നൊബേലിലും ‘മുന്നറിയിപ്പ്’: ചൈനയെ സൂക്ഷിക്കണം; ഇനി ക്വാണ്ടം വിപ്ലവം, ഒരു ഹാക്കറും നുഴഞ്ഞുകയറില്ല!

നൊബേൽ സമ്മാനം ലഭിച്ച മൂവരും ഭൗതികശാസ്ത്രത്തെ പിടിച്ചുകുലുക്കുന്ന പരീക്ഷണങ്ങളാണ് ഈ മേഖലയിൽ നടത്തിയിട്ടുള്ളത്. ക്യുബിറ്റ് ഒരു ഇലക്ട്രോൺ ആണെന്ന് സങ്കല്പിക്കുക. ഇത് ചുറ്റിത്തിരിയുന്നത് (സ്പിൻ അപ് എന്ന ഒരു ദിശയിൽ അല്ലെങ്കിൽ സ്പിൻ ഡൌൺ എന്ന മറ്റൊരു ദിശയിലായിരിക്കും. ചെറിയൊരു ഊർജകണം, ഉദാഹരണത്തിന്, ലേസർ ഉപയോഗിച്ച് ഇവയെ മാറ്റി ഒരേ രൂപത്തിൽ കൊണ്ടുവരാൻ കഴിയും. അതിനെ superposition of states എന്ന് വിളിക്കും. ഓരോ ക്യുബിറ്റും ക്ലാസിക്കൽ കംപ്യൂട്ടിങിലെ 0, 1 എന്നിവയുടെ സൂപ്പർ പൊസിഷനിലാണ്. ഇവിടെ ഒരു ക്യുബിറ്റ് അതായത് ഒരു കണിക ആണ് ഉപയോഗിച്ചത്. ഈ സാഹചര്യത്തിൽ കംപ്യൂട്ടർ രണ്ട് കംപ്യൂട്ടേഷന് പ്രാപ്തമാണ്. ക്യുബിറ്റുകളുടെ എണ്ണം n ആണെന്ന് സങ്കല്പിക്കുക. ഈകംപ്യൂട്ടറിന് ചെയ്യാൻ പറ്റുന്നത് 2n (Two raised to n) കംപ്യൂട്ടേഷനുകളായിരിക്കും. ഇത് എത്രയോ വലുതാണ് എന്ന് ഊഹിക്കാവുന്നതേയുള്ളൂ. ഈ സൂപ്പർപൊസിഷനെയാണ് എൻടാങ്ഗ്ൾമെൻറ് എന്നു വിളിക്കുന്നത്. അകലെയാണെങ്കിൽ പോലും അവയുടെ പ്രത്യേകതകൾ മനസിലാക്കി രണ്ടു കണങ്ങളെ ഇങ്ങനെ സൂപ്പർ പൊസിഷൻ ചെയ്യാം. 

ഇങ്ങനെ ചെയ്യുമ്പോൾ ഈ കണികകളിൽ നാം കാണാത്ത വേരിയബിൾസ് ഉണ്ടായേക്കാമെന്ന് 80 വർഷം മുമ്പ് ജോൺ സ്റ്റിവാർട്ട് ബെൽ കണ്ടുപിടിച്ചിരുന്നു. ബെൽസ് ഇൻഇക്വാലിറ്റി എന്ന ഈ സിദ്ധാന്തമാണ് കണികകളെ കുരുക്കിയിടുന്നതിനു തടസ്സമുണ്ടാക്കിയിരുന്നത്. എന്നാൽ ജോൺ ക്ലോസർ കണികകളെ കുരുക്കാമെന്ന് ക്വാണ്ടം മെക്കാനിക്സിൽ തെളിയിച്ചെടുക്കുകയായിരുന്നു. ക്ലോസറുടെ പഠനങ്ങളിൽ ചില പഴുതുകളുണ്ടായിരുന്നു. ഇതാണ് നേരത്തേ പറഞ്ഞതുപോലെ ആസ്പെക്ട് നികത്തിയെടുത്തത്. കണിക അതിന്റെ ഉറവിടത്തിൽനിന്നു പുറപ്പെട്ടുകഴിഞ്ഞാൽ ആ ഉറവിടത്തിന്റെ സ്വഭാവത്തിൽ മാറ്റം വരുത്തി സൂപ്പർപൊസിഷൻ സാധ്യമാക്കാമെന്ന് അദ്ദേഹം കണ്ടുപിടിച്ചു. ഇവിടെയാണ് സീലിങ്ഗർ രംഗത്തെത്തുന്നത്. ഒരു കണികയുടെ ക്വാണ്ടം നില അകലെയുള്ള മറ്റൊരു കണികയിലേയ്ക്ക് ആവാഹിക്കാമെന്ന് പരീക്ഷണങ്ങളിലൂടെ അദ്ദേഹത്തിന്റെ ഗവേഷക സംഘം കണ്ടുപിടിച്ചു. ഇതാണ് ക്വാണ്ടം ടെലിപോർട്ടേഷൻ. മൂവരും പരീക്ഷണങ്ങൾക്ക് ഉപയോഗിച്ച കണിക ഫോട്ടോൺ ആയിരുന്നു.

∙ ആധുനികകാലത്തെ ക്വാണ്ടം കമ്യൂണിക്കേഷൻ

ഈ നൊബേൽ സമ്മാനത്തിന്റെ പശ്ചാത്തലത്തിൽ ക്വാണ്ടം കമ്യൂണിക്കേഷനെ പരാമർശിക്കാതെ പോകുന്നത് ശരിയല്ല. ക്വാണ്ടം കമ്യൂണിക്കേഷനിലൂടെ ചൈന നൂറു കിലോമീറ്ററിൽ വളരെ സുരക്ഷിതമായി ഡേറ്റ കൈമാറി എന്ന് കഴിഞ്ഞ ഏപ്രിലിൽ ഒരു പഠനം പ്രസിദ്ധീകരിക്കപ്പെട്ടിരുന്നു. അതിന്റെ അടിസ്ഥാനത്തിൽ വാർത്തകളും പ്രത്യക്ഷപ്പെട്ടിരുന്നു. കൈമാറ്റത്തിന്റെ വേഗം കുറവായിരുന്നുവെങ്കിലും അത് സൃഷ്ടിക്കുന്ന നേട്ടങ്ങൾ എത്രയോ വലുതാണെന്ന് ശാസ്ത്രലോകം വിലയിരുത്തുന്നു. ഇത് ഏറ്റവും പ്രയോജനപ്പെടുന്നത് രഹസ്യമായി വിവരങ്ങൾ കൈമാറുന്നതിലാണ്. ഇപ്പോഴത്തെ ശൃംഖലകളുമായി ക്വാണ്ടം കമ്യൂണിക്കേഷൻ സംയോജിപ്പിക്കാനാവും. 6G സാങ്കേതികവിദ്യയിൽപോലും എൻക്രിപ്ഷൻ സാധ്യമാക്കുന്നതാണ് ഈ കണ്ടുപിടിത്തം. ചൈന ഇത് സൈനികാവശ്യങ്ങൾക്ക് ഉപയോഗിക്കുമോ ഇതാണ് ഇപ്പോൾ എല്ലാവരും ഉറ്റുനോക്കുന്നത്. ക്വാണ്ടം കമ്യൂണിക്കേഷൻ ഇപ്പോഴുപയോഗിക്കുന്ന കംപ്യൂട്ടറുകൾ വേർതിരിച്ചെടുക്കുന്നത് വളരെ വൈകിയിട്ടായിരിക്കും. 

മറ്റു രാജ്യങ്ങളുടെ പതിവ് ആശയവിനിമയം പെട്ടെന്ന് പിടിച്ചെടുക്കാനും ക്വാണ്ടം കമ്യൂണിക്കേഷനു കഴിയുമെന്ന് ചിലർ മുന്നറിയിപ്പു നൽകുന്നുണ്ട്. പക്ഷേ അതിനുമപ്പുറം നാം കാണേണ്ടത് ക്വാണ്ടം കമ്യൂണിക്കേഷൻ നൽകുന്ന സുരക്ഷിതത്വത്തെയാണ്. ഏതെങ്കിലും ഒരു ഹാക്കർ സന്ദേശം ചോർത്താൻ ശ്രമിച്ചാൽ ക്വാണ്ടം കമ്യൂണിക്കേഷനിൽ അത് കണ്ടുപിടിക്കാനും കഴിയും. ഈ സന്ദേശത്തെ ഡിലീറ്റ് ചെയ്യാനോ ഉള്ളടക്കം മാറ്റാനോ ഇതിലുടെ സാധിക്കുകയും ചെയ്യും. നൊബേൽ കമ്മിറ്റി പറയുന്നതുപോലെ ഇനിയുള്ള കാലത്ത് ക്വാണ്ടം കംപ്യൂട്ടിങ് ഏറ്റവുമധികം പ്രായോഗികമാകുന്നത് ക്വാണ്ടം കമ്യൂണിക്കേഷനിലായിരിക്കും. സമ്പൂർണമായ ക്വാണ്ടം ശൃംഖലകൾ ഹാക്ക് ചെയ്യാനാവാത്ത കമ്യൂണിക്കേഷൻ ലൈനുകളായിരിക്കും നൽകുക. അതായത് നാം ഉപയോഗിക്കുന്ന വാട്സാപ്, ടെലഗ്രാം തുടങ്ങിയവയിലൂടെയുള്ള വിവരവിനിമയവും എൻക്രിപ്റ്റ് ചെയ്ത മറ്റു സന്ദേശങ്ങളുമെല്ലാം ക്വാണ്ടം കമ്യൂണിക്കേഷനിലൂടെ കൂടുതൽ സുരക്ഷിതമാക്കാം. സീലിങ്ഗർ പറയുന്നത് ഇങ്ങനെ: സംരക്ഷിത ക്വാണ്ടം കമ്യൂണിക്കേഷൻ ഭാവിയിൽ പതിനായിരക്കണക്കിന് കിലോമീറ്റർ വ്യത്യാസത്തിൽ നടത്താൻ കഴിയും. സമീപഭാവിയിൽ തന്നെ ആശയവിനിമയം ഏറ്റവും സുരക്ഷിതമാക്കാൻ ഇതിലൂടെ സാധിക്കും. 

∙ ആരാണ് ഈ ശാസ്ത്രജ്ഞർ?

എൺപതുകാരനായ ജോൺ ക്ലോസറുടെ രക്തത്തിൽ അലിഞ്ഞുചേർന്നതാണ് ഫിസിക്സ്. പ്രശസ്തമായ ജോൺസ് ഹോപ്കിൻസ് സർവകലാശാലയിൽ എയ്റോനോട്ടിക്സ് വകുപ്പ് സ്ഥാപിച്ചത് ക്ലോസറുടെ പിതാവാണ്. അറുപതുകളുടെ മധ്യത്തിൽ ക്ലോസറെ ആകർഷിച്ചത് ജോൺ ബെൽ എന്ന ക്വാണ്ടം മെക്കാനിക്സ് ശാസ്ത്രജ്ഞന്റെ സിദ്ധാന്തമാണ്. വിദൂരത്തിലുള്ള രണ്ട് കണികകൾക്കുപോലും ഒരേ സ്വഭാവം കൈവരുത്താനാകുമെന്നായിരുന്നു ഈ സിദ്ധാന്തം. പക്ഷേ അതിന് പരീക്ഷണങ്ങളിലൂടെ എങ്ങനെ തെളിവു നൽകാനാവുമെന്നായിരുന്നു ക്ലോസറുടെ ചിന്ത. ഇതിനായി ഇറങ്ങിപ്പുറപ്പെട്ടപ്പോൾ തന്നെ അന്നത്തെ മുതിർന്ന ശാസ്ത്രജ്ഞരിൽനിന്ന് അദ്ദേഹം വിമർശനം ഏറ്റുവാങ്ങി. 

ബെർക്ക്‌ലിയിലെ കലിഫോർണിയ സർവകലാശാലയിൽ പക്ഷേ കാത്സ്യം പരമാണുക്കളിൽ നിന്നുള്ള ലേസറിലെ ഊർജം ഉപയോഗിച്ച് അദ്ദേഹം രണ്ടു പ്രോട്ടോണുകളെ കുരുക്കിട്ടു പിടിച്ച് ഒരേ തലത്തിലാക്കി. ക്ലോസറേക്കാൾ അഞ്ചു വർഷം ഇളപ്പമുള്ള അലെയ്ൻ അസ്പെക്ട്, ക്ലോസറെ പിന്തുടർന്ന് കണികകളുടെ പിന്നാലെ നടക്കുകയായിരുന്നു. പരീക്ഷണശാലയിൽനിന്നല്ല അദ്ദേഹത്തിന് ക്വാണ്ടം പ്രേരണ ലഭിച്ചത്. ആഫ്രിക്കയിലെ കാമറൂണിൽ അധ്യാപകനായി സാമൂഹിക സേവനത്തിലിരിക്കെ ചില പുസ്തകങ്ങളിൽനിന്ന് ലഭിച്ച വിവരമനുസരിച്ച് അദ്ദേഹവും ജോൺ ബെല്ലിന്റെ സിദ്ധാന്തങ്ങൾക്കു പിന്നാലെ വച്ചുപിടിച്ചു. പിന്നെ സംഭവിച്ചത് ചിന്ത്യം. അലെയ്നും ക്ലോസറും വേണമെങ്കിൽ എൻടാങ്ഗ്ൾഡ് ശാസ്ത്രജ്ഞന്മാരാണെന്നു പറയാം. ക്ലോസർ അമേരിക്കയിലും അലെയ്ൻ പാരിസ് സർവകലാശാല, അവിടെത്തന്നെയുള്ള ഇകോൾ പോളിടെക്നിക്ക് എന്നിവിടങ്ങളിലുമായിരുന്നു പരീക്ഷണ, ഗവേഷണങ്ങൾ നടത്തിയിരുന്നത്. 

ആന്റെൺ സിലിങ്ഗറെ വിളിക്കുന്നത് ക്വാണ്ടം പോപ്പ് എന്നാണ്. മറ്റു രണ്ടുപേർക്കുമിടയ്ക്കാണ് ഇദ്ദേഹത്തിന്റെ പ്രായം. 1947ൽ ഓസ്ട്രിയയിലെ റീഡ്-ലാണ് ജനിച്ചത്. 1997-ൽ ആദ്യ ക്വാണ്ടം ടെലിപോർട്ടേഷൻ നടത്തിയപ്പോൾ ഓസ്ട്രിയയിൽ സെലിങ്ഗർ ‘സ്റ്റാർ’ ആയി. സ്റ്റാർ ട്രെക്ക് സിനിമയിലെ ടെലിപോർട്ടേഷൻ (ഒരിടത്ത് മനുഷ്യൻ അപ്രത്യക്ഷനായി മറ്റൊരിടത്ത് പ്രത്യക്ഷപ്പെടുന്ന വിദ്യ) നടത്താൻ സിലിങ്ഗർക്കു കഴിയുമെന്നായിരുന്നു ഓസ്ട്രിയക്കാരുടെ വിശ്വാസം. പ്രോട്ടോണുകളെ കുരുക്കിട്ട് 2004-ലും 2007-ലും അദ്ദേഹത്തിന്റെ ഗവേഷക സംഘം ആരും ഹാക്ക് ചെയ്യാത്ത വിവരവിനിമയം നടത്തി. ഇതിനായി ക്വാണ്ടം ക്രിപ്റ്റോഗ്രാഫിക് കീ എന്ന ഒരു താക്കോൽ തന്നെ അദ്ദേഹം സൃഷ്ടിച്ചെടുത്തു. 

∙ ഐൻസ്റ്റൈനും ‘ക്വാണ്ടം ഭൂതവും’!

ഇത്തവണ നൊബേൽ സമ്മാനം ലഭിച്ച ഭൗതിക ശാസ്ത്രജ്ഞരുടെ ക്വാണ്ടം എൻടാങ്ഗ്ൾമെന്റ് അഥവാ കണിക കുരുക്കിനെക്കുറിച്ച് ഐൻസ്റ്റൈൻ ഒരിക്കൽ പറഞ്ഞത് ‘അകലെ നടക്കുന്ന ഭൂതപ്രവൃത്തി’ എന്നായിരുന്നു. ഐൻസ്റ്റൈനെ തിരുത്തുകയോ, എന്തു ഭോഷത്തരമാണിത്? അന്ന് ശാസ്ത്രജ്ഞർ ക്വാണ്ടം എൻടാങ്ഗ്ൾമെന്റിനെക്കുറിച്ച് പറഞ്ഞത് ഇതാണ്. പ്രകാശത്തെ മറികടക്കുന്ന വേഗം ഒന്നിനുമില്ല എന്ന സിദ്ധാന്തത്തെ മറികടക്കാൻ ആർക്കും കഴിയില്ലെന്നായിരുന്നു വിശ്വാസം. ഒരു കണികയുടെ സ്വഭാവം മാറ്റി അകലെയുള്ള മറ്റൊരു കണികയെ സ്വാധീനിക്കണമെങ്കിൽ പ്രകാശത്തിന്റെ വേഗം മറികടക്കണമായിരുന്നു. ഭൗതികശാസ്ത്രം ഇത് അനുവദിക്കുന്നില്ലെന്നായിരുന്നു ശാസ്ത്രജ്ഞർ പറഞ്ഞത്. മാറ്റം തൽക്ഷണം സംഭവിക്കുന്നതാണെന്ന് സൈദ്ധാന്തവൽകരിക്കപ്പെട്ടത് ഐൻസ്റ്റൈൻ അംഗീകരിച്ചില്ല.

പക്ഷേ ഐൻസ്റ്റൈൻ അന്ന് ഒരു കാര്യം പറഞ്ഞു, പുറത്തുകാണാത്ത എന്തൊക്കെയോ (ഹിഡൻ വേരിയബ്ൾസ്) ഈ കണികകൾക്കുണ്ട്. 1964-ൽ ഇതിനു പിന്നാലെ പോയത് പ്രശസ്ത ശാസ്ത്രജ്ഞനായ ജോൺ സ്റ്റിവാർട്ട് ബെൽ ആയിരുന്നു. കണികളിലെ ഈ ഒളിസ്വഭാവം കണ്ടുപിടിക്കാൻ അദ്ദേഹം സൈദ്ധാന്തികമായ ഒരു വഴി കണ്ടുപിടിച്ചു. അതിനു പിന്നാലെ 20 വർഷത്തിനുശേഷം അലെയ്ൻ ആസ്പെക്ട് പരീക്ഷണശാലയിൽ ഇത് തെളിയിക്കുകയും ചെയ്തു. അങ്ങനെ ‘ഭൂതം’ കുടത്തിൽനിന്നു പുറത്തുവന്നു. അലെയ്ൻ ശരിക്കും ഐൻസ്റ്റൈൻ തെറ്റാണെന്ന് തെളിയിച്ചോ എന്നു ചോദിച്ചാൽ, അലെയ്ൻ തന്നെ ‘ഇല്ല’ എന്നു പറയും. ഒരു ചോദ്യം ഉന്നയിച്ചതിലൂടെ ഐൻസ്റ്റൈൻ വഴികാട്ടിയായി മാറി എന്ന് അദ്ദേഹം വിനയപുരസ്സരം പറഞ്ഞിട്ടുണ്ട്. 

∙ സ്തനാർബുദവും ക്വാണ്ടം കുരുക്കും

ക്വാണ്ടം കുരുക്കിനെക്കുറിച്ച് ഫിസിക്സ് വിദ്യാർഥികൾക്കുപോലും സംശയമാണെന്നാണ് ലണ്ടൻ ഇംപീരിയൽ കോളജിലെ ഭൗതികശാസ്ത്രജ്ഞൻ ക്രിസ് ഫിലിപ്സ് പറഞ്ഞത്. അദ്ദേഹം ഫോട്ടോൺ ഉപയോഗിച്ച് സ്വന്തം പരീക്ഷണശാലയിലെ ഒരു മുറിയിൽ ഇത് തെളിയിച്ചു. ഒരു മുറിയിലെ ഫോട്ടോൺ കിരണത്തിൽ മാറ്റം വരുത്തിയപ്പോൾ അടുത്ത കിരണത്തിൽ എന്തോ സംഭവിക്കുകയും ഒരു സൂചി അനങ്ങുകയും ചെയ്തു. ഇതാണ് ഭൂതം എന്ന് ഐൻസ്റ്റൈൻ മുൻപ് പറഞ്ഞത്. എനിക്ക് രണ്ടു ലാബുകളുണ്ടെന്നു വച്ചോളൂ. ഒരിടത്ത് ഞാൻ ഇത് ചെയ്താൽ അങ്ങകലെയുള്ള ലാബിലും ഇത് സംഭവിക്കും.- ഫിലിപ്സിന് സംശയമുണ്ടായിരുന്നില്ല. 

ക്വാണ്ടം കുരുക്കുപയോഗിച്ച് ഡേറ്റ എൻക്രിപ്ഷൻ (വിവര സുരക്ഷിതത്വം), ടെലിപോർട്ടേഷൻ എന്നിവ സാധ്യമാകുമെന്ന് സിലിങ്ഗർ പറഞ്ഞപ്പോൾ ഫിലിപ്സ് ഒരു പടി മുന്നോട്ടു പോയി. ക്വാണ്ടം കുരുക്ക് സൃഷ്ടിച്ച് അതിലൂടെ സ്തനാർബുദം ചികിത്സിക്കാനുള്ള ഹൈ-ഫൈ ശബ്ദസംവിധാനത്തിന്റെ മാതൃക സൃഷ്ടിച്ചു. ഇതാണ് രണ്ടാം ക്വാണ്ടം വിപ്ലവത്തിന്റെ സൂചനകളായി കരുതപ്പെടുന്നത്. ക്വാണ്ടം കുരുക്കിന്റെ നിഗൂഢത ശാസ്ത്രലോകത്തെയാകെ അമ്പരപ്പിക്കുന്നുണ്ട്. 

ഐൻസ്റ്റൈൻ ചോദിച്ച ചോദ്യമുണ്ട്, എങ്ങനെ ഇത് സംഭവിക്കുന്നു?

ഫിലിപ്സിന്റെ ഉത്തരം ലോകത്തെയാകെ അമ്പരപ്പിക്കുന്നു, ഇത് പ്രകൃതിയുടെ വികൃതിയാണ്. 

അതാണ് ഭൗതികശാസ്ത്രം. അതിനുമുന്നിൽ ലോകം തലകുനിക്കുന്നു.

English Summary: Breakthroughs in Quantum Computing/Entanglment and Nobel Prize in Physics | Explained