंत्रिमंडळाने १९ एप्रिल २०२३ रोजी राष्ट्रीय क्वांटम मि शन (NQM) करिता २०२३- २४ ते २०३०-३१ या कालावधीसाठी एकूण ६००३.६५ कोटी रुपये निधीला मान्यता दिली. या मिशनचे उद्दिष्ट भारतातील वैज्ञानिक आणि औद्योगिक संशोधन क्षेत्राला चालना देऊन क्वांटम तंत्रज्ञान विषयातील एक नाविन्य पूर्ण परिसंस्थेचे (ecosystem) बीजारोपण करणे हा आहे. ज्यामुळे क्वांटम तंत्रज्ञानाधारित उद्योगांद्वारे देशाच्या आर्थिक विकासाला गती मि ळेल आणि देशातील संशोधनाला चालना मिळून भारताला क्वांटम तंत्रज्ञान विषयात जगातील आघाडीच्या राष्ट्रांपैकी एक बनवेल. या राष्ट्रीय मिशनमध्ये क्वांटम तंत्रज्ञान संदर्भातील सर्व क्षेत्रांचा समावेश आहे ज्यांचे प्रामुख्याने खालीलप्रमाणे चार विभाग करण्यात आले आहेत.

• क्वांटम कॉम्प्युटिगं आणि सिम्युलेशन

• क्वांटम कम्युनिकेशन्स

• क्वांटम सेन्सिंग आणि मेट्रोलॉजी

• क्वांटम मटेरियल आणि डिव्हाइसेस

IISER पुणे येथील I-Hub सारख्या आणखी काही कंपन्या आणि विविध संशोधन संस्थांमधील तज्ञ गट यांच्या एकत्रित सहभागातून विविध प्रकल्पांना यामुळे भक्कम निधीचे पाठबळ मिळेल. पुढील तीन वर्षांत २० ते ५० क्युबिट्स, पाच वर्षांत ५० ते १०० क्युबि ट्स तसेच १० वर्षांत ५० ते १००० क्युबिट्स क्षमता असणाऱ्या क्वांटम संगणकाची निर्मिती या मिशनद्वारे साध्य करण्याचा संकल्प केलेला आहे. तसेच डिजि टल इंडिया, मेक इन इंडिया, स्किल इंडिया आणि स्टँड-अप इंडिया, स्टार्ट-अप इंडिया, स्वावलंबी भारत आणि शाश्वत विकास उद्दिष्टे (SDGs) यासारख्या राष्ट्रीय प्राधान्यक्रमांना देखील याद्वारे चालना मिळेल याची खात्री आहे.

याशि वाय गेल्या २-३ वर्षांत क्वांटम तंत्रज्ञानाला चालना देणारी इतरही अनेक कें द्रे देशामध्ये सुरू झाली आहेत. यामध्ये IISc, बेंगळुरू येथील सेंटर फॉर एक्सलन्स इन क्वांटम टेक्नॉलॉजी (CEQT) समाविष्ट आहे, जे इलेक्ट्रॉनिक्स आणि माहिती तंत्रज्ञान मंत्रालय (MeitY) द्वारे स्थापन करण्यात आले. त्यामध्येच रामन संशोधन संस्था (RRI), बेंगळुरू आणि प्रगत संगणन विकास केन्द्र (CDAC) यादेखील संस्था भागीदार म्हणून समाविष्ट आहेत. या व्यतिरिक्त , IIT मद्रास येथे क्वांटम इन्फॉर्मेशन, कम्युनिकेशन अँड कॉम्प्युटिगं (CQuICC) केंद्र देखील आहे. ज्यामध्ये क्वांटम संगणनाशी संबंधित विषयात उल्लेखनीय संशोधन करण्यात येत आहे. QuEST, National Quantum Mission सारख्या वैशिष्ट्यपूर्ण कार्यक्रमांद्वारे क्वांटम तंत्रज्ञान विषयात संशोधनाकरिता पुरेसा निधी आणि इतर पायाभूत सुविधा भारत सरकारद्वारा पुरविण्यात येत आहेत. जगाच्या तुलनेत साधारणतः तीन दशके उशीरा या क्षेत्रा मध्ये इतकी मोठी गंतुवणकू भारताकडून करण्यात आलेली आहे. तरीही TIFR, DRDO सारख्या संस्थांकडून इतक्या कमी कालावधीत यश प्राप्त केल्याचा बातमीने भारतातील शास्त्रज्ञ आणि विद्यार्थी ही गंतुवणकू सार्थ करतील याची खात्री आहे. आणि क्वांटम तंत्रज्ञान क्षेत्रातही भारत लवकरच ‘आत्मनिर्भर’ होण्याकडे वाटचाल करू लागत असल्याच्या पाऊलखुणा जगाच्या पटलावर उमटविण्या साठी भारत सज्ज होत आहे!

संदर्भ :

1.     Nat Rev Phys 4,1(2022),https://doi.org/10.1038/s42254021-00410-6

2.     http://surl.li/gulrig (Article in The Quantum Insider)

3.     https://www.orfonline.org/research/quantum-computing-current-scenario-and-future-prospects

4.     http://surl.li/kfctkb (Article in The Hindu Business Line)

5.     https://dst.gov.in/national-quantum-mission-nqm

6.     https://thevoltpost.com/quantum-computer-dr-r-vijayaraghavan-tcs-drdo-tifr/

7.     https://www.quantech.org.in/

8.     https://www.qureca.com/overview-on-quantum-initiatives-worldwide-update-2022/

9.     https://www.quest-dst.in/

(लेखिका रिसर्च स्कॉलर, भौतिकशास्त्र विभाग, बिट्स पिलानी, के के बिर् ला गोवा कॅम्पस, गोवा येथे कार्यरत आहेत)