குவாண்டக் கணினியியல்

குவாண்டக் கணினியியல் (Quantum computing அல்லது quantum computer science) என்பது குவாண்டவியற்பியல் கொள்கைகளைக் கொண்டு கோட்பாட்டுரீதியாகவும், ஒளித்துகள், அணுக்கரு, அணு, அயனிப் பொறிகள், குவாண்ட மின்னியக்கப் பொறிகள், கருந்துளைகள் என வெவ்வேறு வகையான இயற்பியல் அமைப்புகளையும் கோட்பாட்டினையும் கொண்டு அமையக் கூடியக் கணினிகளாகும். இது ஒரு வளர்ந்துவரும் துறையாகும்.^[1] குவாண்டக் கணினிகளை ஒப்பிடும்பொழுது எலக்ட்ரானியலைக் கொண்டு உருவாக்கப்படும் தற்கால கணினிகள் பழங்கோட்பாட்டுவழி உருவாக்கப்பட்ட கணினிகள் என்பதால், மரபார்ந்த கணினிகள் என்றும், மேலும் பழமையான கோட்பாட்டில் உருவானவை சார்ந்த தொடர்பியல், செய்திப்பரிமாற்றங்கள் அனைத்தும், மரபார்ந்த தொடர்பியல், மரபார்ந்த செய்திப் பரிமாற்றங்கள் எனவும் அழைக்கப்படுகிறது.

மரபுசார் கணினிகள் மிகவும் பெரிய மற்றும் கடுமையான சிக்கலான இயற்பியல், கணித, வானியற்பியல் வினாக்களைத் தீர்ப்பதில் மிகவும் காலம் எடுக்கும். அந்தக் குறையைத் தீர்க்க குவாண்டக் கோட்பாடுகளான, நிலை கூடியமைதல், தொடர்பில்லாத் தொடர்பு, குவாண்ட இயைவு போன்ற குவாண்டவியலுக்கே உரியப் பண்புகள், மிகவும் உதவிகரமாக இருக்கும் எனக் கருதப்பட்டது. குவாண்டக் கணினியின் முதல் கருதுகோளை பால் பெனியோஃப் ^[2] மற்றும் ரிச்சர்ட் பெயின்மேன்^[3] பரிந்துரைத்தனர். அதன் பின் ஆர்தர் எக்கர்ட், டேவிட் இடாய்ச், சார்லஸ் பென்னட் போன்ற அறிவியலர்களின் கோட்பாட்டுரீதியான கருத்துகள் குவாண்டத் தொடர்பியல், சேதியை ஒளித்தல், தொலை உருவாக்கம் சார்ந்த விசயங்களிலும் ஆய்வுகள் செய்யப்பட்டு வருகின்றன. இன்றையத் தொழில்நுட்ப வளர்ச்சியில் இத்துறைப் பெரிதானத் தாக்கம் உருவாக்கும் என எதிர்பார்க்கப்படுகிறது.

குவாண்ட நிலைகள்

மராபார்ந்தக் கணினிகள் ஈரும நிலைகளான, 0 மற்றும் 1 நிலைகளைக் கொண்டு தகவலைச் சேமிக்கவும் பரிமாறவும் செய்கின்றன. அதே போல, குவாண்டக் கணினிகளும் ஈரும நிலைகளையும், அதுமட்டுமல்லாது, இரண்டுக்கும் மேற்பட்ட நிலைகளையும் கொண்டு இயங்கக் கூடியன. மேலும் மரபார்ந்தக் கணினிகள் காந்தத்தகடுகளின் மூலமாகவும், ஒளித்தட்டுகளின் மூலமும் சேதிகளைச் சேமிக்கும், குவாண்டக் கணினிகளில் கணினியின் தன்மையைப் பொறுத்து, ஒளிவடிவிலோ, அணு, அணுக்கரு, அல்லது குவாண்டத் துகள்களின் மின்னியல் காந்தத் தூண்டலின் நிலைகளைப் பொறுத்து, அதாவது, மின் மற்றும் காந்தத் திருப்புத்திறன்களைப் பொறுத்து அமையும்.

குவாண்டத் துகளின் சுழல் பண்பானது, மின் அல்லது காந்த இருமுனைத் திருப்புத்திறனால் உண்டாவது, அதன் சுழல் குவாண்டம் எண் 1/2 ஆக இருக்கும் பட்சத்தில், குவாண்டவியலின் அடிப்படைப் படி, -1/2, +1/2 ஆகிய இரு ஆற்றல் நிலைகளை அத்துகள் பெற முடியும். பெரும்பாலும் இந்நிலைகள் தாழ்சக்தி நிலை, முதல் சக்திநிலை எனக் குறிப்பிடப்படுகிறது. இவை இருமநிலையாக எழுதப்படும் பட்சத்தில் 0, 1 எனவும் குறிப்பிடப் படுகிறது. மேலும் இவை டிராக் குறியீட்டின் மூலம், இருமநிலைப் படி $|0\rangle$ , $|1\rangle$ எனவும் சுழல் அடிப்படையில் மேற்சுழல், கீழ்ச்சுழல் $|\uparrow \rangle$ , $|\downarrow \rangle$ என்றும் இடத்திற்குத் தகுந்தமாதிரி குறிக்கப்படுகிறது. இவை குவாண்ட இருமநிலைகள் (quantum bit or qubit) க்யூபிட் என அழைக்கப்படும்.

இதே போல், மற்ற குவாண்ட எண்களின் அடிப்படையிலும் குவாண்ட நிலைகளை நிறுவி, குவாண்டக்கணினிகளின் அடிப்படைப் பண்புகளை உண்டு பண்ண முடியும். அவை, குவாண்ட இருமநிலை, மும்மநிலை, ..., பலபடிநிலை கொண்டதாக அமைவதால், க்யூபிட், க்யூட்ரிட் (qutrit),..., க்யூடிட் (qudit) என குறிப்பிடப்படுகின்றன. d என்பது ஒரு மாறி. ஆகையால், எந்தவொரு நிலைகளைக் கொண்ட குவாண்ட அமைப்பையும் குறிக்கப் பயன்படுவது.

குவாண்டக் கருவிகள்

குவாண்டக் கணினியிலும் அல்லது எந்தவொரு குவாண்டச் செயலியானாலும் அவை அதனுள்ளே உள்ள அணு, அணுக்கரு, ஒளித்துகள் என்ற அந்தந்த குவாண்டத்துகளின் தன்மையினைக் கொண்டு அமைவன. மரபார்ந்த கணினியினுள் மின்னோடாத்தைச் சார்ந்து, அதாவது எதிர்மின் துகள்கள் எனப்படும் எலக்றான்களின் ஓட்டத்தைச் சார்ந்து கணிக்கப்படுகிறது. ஆனால், குவாண்டக் கணினியைப் பொறுத்தமட்டில், ஒவ்வொரு எதிர்மின் துகளும் ஒரு க்யூபிட் செய்தி அளவாகக் கருதலாம். ஆகவே, குவாண்டக் கருவிகளின் செய்தி கொள்திறன் மிகவும் அதிகம். ஆனால், அவை அந்த செய்திகளை சேமித்து வைக்கும் நேரம், சூழல் சார்ந்த விளைவுகளான, வெப்பநிலை, அருகில் உள்ள மற்றக் கருவிகளின் குறுக்கீடுப் போன்றவற்றால் மிகவும் பாதிக்கப்படும் நிலைகள் இருப்பதால், இச்சோதனைகள் மிகவும் கடினமானதாகவும் மிகப் பெரிய சவாலாகவும் அமைகின்றன.

குவாண்ட சோதனைகள்

ஓரியல் ஒளிக்கற்றைகளில் உள்ள ஒளித்துகள்கள், அணுக்கரு காந்த ஒத்திசைவுச் சோதனைகளில் அணுக்கரு, அயனிப் பொறிகளில் கட்டுப்படுத்தப்பட அயனிகள், போஸ் ஐன்ஸ்டைன் ஒடுக்கத்தில் உண்டான அணுக்கள் மூலக்கூறுகள், மீயுயர் கடத்தி க்யூபிட்கள் எனப் பலதரப்பட்ட சோதனைகளில் ஆய்வுகள் நடந்து வருகின்றன, குவாண்டக் கருவிகளைக் கொண்டு ஒளியிழைகளின் வழித் தொடர்பை சுவிட்சர்லாந்தில் அமைத்து வருகின்றனர். மேலும், சீன நாட்டு ஆய்வாளர்கள் குவாண்ட தொலைதூர மீஉருவாக்கத்தை ஒளித்துகள்களின் தளவிளைவுநிலைகளை நூறு கிலோமீட்டர் இடைவெளியிலான தூரத்தில் அனுப்பி வெற்றியடைந்துள்ளனர்.

உசாத்துணை

↑ Nielsen, Michael A., Chuang, Isaac L. Quantum Computation and Quantum Information, Cambridge University Press, 2000
↑ Benioff, Paul (1980). "The computer as a physical system: A microscopic quantum mechanical Hamiltonian model of computers as represented by Turing machines". Journal of statistical physics 22 (5): 563–591. doi:10.1007/BF01011339,
↑ Feynman, R. P. (1982). "Simulating physics with computers". International Journal of Theoretical Physics 21 (6): 467–488. doi:10.1007/BF02650179
↑ Waldner, Jean-Baptiste (2007). Nanocomputers and Swarm Intelligence. London: ISTE. p. 157. பன்னாட்டுத் தரப்புத்தக எண் 2-7462-1516-0.

[QC-Nielsen-1] Nielsen, Michael A., Chuang, Isaac L. Quantum Computation and Quantum Information, Cambridge University Press, 2000

[Benioff-2] Benioff, Paul (1980). "The computer as a physical system: A microscopic quantum mechanical Hamiltonian model of computers as represented by Turing machines". Journal of statistical physics 22 (5): 563–591. doi:10.1007/BF01011339,

[Feynman82-3] Feynman, R. P. (1982). "Simulating physics with computers". International Journal of Theoretical Physics 21 (6): 467–488. doi:10.1007/BF02650179

[4] Waldner, Jean-Baptiste (2007). Nanocomputers and Swarm Intelligence. London: ISTE. p. 157. பன்னாட்டுத் தரப்புத்தக எண் 2-7462-1516-0.

[1]

[2]

[3]

[4]