বিশ্ববরেণ্য নোবেলজয়ী পদার্থবিজ্ঞানী রিচার্ড ফাইনম্যান নয়ের দশকে দেখান- পদার্থের ক্ষুদ্রাতিক্ষুদ্র অণু-পরমাণু কোয়ান্টাম মেকানিক্সের যে অদ্ভুতুড়ে নিয়মের বেড়াজালে আবদ্ধ, সেই কোয়ান্টাম মেকানিক্সের শক্তিকে আহরণ করে অর্থাৎ ‘কোয়ান্টাম টেকনোলজি’-র মাধ্যমে বানানো যায় অসীম ক্ষমতাশালী কোয়ান্টাম কম্পিউটার এবং ইন্টারনেট।

‘অদ্ভুতুড়ে’ কেন? যে কোনও ক্ষুদ্রকণা, যেমন ‘ফোটন’, একই সময় অনেকগুলি জায়গায় থাকতে পারে, যেতে পারে। এক জায়গা থেকে বেমালুম ভ্যানিশ হয়ে গিয়ে আর-এক জায়গায় উদ্ভূত হয়। এই কণাগুলিকে নিয়ে যদি আমরা কম্পিউটারে বিট হিসাবে কাজে লাগাই- যাকে বলে ‘কোয়ান্টাম বিট’ বা ‘কিউবিট’- তবে এই বিটগুলি একই সঙ্গে ০ এবং ১ হতে পারে। আর, এখানেই পার্থক্য ক্লাসিকাল বিটের সঙ্গে, যা ভোল্টেজের ওঠানামার উপর ভিত্তি করে কেবল ০ অথবা ১ হতে পারে।

উদাহরণস্বরূপ, বাস্তবের জগতে আপনি একইসঙ্গে মাছের বাজারে দাঁড়িয়ে দরদাম করতে করতে বাড়ির এককোণে খবরের কাগজ হাতে বসে চুপচাপ চায়ের কাপে চুমুক দিতে না পারলেও অণু-পরমাণুরা কিন্তু একই সময়ে বিভিন্ন স্থানে নিজের খেয়ালখুশি মতো দিব্যি বিচরণ করে বেড়ায়। একে বলে ‘কোয়ান্টাম সুপারপজিশন’ বা ‘প্যারালেলিজম’। এ এক অনিশ্চয়তায় ভরা সম্ভাবনাময় জগৎ। আবার কখনও কখনও একটি কণার সঙ্গে আর-একটি কণার ভ্রাতৃসম অবিচ্ছেদ্য সম্পর্ক থাকে, যার পোশাকি নাম হল ‘কোয়ান্টাম এনট্যাঙ্গলমেন্ট’, যাকে আইনস্টাইন ‘spooky action at a distance’ বলে অভিহিত করেছিলেন।

সোজা কথায়, দু’টি এনট্যাঙ্গল্‌ড কণা একে-অপরের সঙ্গে কোনও মাধ্যমের সাহায্যে প্রত্যক্ষভাবে যুক্ত না-হয়েও এমনই ওতপ্রোতভাবে সম্পর্কিত থাকতে পারে যে, একটির সামান্য পরিবর্তন হলে অন্যটিও সঙ্গে সঙ্গে নিজে থেকে বদলে যায়, এদের মধ্যে দূরত্ব ন্যানোমিটার থেকে আলোকবর্ষ যা-ই হোক না কেন। যেন এক ভাইয়ের আহারে অপর ভাইয়ের ক্ষুধা মেটা! এমন কণাগুলিকে কিউবিট হিসাবে ব্যবহার করে সম্ভব হয় ‘টেলিপোর্টেশন’। মানে, কিউবিটগুলি সুপারহিরোর মতো এক জায়গা থেকে অদৃশ্য হয়ে পলকে পৌঁছে যায় আর-এক জায়গায়, কোনও মাধ্যম ছাড়াই। আবার, বন্ধ দরজা ভেদ করে অশরীরী আত্মার মতো চলাচল করতে পারে এই অণু-পরমাণুরা। একে বলে ‘কোয়ান্টাম টানেলিং’। বাস্তবে আপনার-আমার ক্ষেত্রে এগুলি অসম্ভব, অবিশ্বাস্য অথবা আজগুবি মনে হলেও, ক্ষুদ্র কণা, অণু-পরমাণু বা ফোটনের ক্ষেত্রে এই ঘটনাগুলি গবেষণাগারে প্রমাণিত ধ্রুব সত্য।

কিউবিটের ‘কোয়ান্টাম সুপারপজিশন’ আর ‘কোয়ান্টাম এনট্যাঙ্গলমেন্ট’- এই দুই ধর্মকে কাজে লাগিয়ে বানানো যায় অতি দ্রুত, অতিমানবিক শক্তিশালী কোয়ান্টাম কম্পিউটার যা কিনা সুপার কম্পিউটারের থেকেও শক্তিশালী। যে কোনও পাসওয়ার্ড নিমেষে ভেঙে ফেলে বিপন্ন করে তুলতে পারে দেশ ও দশের সুরক্ষা। একই সঙ্গে কোয়ান্টাম টেকনোলজির সাহায্যে তৈরি করা যাবে সুপারফাস্ট, হ্যাক-প্রুফ কোয়ান্টাম নেটওয়ার্ক, যা যে কোনও দেশের সর্বোত্তম হ্যাকার বা গোয়েন্দাদের জন্যও হ্যাক করা একেবারেই দুরূহ, তাত্ত্বিকভাবে শতকরা একশো ভাগ সুরক্ষিত! অতএব কোনও দেশ যদি এই কোয়ান্টাম প্রযুক্তি গোপনে কুক্ষিগত করে ফেলে, বাকি দেশগুলোর জাতীয় সুরক্ষার পক্ষে তা অত্যন্ত চিন্তার বিষয়। সেই দেশ চাইলেই নিজে সম্পূর্ণ সুরক্ষিত থেকে মেঘনাদের মতো দুর্ভেদ্য মেঘের আড়াল থেকে আক্রমণ শাণিয়ে বিপর্যস্ত করে তুলতে পারে অন্য দেশের স্বাভাবিক জনজীবন। যেন এক ঢিলে দুই পাখি!

এছাড়াও কোয়ান্টাম টেকনোলজি শাণিত করতে পারে কৃত্রিম বুদ্ধিমত্তা। সন্ধান দিতে পারে নতুন পদার্থের, দিতে পারে আবহাওয়া কিংবা শেয়ার বাজারের ওঠানামার পূর্বাভাস, নিরাময় করতে পারে দুরারোগ্য ক্যানসার। উন্মোচন করতে পারে অজানা সম্ভাবনার নিত্যনতুন দিগন্ত। এছাড়াও, কোয়ান্টাম টেকনোলজি নিয়ে গবেষণা সৃষ্টির আদি রহস্য উন্মোচন করতে, যেমন মহাবিশ্বের গতিপ্রকৃতি বুঝতে কিংবা মহাকর্ষ, বিগ ব্যাং, ব্ল্যাকহোল ইত্যাদি সম্পর্কিত বহু মৌলিক প্রশ্নের উত্তর দিতে সাহায্য করবে। অতএব, ক্লাসিকাল টেকনোলজির থেকে কোয়ান্টাম টেকনোলজি অনেক বেশি কার্যকর, ক্ষেত্র বিশেষে বিপজ্জনকও।

আমেরিকা, চীন, কানাডা, ফ্রান্স, জার্মানি ইত্যাদি দেশের সঙ্গে তাল মিলিয়ে জাতীয় নিরাপত্তা সুনিশ্চিত করতে কোয়ান্টাম প্রযুক্তি সংক্রান্ত গবেষণায় কেন্দ্র ৬০০০ কোটি টাকা বিনিয়োগ করেছে। লক্ষ্য: পরবর্তী পাঁচ বছরে অন্তত একশো কিউবিটের কোয়ান্টাম কম্পিউটার বানানো। গুগ্‌ল ৫৩টি সুপার কন্ডাক্টিং কিউবিট দিয়ে সিকামোর প্রসেসর বানিয়ে ‘কোয়ান্টাম সুপ্রিমেসি’ হাতে-কলমে প্রদর্শন করলেও এই প্রসেসরের ক্ষমতা সীমিত এবং সবচেয়ে বড় সমস্যা হল, এই কোয়ান্টাম প্রসেসর শুধুমাত্র অতিশীতল তাপমাত্রায় (০ থেকে প্রায় ২৭৩ ডিগ্রি সেন্টিগ্রেড কম) কাজ করে, যা বিপুল ব্যয়সাপেক্ষ এবং দৈনন্দিন জীবনে সর্বসাধারণের ব্যবহার করার জন্য একেবারেই অনুপযুক্ত।

সম্প্রতি আমরা (লিবনিৎজ ইউনিভার্সিটি হ্যানোফার, জার্মানি), টোয়েন্টে ইউনিভার্সিটি, নেদারল্যান্ডস, এবং কুইক্স কোয়ান্টাম নামক একটি কোম্পানিতে কর্মরত একদল গবেষকের সহায়তায় সম্মিলিতভাবে এমন একটি চিপ বা কোয়ান্টাম সোর্স উদ্ভাবন করেছি, যা নির্ভরযোগ্যভাবে ঘরের সাধারণ তাপমাত্রাতেই ‘কিউবিট’ উৎপাদনে সক্ষম। সেই গবেষণাপত্রটি সম্প্রতি ‘নেচার’ পত্রিকায় প্রকাশিত হয়েছে, এবং সফলভাবে কোয়ান্টাম কম্পিউটার তৈরি করার এবং বাণিজ্যিকীকরণের পথে এক গুরুত্বপূর্ণ পদক্ষেপ বলে বিবেচিত হচ্ছে। এখনও অবধি শতাধিক কিউবিটের ভরসাযোগ্য কোয়ান্টাম কম্পিউটার বানানো সম্ভব হয়নি, কারণ এই কিউবিটগুলো স্থিতিশীল নয়। বাহ্যিক পরিবেশে এরা সহজেই নয়েজ বা কম্পনের দ্বারা প্রভাবিত হয়ে নষ্ট বা ত্রুটিপূর্ণ হয়ে যায়। আমাদের চিপটি আলোয় কাজ করে অর্থাৎ এখানে আলোর কণা বা ফোটন-কণাকে কিউবিট হিসাবে কাজে লাগানো হয়। তাই একে ‘কোয়ান্টাম ফোটোনিক চিপ’ বলে অভিহিত করা হয়। ‘ফোটন’ হল মহান বিজ্ঞানী সত্যেন বোসের নামাঙ্কিত ‘বোসন কণা’, যা সহজে নয়েজ দ্বারা প্রভাবিত হয় না। তাই নয়েজ কমাতে অতিশীতল উষ্ণতায় চিপটিকে ব্যবহার করার কোনও বাধ্যবাধকতা নেই। আমাদের বানানো চিপটি বিশ্বের সর্বপ্রথম স্বয়ংসম্পূর্ণ কোয়ান্টাম ফোটোনিক সোর্স।

জার্মানির লিবনিৎজ ইউনিভার্সিটি হ্যানোফারে গবেষকরা, ‘হাইব্রিড টেকনোলজি’ ব্যবহার করে এমন একটি অতি ক্ষুদ্র অথচ মজবুত, সুস্থিত এবং বর্ধিষ্ণু চিপ বানাতে সফল হয়েছে, যা নির্ভরযোগ্য এবং নিরবচ্ছিন্নভাবে এনট্যাঙ্গলড কিউবিট উৎপাদনে সক্ষম। এই ছোট্ট চিপের দু’দিকে দু’টি অতি সূক্ষ্ম আয়নার মাঝে আছে একটি গোটা লেসার, একটি অতি ক্ষুদ্র অপটিক্যাল ফিল্টার এবং পাশাপাশি অবস্থিত কতকগুলি অতি সূক্ষ্ম অনুনাদকারী বলয়, যাকে বিজ্ঞানের পরিভাষায় বলে ‘মাইক্রোরিং রেসোনেটার’। চিপের প্রত্যেকটি উপাদান এতই ক্ষুদ্রাকার যে, খালি চোখে এদের এক-একটিকে দেখা প্রায় দুঃসাধ্য। উদাহরণস্বরূপ, এই আয়নাগুলি চুলের বেধের থেকেও ছোট, ব্যাকটেরিয়ার আকারের সঙ্গে তুলনীয়। আবার যে চ্যানেল বা ওয়েভগাইড দিয়ে ফোটন চলাচল করে, সেগুলি মোটামুটি ভাইরাসের আকারের সমতুল্য।

এই কোয়ান্টাম সোর্সটির বিশেষত্ব বা নতুনত্ব কী-কী? ১) ঘরের সাধারণ তাপমাত্রায় (২৫ ডিগ্রি) চিপটিকে স্বচ্ছন্দে ও নিখুঁতভাবে ব্যবহার করা যায়। ২) শুধুমাত্র একটি চিপের ভিতর আস্ত একটি লেসার এবং একটি ফিল্টার আটানো আগে সম্ভব হয়নি। ৩) উচ্চদক্ষতা সম্পন্ন ফিল্টার থাকায় এটি সুনিপুণভাবে নয়েজ অপসারিত করে ত্রুটিবিহীনভাবে কিউবিট সরবরাহ করতে সক্ষম, যা কিনা কোয়ান্টাম কম্পিউটার বানানোর জন্য একান্ত প্রয়োজনীয়। ৪) এটি অতি ক্ষুদ্র, হালকা, সহজেই বয়ে নিয়ে যাওয়া যাবে। সর্বোপরি, চিপটি নিরাপদ। পরিচালনা করতে বিশেষ দক্ষতার প্রয়োজন নেই।

এতদিন যে ফোটোনিক কোয়ান্টাম সোর্সগুলি ছিল, সেগুলি ঘরের উষ্ণতায় কাজ করলেও এগুলোকে চালাতে বিশালাকৃতি লেসারের প্রয়োজন হত যা গবেষণাগারের বাইরে, আমাদের ঘরের সীমিত পরিসরে, অসম্ভব। এছাড়াও এই লেসারগুলোকে বাইরে থেকে অপটিক্যাল ফাইবার দিয়ে কানেক্ট করতে হত বলে এরা একেবারেই স্থিতিশীল ছিল না। এই সোর্সটি একটি সাধারণ লেসারের থেকে কমপক্ষে ১০০০ গুণ ছোট এবং একটা এক টাকার কয়েনের উপর অতি সহজে আটিয়ে ফেলা যায়।

আগে এরকম চিপ বানানোর প্রধান অন্তরায় কী ছিল? লেসার যে পদার্থে তৈরি, সুদক্ষ ফিল্টার বা রিং, সেই উপাদান দিয়ে করা সম্ভব হয়নি এবং একই চিপের উপর এই পদার্থগুলিকে ডিপোজিট করা দুঃসাধ্য কারণ পদার্থগুলি একে-অপরের সঙ্গে অসামঞ্জস্যপূর্ণ। এই সমস্যার সমাধান হল ‘হাইব্রিড টেকনোলজি’, যেখানে ভিন্ন পদ্ধতিতে তৈরি লেসার সম্পূর্ণ অন্য পদার্থে তৈরি ফিল্টার এবং মাইক্রোরিংয়ের সঙ্গে সুনিপুণভাবে জুড়ে দিয়ে সম্পূর্ণ চিপটিকে বানানো হয়েছে।

চিপের ভিতরে যে লেসারটি আছে, তা মাইক্রোরিং রেসোনেটরগুলোকে কিছু বিশেষ বিশেষ তরঙ্গদৈর্ঘ্য, বা কম্পাঙ্ক (শক্তি), অথবা বলা ভাল, কিছু বিশেষ রঙের আলো পাঠিয়ে উত্তেজিত করতে পারে। চিপ এবং রিংয়ের মাঝে অবস্থিত ফিল্টারটি খুবই দক্ষতার সঙ্গে বিভিন্ন নয়েজ অপসারিত করে। সেই লেসার থেকে আলোকশক্তি শোষণ করে উত্তেজিত রিং রেসোনেটরগুলো উত্তেজনা প্রশমনকালে ক্ষণে-ক্ষণে অন্য কম্পাঙ্কের কিংবা অন্য রঙের দু’টি করে ফোটন নির্গত করে। তবে মজার বিষয় হল, এই যে দু’টি ফোটন বা আলোর কণা একইসঙ্গে নির্গত হয়, এরা ভারি অদ্ভুতুড়ে, এনট্যাঙ্গলড। এদের কোনও নির্দিষ্ট রং নেই, বরং এরা একই সঙ্গে অনেকগুলো রঙে বিরাজমান।

ধরা যাক, একটি ফোটনের রং হতে পারে একই সঙ্গে নীল এবং লাল। কখনও ফোটনটিকে দেখে ফেললে (পরিমাপ করলে) সে হয়ে যায় নীল, কখনও লাল, কখনও বা হয়ে ওঠে সবুজ, আবির্ভূত হয় একেবারে নিজের মর্জিমাফিক। আমাদের আগে থাকতে জানার কোনও উপায়ই নেই, কোন ফোটনটি কী রঙের হবে। বিশ্বপ্রকৃতি এমনই খামখেয়ালি। এক-একটি ফ্রিকোয়েন্সি বা রংকে এক-একটি ‘নাম্বার’ ধরলে এই কিউবিট ফোটনগুলি একই সঙ্গে ০, ১-এর সুপারপজিশনে থাকতে পারে। আরও মজার কথা, একটি ফোটনকে যদি আমরা দেখে ফেলি, মানে যদি তার রং (বা শক্তি) আমরা জেনে যাই, তাহলে শক্তির নিত্যতা সূত্র অনুযায়ী আমরা সঙ্গে সঙ্গে জেনে যাব আর-একটি এন‌ট্যাঙ্গলড ফোটন এখন ঠিক কী রঙের।

এখনকার যুগের যে কোনও ইলেকট্রনিক যন্ত্রে যেমন লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি ব্যবহার করা হয়, তেমনই পরে যে কোনও কোয়ান্টাম প্রসেসরে, কম্পিউটারে বা হ্যাক-প্রুফ কোয়ান্টাম কমিউনিকেশন সিস্টেমে কিউবিট সোর্স হিসাবে আমাদের এই চিপটি ব্যবহৃত হওয়ার সম্ভাবনা সমুজ্জ্বল। এই কোয়ান্টাম ফোটনিক সোর্সটি অপেক্ষাকৃত হালকা হওয়ায় কোয়ান্টাম স্যাটেলাইট কমিউনিকেশনেও এর গুরুত্ব হবে অপরিসীম।

তথ‌্যসূত্র

www.nature.com/articles/s41566-023-01193-1

nature.altmetric.com/details/145960247

লেখক গবেষক, আলেকজান্ডার ফন হুমবোল্ডট ফেলো,

ইনস্টিটিউট অফ অপটিক্স, লিবনিৎজ ইউনিভার্সিটি হ্যানোফার, জার্মানি।