কোয়ান্টাম অ্যাডভান্টেজ, কোয়ান্টাম সুপ্রিমেসি ও কোয়ান্টাম ইউটিলিটি: শব্দগুলোর অর্থ কী

কোয়ান্টাম কম্পিউটিংয়ের কভারেজে তিনটি শব্দবন্ধ বারবার আসে: কোয়ান্টাম সুপ্রিমেসি, কোয়ান্টাম অ্যাডভান্টেজ এবং কোয়ান্টাম ইউটিলিটি। কখনো এগুলোকে সমার্থক ধরা হয়, কখনো অগ্রগতির সিঁড়ি। এগুলো কোনোটিই নয়। এগুলো ভিন্ন ভিন্ন গবেষণাপত্র ও বক্তৃতা থেকে এসেছে, ভিন্ন তুলনা করে, এবং সবগুলোই যত্নের সঙ্গে বা অযত্নে ব্যবহার করা যায়।

এই গাইড ব্যাখ্যা করে শব্দগুলো কোথা থেকে এসেছে, একটি দায়িত্বশীল দাবিতে কী স্পষ্ট থাকা উচিত, এবং কিউবিট ও ত্রুটি-সংশোধন-এর মতো আরও মৌলিক ধারণার পাশে এগুলো কীভাবে পড়বেন। এটি কোয়ান্টাম কম্পিউটিংয়ের ঘোষণা কীভাবে পড়বেন শীর্ষক আমাদের চেকলিস্টের সঙ্গী।

কোয়ান্টাম সুপ্রিমেসি

John Preskill 2012 সালের একটি র‍্যাপোর্টিয়ার বক্তৃতায় “quantum supremacy” শব্দটি প্রবর্তন করেন, যা পরে “Quantum computing and the entanglement frontier” নামে প্রকাশিত হয়। তিনি এটি ব্যবহার করেছিলেন সেই প্রত্যাশিত মুহূর্তের জন্য, যখন একটি সুনিয়ন্ত্রিত কোয়ান্টাম সিস্টেম এমন একটি কাজ করতে পারবে যা সাধারণ ডিজিটাল কম্পিউটারের সাধ্যের বাইরে। সেই বক্তৃতায়, বিশ্বাসযোগ্য সুপ্রিমেসি প্রদর্শনের জন্য কোনো কার্যকর শিল্প-সমস্যা সমাধান করা জরুরি ছিল না। এটি হতে পারত একটি কৃত্রিম কাজ, যা বেছে নেওয়া হয়েছে কারণ এর ক্লাসিক্যাল সিমুলেশন কঠিন এবং নিকট-ভবিষ্যতের হার্ডওয়্যারে চালানো সম্ভব।

সেই অর্থটিই — একটি কোয়ান্টাম ডিভাইস এমন কিছু করছে যা বিশ্বাসযোগ্য ক্লাসিক্যাল সিমুলেশনের সীমা টেনে নেয় বা ছাড়িয়ে যায়, অগত্যা এমন কিছু নয় যা গণনার জন্য কেউ অর্থ দেবে — গবেষণা সাহিত্যে টিকে গেছে।

সবচেয়ে পরিচিত দাবিটি আসে 2019 সালের অক্টোবরে, যখন Google ও সহযোগীরা Nature-এ “Quantum supremacy using a programmable superconducting processor” প্রকাশ করে। তারা 53-কিউবিট Sycamore প্রসেসরে একটি র‍্যান্ডম-সার্কিট স্যাম্পলিং পরীক্ষার কথা জানায় এবং অনুমান করে যে যে কাজে তাদের কোয়ান্টাম ডিভাইসের প্রায় 200 সেকেন্ড লেগেছে, একটি অত্যাধুনিক সুপারকম্পিউটারের তাতে প্রায় 10,000 বছর লাগবে। এই সংখ্যাগুলো লেখকদের অনুমান, প্রকৃতির কোনো সর্বজনীন ধ্রুবক নয়: এগুলো নির্ভর করে ক্লাসিক্যাল সিমুলেশনকে কীভাবে মডেল করা হয় তার ওপর।

IBM-এর গবেষকরা প্রকাশ্যে জবাব দেন, যার মধ্যে ছিল “On ‘quantum supremacy’” শিরোনামের একটি ব্লগ পোস্ট; তাঁরা যুক্তি দেন যে আরও যত্নশীল একটি ক্লাসিক্যাল সিমুলেশন — বিশেষত যেটি সেকেন্ডারি স্টোরেজের ভালো ব্যবহার করে — একই স্যাম্পলিং কাজ সহস্রাব্দের বদলে কয়েক দিনে শেষ করতে পারে। মতবিরোধটি Sycamore কঠিন একটি সার্কিট চালিয়েছে কি না তা নিয়ে ছিল না। এটি ছিল ক্লাসিক্যাল অ্যালগরিদম ও মেশিন মডেলকে আরও উদারভাবে নির্ধারণ করলে “ক্লাসিক্যাল কম্পিউটারের নাগালের বাইরে” কথাটির অর্থ কী দাঁড়ায় তা নিয়ে।

সেই বিতর্কই পরবর্তী প্রতিটি সুপ্রিমেসি-ধাঁচের দাবি পড়ার কাঠামো: কাজের নাম বলুন, কোয়ান্টাম ডিভাইসের নাম বলুন, ক্লাসিক্যাল ভিত্তিরেখার নাম বলুন, এবং ধরে নিন ক্লাসিক্যাল অ্যালগরিদমের উন্নতির সঙ্গে ভিত্তিরেখা সরে যাবে।

কোয়ান্টাম অ্যাডভান্টেজ

“কোয়ান্টাম অ্যাডভান্টেজ” দুটি আংশিক-অভিন্ন অর্থে ব্যবহৃত হয়, আর সেজন্যই এটি সমস্যা তৈরি করে।

এক ব্যবহারে এটি সুপ্রিমেসির নরম প্রতিশব্দ: একটি সুনির্দিষ্ট কাজে একটি কোয়ান্টাম কম্পিউটার ক্লাসিক্যাল কম্পিউটারকে ছাড়িয়ে যায়। কিছু গবেষক “advantage” পছন্দ করেন, কারণ ইংরেজিতে “supremacy”-র রাজনৈতিক ব্যঞ্জনা আছে যার সঙ্গে পদার্থবিদ্যার কোনো সম্পর্ক নেই। কোনো গবেষণাপত্র যখন বলে এই কারণে সে supremacy শব্দটি এড়িয়ে যাচ্ছে, তখনো সাধারণত সে একটি গণনাগত তুলনার কথাই বলছে, কোনো পণ্য সাধারণভাবে ক্লাসিক্যাল কম্পিউটারের চেয়ে ভালো — এমন কথা নয়।

অন্য ব্যবহারে, “advantage” সংরক্ষিত থাকে এমন গতিবৃদ্ধির (বা খরচ বা শক্তির উন্নতির) জন্য যা মানুষ আগে থেকেই গুরুত্ব দেয় এমন সমস্যায় — রসায়ন, উপাদান, অপটিমাইজেশন, ক্রিপ্টোগ্রাফি — তুলনার জন্য বানানো কোনো স্যাম্পলিং কাজে নয়। এই কঠোর ব্যবহারে, একটি র‍্যান্ডম-সার্কিট স্যাম্পলিং পরীক্ষা অ্যাডভান্টেজ না হয়েও সুপ্রিমেসি হতে পারে।

কী কিসের সঙ্গে তুলনা করা হয়েছে তা না বললে কোনো ঘোষণা কোন অর্থ বোঝাচ্ছে তা আপনি বলতে পারবেন না। কেবল “কোয়ান্টাম অ্যাডভান্টেজ অর্জিত” বলা শিরোনাম অসম্পূর্ণ।

কোয়ান্টাম ইউটিলিটি

“ইউটিলিটি” শব্দটি ব্যাপক প্রচলনে আসে 2023 সালে Nature-এ প্রকাশিত একটি গবেষণাপত্রের পর, যা লিখেছিলেন IBM ও একাডেমিক অংশীদারদের Youngseok Kim, Andrew Eddins, Abhinav Kandala ও সহকর্মীরা: “Evidence for the utility of quantum computing before fault tolerance”। পরীক্ষায় একটি নয়েজি 127-কিউবিট সুপারকন্ডাক্টিং প্রসেসরে সার্কিট চালানো হয়, যার মধ্যে দুই-কিউবিট গেটের 60টি স্তর পর্যন্ত সার্কিট ছিল (তাঁদের তুলে ধরা সবচেয়ে বড় ক্ষেত্রগুলোতে 2,880টি CNOT গেট)। লেখকেরা যুক্তি দেন, তাঁরা ব্রুট-ফোর্স ক্লাসিক্যাল গণনার বাইরের মাপে নির্ভুল প্রত্যাশিত মান পরিমাপ করতে পেরেছেন, এবং দৃঢ়ভাবে জটযুক্ত একটি অবস্থায় তাঁদের ফলাফল এমন জায়গাতেও নির্ভরযোগ্য ছিল যেখানে কিছু শীর্ষস্থানীয় আসন্ন ক্লাসিক্যাল পদ্ধতি, যার মধ্যে কিছু টেনসর-নেটওয়ার্ক পদ্ধতিও আছে, ব্যর্থ হয়েছে।

গবেষণাপত্র থেকেই সরাসরি দুটি সতর্কতা আসে। প্রথমত, লেখকেরা এটিকে ফল্ট-টলারেন্সের আগের যুগে ইউটিলিটির প্রমাণ হিসেবে উপস্থাপন করেন — নিকট-ভবিষ্যতের পদ্ধতি অন্বেষণের ভিত্তি — কোনো বাণিজ্যিক প্রয়োগ এখন প্রতিটি ক্লাসিক্যাল সলভারকে হারিয়ে দেয়, এমন দাবি হিসেবে নয়। দ্বিতীয়ত, তাঁরা নির্দিষ্ট ক্লাসিক্যাল কৌশলের সঙ্গে তুলনা করেন (যেখানে ব্রুট-ফোর্স সিমুলেশন এখনো প্রযোজ্য সেখানে সেটি, আর যেখানে নয় সেখানে নির্দিষ্ট আসন্ন পদ্ধতি)। পরবর্তী ক্লাসিক্যাল অ্যালগরিদম সেই ব্যবধান কমাতে বা ঘুচিয়ে দিতে পারে, ঠিক যেমন ক্লাসিক্যাল সিমুলেশনের কাজ 2019 সালের সুপ্রিমেসি তুলনার কিছু অংশের জবাব দিয়েছিল।

শিথিল বিপণনী ভাষায় “ইউটিলিটি” কখনো কখনো টেনে নিয়ে বোঝানো হয় “গ্রাহকেরা আমাদের কোয়ান্টাম সিস্টেম থেকে মূল্য পাচ্ছেন”। সেটি একটি যুক্তিসংগত ব্যবসায়িক বক্তব্য হতে পারে। কিন্তু এটি 2023 সালের গবেষণাপত্রের বক্তব্য নয়।

NISQ ও ফল্ট-টলারেন্সের পাশে এই শব্দগুলোর অবস্থান

Preskill-এর পরবর্তী NISQ প্রবন্ধ (2018) এমন এক যুগের বর্ণনা দেয় যেখানে ডিভাইসে কয়েক ডজন থেকে কয়েকশো নয়েজি কিউবিট থাকে, যা সিমুলেট করা কঠিন এমন পরীক্ষা চালানোর মতো আকর্ষণীয়, অথচ এখনো পূর্ণ ফল্ট-টলারেন্ট ত্রুটি-সংশোধনে সুরক্ষিত নয়। সুপ্রিমেসি-ধাঁচের স্যাম্পলিং পরীক্ষাগুলো স্বাভাবিকভাবেই সেই যুগের: তারা প্রশ্ন করে, একটি বিশেষভাবে তৈরি কাজে কোনো নয়েজি ডিভাইস ক্লাসিক্যাল সিমুলেশনকে ছাড়িয়ে যেতে পারে কি না।

পাঠ্যবইয়ে আলোচিত ধরনের কার্যকর, বড় মাপের অ্যালগরিদম সাধারণত একটি ফল্ট-টলারেন্ট মেশিন ধরে নেয়, যেখানে লজিক্যাল কিউবিট ও লজিক্যাল গেট এতটাই নির্ভরযোগ্য যে গভীর সার্কিট চালানো যায়। এটি সুপ্রিমেসি, অ্যাডভান্টেজ বা ইউটিলিটি থেকে ভিন্ন একটি মাইলফলক। একটি দল অ্যাডভান্টেজ দাবি না করেও ত্রুটি-সংশোধনে অগ্রগতির কথা জানাতে পারে, এবং লজিক্যাল কিউবিট ছাড়াই সুপ্রিমেসি-ধাঁচের পরীক্ষার কথা জানাতে পারে।

এই স্তরগুলো মিশিয়ে ফেলা — “আমরা সুপ্রিমেসি দেখিয়েছি, তাই কার্যকর অ্যালগরিদম এসে গেছে” — জনপ্রিয় লেখায় সবচেয়ে সাধারণ লাফ। পরীক্ষামূলক গবেষণাপত্রগুলো নিজেরা কদাচিৎ এই লাফ দেয়।

তিনটি দাবির যেকোনোটির জন্য একটি পঠন-পরীক্ষা

ঘোষণা যে শব্দই বেছে নিক, একই প্রশ্নগুলো প্রযোজ্য:

• কাজ। কী ইনপুট দেওয়া হয়েছে, কী আউটপুট তৈরি হয়েছে, এবং সেই আউটপুট ক্লাসিক্যালভাবে কঠিন কেন?
• কোয়ান্টাম ডিভাইস। কতগুলো কিউবিট, কোন মোডালিটি, কত সার্কিট গভীরতা, এবং কোন ত্রুটি প্রশমন বা ত্রুটি-সংশোধন ব্যবহার করা হয়েছে?
• ক্লাসিক্যাল ভিত্তিরেখা। কোন অ্যালগরিদম, কোন মেশিন, কত সময় ও মেমরি, এবং বাস্তবায়ন কে বেছে নিয়েছে — কোয়ান্টাম দল, নাকি কোনো স্বাধীন ক্লাসিক্যাল দল?
• যাচাই। সমস্যা নির্ভুলভাবে সিমুলেট করার পক্ষে খুব বড় হয়ে গেলে কোয়ান্টাম আউটপুট সঠিক কি না তা কেউ কীভাবে জানে?
• দাবির স্থিতিশীলতা। পরবর্তী কোনো ক্লাসিক্যাল পদ্ধতি কি ইতিমধ্যে ব্যবধান কমিয়েছে? মূল পরীক্ষায় কোনো ত্রুটি না থাকলেও সুপ্রিমেসি ও অ্যাডভান্টেজের দাবি সংকুচিত হতে পারে।
• উপযোগিতা। কাজটি কি পরীক্ষার বাইরের কোনো ব্যবহারকারী সমাধান করাতে চেয়েছিলেন, নাকি এটি তুলনার জন্য বানানো একটি বেঞ্চমার্ক?

এই উত্তরগুলো গবেষণাপত্রে বা প্রযুক্তিগত ব্লগ পোস্টে থাকলে শিরোনামের শব্দটির গুরুত্ব কমে যায়। না থাকলে শিরোনামের শব্দটি সেগুলোর অভাব পূরণ করতে পারে না।

DesignQuantum^™ এই শব্দগুলো কীভাবে ব্যবহার করে

আমাদের সংবাদ প্রতিবেদনে আমরা ঘোষণাকারী দল আসলে যে তুলনা করেছে, সেটিই তাদের নিজেদের উদ্ধৃত ভাষায় পুনরাবৃত্তি করতে পছন্দ করি, তারপর গবেষণাপত্র বা পোস্টের লিংক দিই। নিজেদের ভাষায় আমরা “সুপ্রিমেসি”, “অ্যাডভান্টেজ” বা “ইউটিলিটি” কেবল তখনই ব্যবহার করি যখন স্পষ্ট থাকে কোন তুলনার কথা বলা হচ্ছে। কোনো বিজ্ঞপ্তি তুলনা ছাড়াই এই শব্দগুলোর কোনোটি ব্যবহার করলে, আমরা সেটিকে বক্তার দাবি হিসেবে গণ্য করি, আমাদের স্বাধীনভাবে মূল্যায়ন করা ফলাফল হিসেবে নয়।

শব্দভান্ডার বদলাতে থাকবে। যা বদলানো উচিত নয় তা হলো এই দাবি যে কোনো গণনাগত দাবি তার কাজ ও ভিত্তিরেখার নাম বলবে।