কোয়ান্টম কম্পিউটিংয়ের মন-বিভ্রান্তিকর পদার্থবিজ্ঞান কেন বিটকয়েন এবং ক্রিপ্টোর জন্য ভয়ানক

এই সপ্তাহে, Google একটি গবেষণাপত্র প্রকাশ করেছে যা বর্ণনা করে কীভাবে একটি কোয়ান্টাম কম্পিউটার তাত্ত্বিকভাবে ৯ মিনিটে একটি বিটকয়েন প্রাইভেট কী বের করতে পারে, যার প্রভাব Ethereum, অন্যান্য টোকেন, ব্যক্তিগত ব্যাংকিং এবং সম্ভাব্যভাবে বিশ্বের সবকিছুতে বিস্তৃত।

কোয়ান্টাম কম্পিউটিংকে একটি সাধারণ কম্পিউটারের দ্রুততর সংস্করণ বলে ভুল করা সহজ। কিন্তু এটি আরও শক্তিশালী চিপ বা বড় সার্ভার ফার্ম নয়। এটি মৌলিকভাবে ভিন্ন ধরনের মেশিন, পরমাণুর স্তরেই ভিন্ন।

একটি কোয়ান্টাম কম্পিউটার একটি অত্যন্ত ঠান্ডা, অত্যন্ত ছোট ধাতব লুপ দিয়ে শুরু হয় যেখানে কণাগুলি এমনভাবে আচরণ করতে শুরু করে যেভাবে তারা পৃথিবীর স্বাভাবিক অবস্থায় আচরণ করে না, এমন উপায়ে যা পদার্থবিজ্ঞানের মৌলিক নিয়ম হিসাবে আমরা যা মনে করি তা পরিবর্তন করে।

এর অর্থ কী তা শারীরিকভাবে বোঝা, কোয়ান্টাম হুমকি সম্পর্কে পড়া এবং প্রকৃতপক্ষে এটি উপলব্ধি করার মধ্যে পার্থক্য।

কম্পিউটার এবং কোয়ান্টাম কম্পিউটার প্রকৃতপক্ষে কীভাবে কাজ করে

সাধারণ কম্পিউটার বিট হিসাবে তথ্য সংরক্ষণ করে — প্রতিটি হয় ০ অথবা ১। একটি বিট হল একটি ক্ষুদ্র সুইচ। শারীরিকভাবে, এটি একটি "চিপ"-এ একটি ট্রানজিস্টর — একটি মাইক্রোস্কোপিক গেট যা হয় বিদ্যুৎ প্রবাহিত করতে দেয় (১) অথবা দেয় না (০)।

প্রতিটি ফটো, প্রতিটি বিটকয়েন লেনদেন, আপনার টাইপ করা প্রতিটি শব্দ এই সুইচগুলির চালু বা বন্ধ থাকার প্যাটার্ন হিসাবে সংরক্ষিত হয়। একটি বিট সম্পর্কে রহস্যময় কিছু নেই; এটি দুটি নির্দিষ্ট অবস্থার একটিতে থাকা একটি শারীরিক বস্তু।

প্রতিটি গণনা কেবলমাত্র এই ০ এবং ১ গুলিকে সত্যিই দ্রুত এদিক-ওদিক সরানো। একটি আধুনিক চিপ প্রতি সেকেন্ডে কোটি কোটি এটি করতে পারে, তবে এটি এখনও একবারে একটি করে, ক্রমানুসারে করে।

কোয়ান্টাম কম্পিউটার বিটের পরিবর্তে কিউবিট নামে পরিচিত কিছু ব্যবহার করে। একটি কিউবিট ০, ১, অথবা — এবং এটি হল অদ্ভুত অংশ — একই সময়ে উভয়ই হতে পারে!

এটি সম্ভব কারণ একটি কিউবিট সম্পূর্ণ ভিন্ন ধরনের শারীরিক বস্তু। সবচেয়ে সাধারণ সংস্করণ, এবং যেটি Google ব্যবহার করে, তা হল পরম শূন্যের প্রায় ০.০১৫ ডিগ্রি উপরে ঠান্ডা করা একটি ক্ষুদ্র সুপারকন্ডাক্টিং ধাতব লুপ, বাইরের মহাকাশের চেয়েও ঠান্ডা কিন্তু এখানে পৃথিবীতে।

সেই তাপমাত্রায়, বিদ্যুৎ কোনো প্রতিরোধ ছাড়াই লুপের মধ্য দিয়ে প্রবাহিত হয় এবং কারেন্ট একটি কোয়ান্টাম অবস্থায় বিদ্যমান বলে বলা হয়।

সুপারকন্ডাক্টিং লুপে, কারেন্ট ঘড়ির কাঁটার দিকে প্রবাহিত হতে পারে (এটিকে ০ বলুন) বা ঘড়ির কাঁটার বিপরীত দিকে (এটিকে ১ বলুন)। কিন্তু কোয়ান্টাম স্কেলে, কারেন্টকে একটি দিক বাছাই করতে হয় না এবং প্রকৃতপক্ষে উভয় দিকে একসাথে প্রবাহিত হয়।

এটিকে সত্যিই দ্রুত দুটির মধ্যে স্যুইচ করা বলে ভুল করবেন না। কারেন্ট পরিমাপযোগ্যভাবে, পরীক্ষামূলকভাবে এবং যাচাইযোগ্যভাবে উভয় অবস্থায় একসাথে রয়েছে।

মন-বাঁকানো পদার্থবিজ্ঞান

এ পর্যন্ত আমাদের সাথে আছেন? দুর্দান্ত, কারণ এখানেই এটি সত্যিকার অর্থে অদ্ভুত হয়ে ওঠে, কারণ এটি কীভাবে কাজ করে তার পিছনে পদার্থবিজ্ঞান অবিলম্বে স্বজ্ঞাত নয়, এবং এটি হওয়ার কথাও নয়।

দৈনন্দিন জীবনে কেউ যা কিছুর সাথে যোগাযোগ করে তা ক্লাসিক্যাল পদার্থবিজ্ঞান মেনে চলে, যা ধরে নেয় যে জিনিসগুলি এক সময়ে এক জায়গায় থাকে। কিন্তু সাবঅ্যাটমিক স্কেলে কণাগুলি এভাবে আচরণ করে না।

একটি ইলেক্ট্রনের নির্দিষ্ট অবস্থান থাকে না যতক্ষণ না আপনি এটি দেখেন। একটি ফোটনের নির্দিষ্ট পোলারাইজেশন থাকে না যতক্ষণ না আপনি এটি পরিমাপ করেন। একটি সুপারকন্ডাক্টিং লুপে কারেন্ট নির্দিষ্ট দিকে প্রবাহিত হয় না যতক্ষণ না আপনি এটিকে বাছাই করতে বাধ্য করেন।

দৈনন্দিন জীবনে আমরা এটি অনুভব করি না তার কারণ হল ডিকোহেরেন্স। যখন একটি কোয়ান্টাম সিস্টেম তার পরিবেশের সাথে মিথস্ক্রিয়া করে, বায়ু অণু, তাপ, কম্পন এবং আলো, সুপারপজিশন প্রায় তাৎক্ষণিকভাবে ভেঙে পড়ে।

একটি ফুটবল একসাথে দুটি জায়গায় থাকতে পারে না কারণ এটি প্রতি ন্যানোসেকেন্ডে ট্রিলিয়ন বায়ু অণু, ধুলো, শব্দ, তাপ, মাধ্যাকর্ষণ ইত্যাদির সাথে মিথস্ক্রিয়া করছে। কিন্তু প্রায়-পরম-শূন্য ভ্যাকুয়ামে একটি ক্ষুদ্র কারেন্ট বিচ্ছিন্ন করুন, প্রতিটি সম্ভাব্য বিঘ্ন থেকে এটিকে রক্ষা করুন, এবং কোয়ান্টাম আচরণ গণনা করার জন্য যথেষ্ট দীর্ঘ সময় টিকে থাকে।

এই কারণেই কোয়ান্টাম কম্পিউটার তৈরি করা এত কঠিন। লোকেরা শারীরিক পরিবেশ ইঞ্জিনিয়ারিং করছে যেখানে পদার্থবিজ্ঞানের নিয়মগুলি যা সাধারণত এই জিনিসগুলি ঘটতে বাধা দেয় তা একটি গণনা চালানোর জন্য যথেষ্ট দীর্ঘ সময়ের জন্য দূরে রাখা হয়।

Google-এর মেশিনগুলি বিশাল কক্ষের আকারের ডাইলিউশন রেফ্রিজারেটরে পরিচালিত হয়, প্রাকৃতিক মহাবিশ্বের যেকোনো কিছুর চেয়ে ঠান্ডা, ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক শব্দ, কম্পন এবং তাপীয় বিকিরণের বিরুদ্ধে শিল্ডিংয়ের স্তরে ঘেরা।

এবং কিউবিটগুলি তখনও ভঙ্গুর। তারা ক্রমাগত তাদের কোয়ান্টাম অবস্থা হারায়, যে কারণে "ত্রুটি সংশোধন" স্কেলিং সম্পর্কে প্রতিটি কথোপকথনে প্রাধান্য পায়।

সুতরাং কোয়ান্টাম কম্পিউটিং ক্লাসিক্যাল কম্পিউটিংয়ের দ্রুততর সংস্করণ নয়। এটি বিভিন্ন শারীরিক আইনের একটি সেট ব্যবহার করছে যা শুধুমাত্র অত্যন্ত ছোট স্কেল, অত্যন্ত কম তাপমাত্রা এবং অত্যন্ত ছোট সময়সীমায় প্রযোজ্য।

এখন এটি স্ট্যাক করুন।

দুটি সাধারণ বিট চারটি অবস্থার (০০, ০১, ১০, ১১) একটিতে থাকতে পারে, কিন্তু একবারে শুধুমাত্র একটি (যেহেতু কারেন্ট শুধুমাত্র একটি দিকে প্রবাহিত হয়)। দুটি কিউবিট একসাথে সমস্ত চারটি অবস্থার প্রতিনিধিত্ব করতে পারে, কারণ কারেন্ট একই সময়ে সমস্ত দিকে প্রবাহিত হচ্ছে।

তিনটি কিউবিট আটটি অবস্থার প্রতিনিধিত্ব করে। দশটি কিউবিট ১,০২৪ প্রতিনিধিত্ব করে। পঞ্চাশটি কিউবিট এক কোয়াড্রিলিয়নের বেশি প্রতিনিধিত্ব করে। প্রতিটি কিউবিট যুক্ত হওয়ার সাথে সংখ্যা দ্বিগুণ হয়, যে কারণে স্কেলিং এত সূচকীয়।

দ্বিতীয় কৌশল হল এন্ট্যাঙ্গেলমেন্ট নামে কিছু। যখন দুটি কিউবিট এন্ট্যাঙ্গেল হয়, একটি পরিমাপ করা তাৎক্ষণিকভাবে একজন পর্যবেক্ষককে অন্যটি সম্পর্কে কিছু বলে, তারা যতই দূরে থাকুক না কেন। এটি একটি কোয়ান্টাম কম্পিউটারকে সেই সমস্ত একযোগে অবস্থার মধ্যে সমন্বয় করতে দেয় এমনভাবে যা সাধারণ সমান্তরাল কম্পিউটিং করতে পারে না।

এবং এই কোয়ান্টাম কম্পিউটারগুলি এমনভাবে সেট আপ করা হয় যাতে ভুল উত্তরগুলি একে অপরকে বাতিল করে দেয় (ওভারল্যাপিং তরঙ্গের মতো যা সমতল হয়ে যায়) এবং সঠিক উত্তরগুলি একে অপরকে শক্তিশালী করে (তরঙ্গের মতো যা উচ্চতর স্ট্যাক করে)। গণনা শেষে, সঠিক উত্তরটি পরিমাপ করার সর্বোচ্চ সম্ভাবনা থাকে।

সুতরাং এটি ব্রুট-ফোর্স গতি নয়। এটি গণনার একটি মৌলিকভাবে ভিন্ন পদ্ধতি — যা প্রকৃতিকে সম্ভাবনার একটি সূচকীয়ভাবে বড় স্থান অন্বেষণ করতে দেয় এবং তারপর যুক্তির পরিবর্তে পদার্থবিজ্ঞানের মাধ্যমে সঠিক উত্তরে ভেঙে পড়ে।

ক্রিপ্টোগ্রাফির জন্য একটি স্মারক হুমকি

এই মন-বাঁকানো পদার্থবিজ্ঞান এনক্রিপশনের জন্য ভয়ঙ্কর কেন।

বিটকয়েন রক্ষাকারী গণিত এই ধারণার উপর নির্ভর করে যে প্রতিটি সম্ভাব্য কী পরীক্ষা করতে মহাবিশ্বের বয়সের চেয়ে বেশি সময় লাগবে।

কিন্তু একটি কোয়ান্টাম কম্পিউটার প্রতিটি কী পরীক্ষা করে না। এটি একই সাথে তাদের সকলকে অন্বেষণ করে এবং সঠিকটি পৃষ্ঠে আনতে ব্যাঘাত ব্যবহার করে।

সেখানেই এটি Bitcoin-এর সাথে যুক্ত। এক দিকে যাওয়া, প্রাইভেট কী থেকে পাবলিক কী-তে, মিলিসেকেন্ড সময় নেয়। অন্য দিকে যাওয়া, পাবলিক কী থেকে প্রাইভেট কী-তে ফিরে আসা, একটি ক্লাসিক্যাল কম্পিউটারে এক মিলিয়ন বছর লাগবে, বা এমনকি মহাবিশ্বের বয়সের চেয়ে বেশি সময়। সেই অসামঞ্জস্যই একমাত্র জিনিস যা প্রমাণ করে যে একজন ব্যক্তি তাদের কয়েন ধরে রেখেছে।

Shor's নামে একটি অ্যালগরিদম চালানো একটি কোয়ান্টাম কম্পিউটার সেই ট্র্যাপডোরের মধ্য দিয়ে বিপরীতে যেতে পারে। Google-এর এই সপ্তাহের গবেষণাপত্র দেখিয়েছে যে এটি যে কেউ পূর্বে অনুমান করেছিল তার চেয়ে অনেক কম সম্পদ দিয়ে এটি করতে পারে এবং এমন একটি সময়সীমার মধ্যে যা বিটকয়েনের নিজস্ব ব্লক নিশ্চিতকরণের বিরুদ্ধে প্রতিযোগিতা করে।

এই কারণেই কোয়ান্টাম কম্পিউটার ব্লকচেইন এনক্রিপশন ভাঙার হুমকি সত্যিকার অর্থে সবাইকে খুব চিন্তিত করছে।

সেই আক্রমণটি ধাপে ধাপে কীভাবে কাজ করে, Google-এর গবেষণাপত্র বিশেষভাবে কী পরিবর্তন করেছে, এবং ইতিমধ্যে উন্মুক্ত হওয়া ৬.৯ মিলিয়ন বিটকয়েনের জন্য এর অর্থ কী, তা এই সিরিজের পরবর্তী অংশের বিষয়।