क्वांटम कॉम्प्युटिंग तंत्रज्ञानाचा अवलंब भारतासाठी कार्बन फूटप्रिंट कमी करण्यासाठी क्रांतिकारी ठरू शकतो.
अलीकडे, क्वांटम संगणन क्षेत्रातील एका मोठ्या विकासात, नॅशनल एनर्जी टेक्नॉलॉजी लॅबोरेटरी (NETL) आणि केंटकी विद्यापीठातील संशोधकांनी एक अल्गोरिदम तयार केला जो कार्बन कॅप्चर तंत्रज्ञानामध्ये लक्षणीय प्रगती करण्याचे वचन देतो, ज्यामुळे कार्बन उत्सर्जन कमी करण्यात मदत होईल. हा अल्गोरिदम विद्यमान क्वांटम संगणकांवर चालविला जाऊ शकतो, आणि म्हणून, इतर संशोधकांकडून मोठ्या प्रमाणावर स्वीकारला जाऊ शकतो. क्वांटम कॉम्प्युटिंग तंत्रज्ञानासाठी अद्याप सुरुवातीचे दिवस असताना, यासारख्या व्यावहारिक अनुप्रयोगांमुळे या क्षेत्रातील पुढील संशोधन आणि गुंतवणूकीची सतत गरज निश्चितच वाढेल.
ग्लोबल वॉर्मिंग हा मानवजातीसाठी दीर्घकाळापासून चिंतेचा विषय आहे. हे प्रामुख्याने जीवाश्म इंधनाच्या अत्यधिक वापरामुळे वातावरणातील कार्बन डायऑक्साइड (CO2) च्या वाढलेल्या पातळीमुळे होते, जे कमी होण्याची कोणतीही चिन्हे दर्शवत नाही. वातावरणातील CO2 पूर्व-औद्योगिक पातळीपासून जवळजवळ 50 टक्क्यांनी वाढले आहे. नॅशनल ओशनिक अँड अॅटमॉस्फेरिक अ‍ॅडमिनिस्ट्रेशननुसार, मागील दशकातील प्रवृत्तीनुसार, 2021 मधील 415.7 ppm वरून CO2 साठी जागतिक पृष्ठभागाची सरासरी 2.13 भाग प्रति दशलक्ष (ppm) वाढून 2022 मध्ये 417.06 ppm झाली. उत्सर्जनाची ही अभूतपूर्व पातळी ग्रहावरील जीवनासाठी संभाव्य आपत्तीजनक ठरू शकते.
यातील मुख्य परिमाण म्हणजे या रासायनिक अभिक्रियांचे संगणनात्मक अनुकरण करणे, ज्यासाठी क्वांटम स्केलवर त्यांच्या आण्विक परस्परसंवादांचे विश्लेषण आवश्यक आहे.
ग्लोबल वार्मिंगचा प्रतिकार करण्यासाठी वापरल्या जाणार्‍या पद्धतींपैकी एक म्हणजे वातावरणातील कार्बन कॅप्चर वापरणे ज्यामध्ये विशिष्ट संयुगे, मुख्यतः अमाइन, उदा. अमोनिया (NH3), हे वातावरणातून प्रभावीपणे काढून टाकण्यासाठी, CO2 सह रासायनिकरित्या बांधण्यासाठी वापरले जाते. चेतावणी अशी आहे की सध्या वापरल्या जाणार्‍या प्रतिक्रिया महाग आहेत आणि फार कार्यक्षम नाहीत. त्यामुळे त्यांचा वापर सध्या आर्थिकदृष्ट्या परवडणारा दिसत नाही. म्हणून, शास्त्रज्ञ अजूनही अधिक अनुकूल कार्बन कॅप्चर प्रतिक्रियांच्या शोधात आहेत.
यातील मुख्य परिमाण म्हणजे या रासायनिक अभिक्रियांचे संगणनात्मक अनुकरण करणे, ज्यासाठी क्वांटम स्केलवर त्यांच्या आण्विक परस्परसंवादांचे विश्लेषण आवश्यक आहे. तथापि, हे पूर्ण करण्यापेक्षा सांगणे सोपे आहे, कारण ही गणना शास्त्रीय संगणकांच्या क्षमतेच्या पलीकडे आहे, अगदी सोप्या संयुगांसाठीही. येथेच क्वांटम कॉम्प्युटिंग तंत्रज्ञान पाऊल टाकते.
क्वांटम संगणक अलीकडच्या काळात एक रोमांचक तंत्रज्ञान विकास आहे. ते शास्त्रीय संगणकांपेक्षा झपाट्याने वेगवान आहेत जे त्यांना विविध क्षेत्रातील विविध अनुप्रयोगांसाठी योग्य बनवतात. तथापि, ते अद्याप त्यांच्या विकासाच्या सुरुवातीच्या टप्प्यात आहेत, आणि अगदी अत्याधुनिक मशीन काही शंभर क्यूबिट्सपर्यंत मर्यादित आहेत[1]. यादृच्छिक चढउतार किंवा आवाजाची अंतर्निहित समस्या देखील आहे – क्यूबिट्सद्वारे माहिती गमावणे. क्वांटम कॉम्प्युटरच्या व्यावहारिक अंमलबजावणीतील हा एक प्रमुख अडथळे आहे. परिणामी, या गोंगाटयुक्त इंटरमीडिएट-स्केल क्वांटम संगणकांना (NISQs) जटिल गणना करण्यासाठी अधिक वेळ लागतो. अगदी सोप्या अमाईन, अमोनियासह CO2 ची सर्वात मूलभूत प्रतिक्रिया देखील या NISQ साठी खूप जटिल असल्याचे दिसून येते.
व्हीक्यूई क्वांटम सिस्टीमच्या ऊर्जेचा अंदाज घेण्यासाठी क्वांटम कॉम्प्युटरचा वापर करते, तर शास्त्रीय कॉम्प्युटरचा वापर ऑप्टिमाइझ करण्यासाठी आणि गणनामध्ये सुधारणा सुचवण्यासाठी करते.
या समस्येवर एक संभाव्य उपाय म्हणजे क्वांटम आणि शास्त्रीय संगणक एकत्र करणे, क्वांटम अल्गोरिदममधील आवाजाच्या समस्येवर मात करणे. या दृष्टिकोनामुळे व्हेरिएशनल क्वांटम आयजनसोलव्हर[2] (VQE) – NETL आणि युनिव्हर्सिटी ऑफ केंटकी येथील गटाद्वारे वापरण्यात येणारी एक पद्धत तयार झाली आहे. व्हीक्यूई क्वांटम सिस्टीमच्या ऊर्जेचा अंदाज घेण्यासाठी क्वांटम कॉम्प्युटरचा वापर करते, तर शास्त्रीय कॉम्प्युटरचा वापर ऑप्टिमाइझ करण्यासाठी आणि गणनामध्ये सुधारणा सुचवण्यासाठी करते. हायड्रोजन अणू साखळ्यांची बंधनकारक ऊर्जा आणि पाण्याच्या रेणूची ऊर्जा शोधणे यासारख्या जटिल समस्यांचे निराकरण करण्यासाठी हे यशस्वीरित्या वापरले गेले आहे.
तथापि, क्वांटम कंप्युटिंग तंत्रज्ञानातील जलद प्रगतीसह, या दोन्ही समस्या या दशकाच्या उत्तरार्धात सोडवल्या जाण्याची अपेक्षा आहे. क्वांटम कंप्युटिंगच्या वापरासाठी CO2 कॅप्चर संशोधन हे कमी-हँगिंग फळांपैकी एक मानले जाते आणि यासारखे अल्गोरिदम लागू करण्याचे तंत्रज्ञान केवळ काही वर्षे दूर असल्याचे दिसते. याचा संभाव्य मोठा परिणाम होऊ शकतो कारण असा अंदाज आहे की हे हवामान बदल तंत्रज्ञान विकसित करण्यास मदत करेल जे 2035 पर्यंत प्रति वर्ष 7 गिगाटन कार्बन उत्सर्जन कमी करण्यास सक्षम असेल. NETL-केंटकी टीम आता IBM क्वांटम सोबत सहकार्य करत आहे. विद्यमान क्वांटम संगणकावर त्यांचे अल्गोरिदम.
भारताने अलिकडच्या वर्षांत सोल सारख्या अक्षय ऊर्जा स्त्रोतांमध्ये गुंतवणूक करून कार्बन फूटप्रिंट कमी करण्यासाठी बरेच प्रयत्न केले आहेत. पवन ऊर्जा शेतात. असे असूनही, 2022 मध्ये 2.3 अब्ज टन CO2 उत्सर्जित होऊन, जागतिक कार्बन उत्सर्जनात भारत तिसर्‍या क्रमांकावर आहे. उत्सर्जनात सर्वात जास्त 6 टक्के वाढ होण्याचा अंदाज आहे.
भारताने अलीकडेच क्वांटम तंत्रज्ञानाच्या क्षेत्रात मोठी गुंतवणूक केली आहे, केंद्राने वैज्ञानिक आणि औद्योगिक संशोधन विकासासाठी निधी देण्यासाठी राष्ट्रीय क्वांटम मिशनसाठी 8,000 कोटी रुपयांची तरतूद केली आहे. पुढील आठ वर्षांत 50-100 भौतिक क्यूबिट्ससह इंटरमीडिएट-स्केल क्वांटम संगणक विकसित करण्याचे लक्ष्य मिशनचे आहे. तथापि, भारताने युनायटेड स्टेट्स (यूएस), युनायटेड किंगडम (यूके) आणि चीन सारख्या देशांशी संपर्क साधण्याचा विचार केला तर अजून बराच पल्ला गाठायचा आहे.
भारताने अलीकडेच क्वांटम तंत्रज्ञानाच्या क्षेत्रात मोठी गुंतवणूक केली आहे, केंद्राने वैज्ञानिक आणि औद्योगिक संशोधन विकासासाठी निधी देण्यासाठी राष्ट्रीय क्वांटम मिशनसाठी 8,000 कोटी रुपयांची तरतूद केली आहे.
हे स्पष्ट आहे की क्वांटम कंप्युटिंग तंत्रज्ञानातील गुंतवणूक वाढवल्याने भारताला असंख्य फायदे मिळतील. राष्ट्रीय कार्बन उत्सर्जन कमी करण्यात संभाव्यपणे मदत होऊ शकते ही वस्तुस्थिती या कारणास आणखी प्रोत्साहन देते. जागतिक कार्बन उत्सर्जनात भारत हा सर्वात मोठा योगदान देणारा देश असल्याने याकडे लक्ष देणे योग्य ठरेल. याशिवाय, क्वांटम केमिस्ट्रीमधील इतर गणनांमध्ये या तंत्रज्ञानाचे संभाव्य दूरगामी परिणाम आहेत. NETL/Kentucky संघाने विकसित केलेले अल्गोरिदम रसायनशास्त्र, जीवशास्त्र आणि वैद्यकातील संभाव्य अनुप्रयोगांसह इतर रासायनिक अभिक्रियांवर देखील लागू केले जाऊ शकते.
यूएस मध्ये, IBM ने क्वांटम कॉम्प्युटिंगमध्ये संशोधन करण्यात पुढाकार घेतला आहे आणि जगभरातील विद्यापीठांशी सहकार्य करत आहे. उदाहरणार्थ, जपानमध्ये नुकत्याच झालेल्या G7 शिखर परिषदेत 100,000 क्यूबिट क्वांटम-केंद्रित सुपर कॉम्प्युटर विकसित करण्यासाठी टोकियो विद्यापीठ आणि शिकागो विद्यापीठासोबत US$ 100-दशलक्ष उपक्रमाची घोषणा केली. याने सिंगापूरच्या नॅशनल युनिव्हर्सिटीसोबत तीन वर्षांच्या सहकार्याची घोषणा केली आहे, ज्यामुळे संशोधकांना क्लाउडवरील IBM च्या क्वांटम कॉम्प्युटरमध्ये प्रवेश मिळेल. यूकेमध्ये, ऑक्सफर्ड विद्यापीठाच्या रिस्पॉन्सिबल टेक्नॉलॉजी इन्स्टिट्यूटने (आरटीआय) अलीकडेच क्वांटम कम्प्युटिंग अँड सिम्युलेशन हब (क्यूसीएस) सह संशोधन सहयोग जाहीर केला आहे—व्यावसायिक आणि सरकारी संस्थांच्या विस्तृत श्रेणीद्वारे समर्थित 17 विद्यापीठांचे समूह-आणि अर्न्स्ट आणि तरुण. भारत सरकारने, इंडियन इन्स्टिट्यूट ऑफ टेक्नॉलॉजी (IIT) आणि इंडियन इन्स्टिट्यूट ऑफ सायन्स (IISC) सारख्या देशातील प्रमुख संस्थांसह, यापैकी काही संस्था आणि विद्यापीठांसोबत असे सहकार्य केले पाहिजे.
राष्ट्रीय कार्बन उत्सर्जन कमी करण्यात संभाव्यपणे मदत होऊ शकते ही वस्तुस्थिती या कारणास आणखी प्रोत्साहन देते. जागतिक कार्बन उत्सर्जनात भारत हा सर्वात मोठा योगदान देणारा देश असल्याने याकडे लक्ष देणे योग्य ठरेल.
खासगी क्षेत्रानेही या तंत्रज्ञानात गुंतवणूक करणे फायदेशीर ठरेल. क्वांटम संगणक, शास्त्रीय संगणकांपेक्षा वेगाने वेगवान असल्याने, अधिक जटिल आणि अत्याधुनिक व्यावसायिक समस्या हाताळू शकतात. “सतत खोली” क्वांटम सर्किट त्यांच्या शास्त्रीय समकक्षांपेक्षा अधिक शक्तिशाली असल्याचे सिद्ध झाले आहे. जटिल लॉजिस्टिक ऑप्टिमायझेशन समस्या सोडवण्याची त्यांची क्षमता अनेक उद्योगांना खर्चात कपात करण्याच्या महत्त्वपूर्ण उपायांसह प्रदान करेल. त्यामुळेच व्होडाफोन आणि एक्सॉनमोबिल सारख्या कंपन्यांनी क्वांटम कॉम्प्युटिंग तंत्रज्ञानातील संशोधनात गुंतवणूक करण्यासाठी IBM सोबत भागीदारीची घोषणा केली आहे. भारतीय खाजगी क्षेत्राने त्याचे अनुकरण करण्याची तातडीची गरज आहे कारण या डोमेनमध्ये त्यांची उपस्थिती गंभीरपणे कमी आहे आणि सरकारने त्याला असे करण्यासाठी प्रोत्साहन देणे आवश्यक आहे.
प्रतिक त्रिपाठी हे ऑब्झर्व्हर रिसर्च फाउंडेशनच्या सेंटर फॉर सिक्युरिटी, स्ट्रॅटेजी अँड टेक्नॉलॉजीचे प्रोबेशनरी रिसर्च असिस्टंट आहेत.
_____________________________________________________________________________
[१] शास्त्रीय संगणक डेटावर बिट्स (0s किंवा 1s) स्वरूपात प्रक्रिया करतात, तर क्वांटम संगणक माहिती वाहून नेणारे कण (सामान्यत: फोटॉन) 0 आणि 1 स्थितींच्या सुपरपोझिशनमध्ये ठेवण्याची परवानगी देतात, ज्याला क्वांटम बिट्स किंवा क्यूबिट्स म्हणतात.
[२] “आयगेनसोलव्हर” हा शब्द इजेनव्हॅल्यू या शब्दापासून आला आहे जो ऊर्जा, स्थिती, संवेग इत्यादीसारख्या क्वांटम प्रणालीच्या भौतिक गुणधर्मांच्या मूल्याचा संदर्भ देतो.
[३] साधारणपणे, किरणोत्सर्गाच्या संपर्कात असताना रेणू इलेक्ट्रॉनिक, कंपनात्मक किंवा रोटेशनल संक्रमणातून जातात. जेव्हा रेणूमधील इलेक्ट्रॉन एका उर्जेच्या पातळीपासून दुसर्‍या स्तरावर उत्तेजित होतात तेव्हा इलेक्ट्रॉनिक संक्रमण होते. येथे, इलेक्ट्रॉन कमी उर्जा पातळीपासून उच्च उर्जा पातळीकडे जातात. या संक्रमणाशी निगडीत ऊर्जेतील बदल रेणूच्या संरचनेबद्दल माहिती देतात आणि रंगासारखे आण्विक गुणधर्म निश्चित करण्यात मदत करतात. रेणूचे कंपनात्मक संक्रमण म्हणजे रेणूच्या एका कंपन ऊर्जा पातळीपासून दुसर्‍या स्तरावर हालचाली. या प्रकारचे संक्रमण एकाच इलेक्ट्रॉनिक अवस्थेतील वेगवेगळ्या कंपन पातळींमध्ये होते.
The views expressed above belong to the author(s). ORF research and analyses now available on Telegram! Click here to access our curated content — blogs, longforms and interviews.
PREV
