কোয়ান্টাম কম্পিউটার এর জন্য নতুন প্রোগ্রামিং ল্যাঙ্গুয়েজ তৈরি করল এমআইটি

আমাদের প্রচলিত ক্ল্যাসিক্যাল কম্পিউটার “Bit” এর মাধ্যমে তথ্য সংরক্ষণ ও পরিচালনা করে। কিন্তু কোয়ান্টাম কম্পিউটার যে বিশেষ বিটের মাধ্যমে তথ্য সংরক্ষণ ও পরিচালনা করে তা হলো “কিউবিট (Qubit)“। কিউবিট এর মাধ্যমে কোয়ান্টাম কম্পিউটার 1 অথবা 0 অথবা একই সাথে 1 এবং 0 আকারে এমনকি এর মাঝের যেকোনো সংখ্যার আকারে তথ্য সংরক্ষণ করে। যেখানে ক্লাসিকাল কম্পিউটার শুধুমাত্র 1 অথবা 0 আকারে তথ্য সংরক্ষণ করতে পারে। 1-0 এর সহাবস্থান “কোয়ান্টাম কম্পিউটার” এর মূল শক্তি। একই সাথে 1 একই সাথে 0 এর প্রতিনিধিত্ব করার ফলে এটি একসঙ্গে বহু তথ্য সংরক্ষণ ও পরিচালনা করার ক্ষমতা রাখে।

সুতরাং বুঝতেই পারছেন একটা ট্র‍্যাডিশনাল কম্পিউটার থেকে এই কোয়ান্টাম কম্পিউটার কতটুকু শক্তিশালী! কিন্তু রেগুলার কম্পিউটারে যেমন আমরা প্রোগ্রামিং ল্যাঙ্গুয়েজ ব্যবহার করি, তেমনি কোয়ান্টাম কম্পিউটিং এর ক্ষেত্রেও আমাদের একটি সঠিক প্রোগ্রামিং ল্যাঙ্গুয়েজ দরকার।

কোয়ান্টাম কম্পিউটিং এর ক্ষেত্রে এন্টেঙ্গেলমেন্ট, ডুয়ালিটি খুবই গুরুত্বপূর্ণ একটি ফ্যাক্টর৷ যখন দুইটি কিউবিট এন্টেঙ্গেলড হবে, একটি কিউবিটে কোনো অ্যাকশন নিলে সঙ্গে সঙ্গে অন্য কিউবিট এর ভ্যালু পরিবর্তিত হয়ে যাবে। এমনকি কিউবিট দুটি যদি শারীরিকভাবেও আলাদা থাকে, এমন ঘটনা ঘটবে। অর্থাৎ আলাদা আলাদা কোডের কিউবিটও একটি আরেকটিকে পরিবর্তিত করে ফেলতে পারে! সুতরাং প্রোগ্রাম করার ক্ষেত্রে অসাবধানবসত একটি কিউবিট পরিবর্তন এর কারণে অন্য কিউবিট এর তথ্য ধ্বংস হয়ে যেতে পারে!

MIT এর ইলেক্ট্রিক্যাল ইঞ্জিনিয়ারিং এন্ড কম্পিউটার সাইন্স এর পিএইচডি স্টুডেন্ট Charles Yuan, এসিস্ট্যান্ট প্রফেসর Michael Carbin, পিএইচডি স্টুডেন্ট Chris McNally একটি রিসার্চ প্যাপার পাবলিশ করেন৷ তারা তাদের গবেষণা গত সপ্তাহে 2022 Symposium on Principles of Programming conference in Philadelphia তে উপস্থাপন করেন। তারা তাদের এই কোয়ান্টাম প্রোগ্রামিং ল্যাঙ্গুয়েজ এর নাম দেন “টুইস্ট“। টুইস্ট একটা কোয়ান্টাম প্রোগ্রামের কোন কোন ডাটা এন্টেঙ্গেলড তা সঠিকভাবে সনাক্ত ও বর্ণনা করতে পারে।

এই ল্যাঙ্গুয়েজ ব্যবহার করে একজন ক্ল্যাসিক্যাল কম্পিউটার প্রোগ্রামারও কোয়ান্টাম প্রোগ্রামিং বুঝতে পারবেন। টুইস্ট ল্যাঙ্গুয়েজ এ Purity কনসেপ্টটি ব্যবহার করা হয়। এর ফলে এন্টেঙ্গেলমেন্ট এর অনুপস্থিতি ও প্রোগ্রামের ফলাফল এ আরো স্বজ্ঞাত ও সর্বনিম্ন বাগ সম্পন্ন প্রোগ্রাম প্রদর্শন করে। উদাহরণ স্বরূপ প্রোগ্রামাররা টুইস্ট ল্যাঙ্গুয়েজ ব্যবহার করে বলতে পারেন একটি প্রোগ্রামের গারব্যাজ হিসেবে জেনারেট করা ডাটা, প্রোগ্রামের ফলাফলের সাথে Entangled নাহ!

কোয়ান্টাম কম্পিউটার ব্যবহার করে আমরা এমনসব সমস্যার সমাধান নিমিষেই করে ফেলতে পারি, যেগুলো করতে ক্ল্যাসিক্যাল কম্পিউটার এর শত অথবা হাজার বছর লেগে যেত! ইভেন যে কাজ প্রচলিত কম্পিউটার এর ক্ষেত্রে বিপুল পরিমাণ বিট ব্যবহার করে করতে হয়, সেই একই কাজ খুবই অল্প পরিমাণ কিউবিট দিয়ে করা যাবে, যদি সঠিক প্রোগ্রাম লিখা যায়।

MIT পিএইচডি স্টুডেন্ট Charles Yuan বলেন, “আমাদের টুইস্ট ল্যাঙ্গুয়েজ ডেভলপারদের কোয়ান্টাম প্রোগ্রামিং এর জন্য নিরাপদ প্রোগ্রাম লিখার ক্ষমতা দিবে। এটি কখন একটি কিউবিটের অন্য কিউবিট এর সাথে এন্টেংগেলড হওয়া উচিত নয় তা স্পষ্টভাবে উল্লেখ্য করে“।

এছাড়াও তিনি আরও উল্লেখ করেন, “কোয়ান্টাম প্রোগ্রামিং বুঝতে হলে আমাদের আগে এন্টেঙ্গেলমেন্ট সম্পর্কে বুঝতে হবে। আমরা আশা করি Twist প্রোগ্রামারদের মধ্যে কোয়ান্টাম কম্পিউটিং আরোও সহজবোধ্য ও গ্রহণযোগ্য করে তুলবে৷”

টুইস্ট মুলত একটি বিশুদ্ধ সেট অব ইন্সট্রাকশন বা কোড এর কোয়ান্টাম বিট যাতে অন্য কোয়ান্টাম বিট এর সাথে পরিবর্তিত না হয় তা নিশ্চিত করে। ফলে টুইস্ট ল্যাঙ্গুয়েজ কোয়ান্টাম প্রোগ্রামিং কে আরও একধাপ সহজতর করে তুলেছে।

তবে টুইস্ট ল্যাঙ্গুয়েজ এর পরবর্তী এক যুগান্তকারী ব্যবহার হতে পারে “হায়ার লেভেল কোয়ান্টাম প্রোগ্রামিং ল্যাঙ্গুয়েজ” তৈরির এর ব্যবহার। বর্তমানে বেশিরভাগ কোয়ান্টাম প্রোগ্রামিং ল্যাংগুয়েজ অ্যাসেম্বলি ল্যাঙ্গুয়েজ দিয়ে রি-অ্যাসেম্বল করা।

Twist এর এই গবেষণায় সম্মিলিতভাবে অংশ নেয় ও সাপোর্ট প্রদান করে MIT-IBM Watson AI Lab, The National Science Foundation ও আরো কয়েকটি প্রতিষ্ঠান।

গবেষণাপত্র: Twist: Sound Reasoning for Purity and Entanglement in Quantum Programs, Proc. ACM Program. Lang. 6, POPL, Article 30 (January 2022), 32 pages.

DOI:  10.1145/3498691