নিকট ভবিষ্যৎ (বর্তমান-২০৩০)

নিকট ভবিষ্যৎ (বর্তমান-২০৩০)

আমাদের শরীরে ন্যানোমেশিনসমূহ

অদূর ভবিষ্যতে, আমাদের এমন এক নতুন বিভিন্ন ন্যানো ডিভাইস আশা করা উচিত যা ওষুধে বিপ্লব ঘটাতে পারে, যেমন রক্তের প্রবাহ জুড়ে থাকা ন্যানোমেশিনগুলো। ফ্যান্টাস্টিক ভয়েজ মুভিতে বিজ্ঞানীদের একটি ক্রু এবং তাদের জাহাজ একটি লাল রক্তকণিকার আকারে ক্ষুদ্রায়িত হয়। এরপরে তারা রক্তের প্রবাহ এবং রোগীর মস্তিষ্কের মধ্য দিয়ে ভ্রমণ শুরু করে এবং দেহের মধ্যে একাধিক ক্ষতিকারক বিপদের সৃষ্টি করে। ন্যানো টেকনোলজির একটি লক্ষ্য হলো আণবিক শিকারী তৈরি করা যা ক্যান্সারের কোষগুলোকে জুম করে এবং পরিষ্কারভাবে ধ্বংস করে দেয়, সাধারণ কোষ অক্ষত রেখে। বিজ্ঞান কল্পকাহিনি লেখকরা দীর্ঘসময় ধরে রক্তে ভাসমান আণবিক অনুসন্ধান এবং ধ্বংসকারী নৈপুণ্যের স্বপ্ন দেখেছিলেন, ক্রমাগত ক্যান্সারের কোষগুলোর সন্ধানে। তবে সমালোচকরা একবার এটিকে অসম্ভব বলে মনে করেছিলেন, কথাসাহিত্যিকদের একটি নিষ্কলুষ স্বপ্ন।

এ স্বপ্নের একটি অংশ আজ বাস্তবায়িত হচ্ছে। ১৯৯২ সালে বাফেলোতে বিশ্ববিদ্যালয়ের জেরোম শ্যান্ট্যাগ আবিষ্কার করেছিলেন-স্মার্ট পিল, যা আমরা আগে উল্লেখ করেছি, একটি ছোট্ট যন্ত্র তুমি যে পিলটি গিলেছিলে এটি বৈদ্যুতিকভাবে তার আকার এবং অবস্থান ট্র্যাক করা যায়। এরপরে সঠিক জায়গায় ওষুধ সরবরাহ করার নির্দেশ দেওয়া যেতে পারে। স্মার্ট পিলগুলো তৈরি করা হয়েছে যা তোমার পেট এবং অন্ত্রের নিচে নেমে যাওয়ার সাথে সাথে তোমার অভ্যন্তরগুলোর ছবি তোলার জন্য টিভি ক্যামেরা ধারণ করে। তাদের গাইড করতে চৌম্বক ব্যবহার করা যেতে পারে। এভাবে, ডিভাইস টিউমার এবং পলিপগুলো অনুসন্ধান করতে পারে। ভবিষ্যতে এ স্মার্ট পিলগুলোর মাধ্যমে কোনো ত্বক কাটা ছাড়াই, কোনো অস্বাভাবিকতা দূর করে এবং ভিতরে থেকে বায়োপসিগুলো করা, ছোটখাটো অস্ত্রোপচার করা সম্ভব হতে পারে।

অনেক ছোট ডিভাইসটি হলো ন্যানোপার্টিকল, এমন একটি অণু যা ক্যান্সারের বিরুদ্ধে লড়াইয়ের ওষুধগুলোকে একটি নির্দিষ্ট লক্ষ্যে পৌঁছে দিতে পারে, যা ক্যান্সারের চিকিৎসায় বৈপ্লবিক পরিবর্তন আনতে পারে। এ ন্যানো পার্টিকালগুলো একটি অণু স্মার্ট বোমার সাথে তুলনা করা যেতে পারে, যা রাসায়নিক জিনিসপত্র দিয়ে একটি নির্দিষ্ট টার্গেটে আঘাত করার জন্য ডিজাইন করা, প্রক্রিয়াটি ব্যাপকভাবে ক্ষয়ক্ষতি হ্রাস করতে পারে। যখন একটি বোবা বোমা স্বাস্থ্যকর কোষগুলোসহ সমস্ত কিছুকে আঘাত করে, স্মার্ট বোমাগুলো কেবলমাত্র ক্যান্সারের কোষগুলোতে নির্বাচিত করে এবং অবস্থান করে।

কেমোথেরাপির ভয়াবহ পার্শ্বপ্রতিক্রিয়া দেখেছেন এমন যে কেউ মানুষের প্রতিক্রিয়া কমাতে এই ন্যানো পার্টিকেলের বিশাল সম্ভাব্যতা বুঝতে পারবেন। কেমোথেরাপি সাধারণ দেহের চেয়ে ক্যান্সার কোষকে কিছুটা দক্ষতার সাথে মেরে ফেলে মারাত্মক বিষ দিয়ে পুরো শরীরকে গোসল করিয়ে ফেলে। কেমোথেরাপি থেকে নানা ক্ষয়ক্ষতি বিস্তৃত হয় শরীরে। পার্শ্বপ্রতিক্রিয়া-বমি বমি ভাব, চুল পড়ে যাওয়া, শক্তি হ্রাস ইত্যাদি এত মারাত্মক যে কিছু ক্যান্সার রোগী এই নির্যাতনের শিকার হওয়ার চেয়ে ক্যান্সারে আক্রান্ত হয়ে মারা যেতে পছন্দ করেন।

ন্যানো পার্টিকেলস এই সমস্ত পরিবর্তন করতে পারে। কেমোথেরাপির ওষুধের মতো ওষুধগুলো ক্যাপসুলের মতো আকারের একটি অণুর ভিতরে স্থাপন করা হবে। এরপরে ন্যানো পার্টিকেলটিকে রক্ত প্রবাহে সঞ্চালনের অনুমতি দেওয়া হয়, যতক্ষণ না এটি নির্দিষ্ট গন্তব্য খুঁজে পায়, যেখানে এটি তার ওষুধ প্রয়োগ করবে।

এ ন্যানো পার্টিকেলগুলোর মূলটি হ’ল তাদের আকার: যা ১০ থেকে ১০০ ন্যানোমিটারের মধ্যে, কোনো রক্তকণিকা প্রবেশ করার ক্ষেত্রে এ আকারটি খুব বড়। সুতরাং সাধারণ রক্তকণিকা কোনো ক্ষতি ছাড়াই ন্যানোপার্টিকালস ছেড়ে দেয়। তবে ক্যান্সারের কোষগুলো আলাদা; তাদের ঘরের দেওয়ালগুলো বড়, অনিয়মিত ছিদ্র তৈরি করে। ন্যানো পার্টিকেলগুলো নির্দ্বিধায় ক্যান্সারের কোষগুলোতে প্রবেশ করতে পারে এবং তাদের ওষুধ সরবরাহ করতে পারে তবে স্বাস্থ্যকর টিস্যুটি স্পর্শ করে না। সুতরাং এ ন্যানো পার্টিকেলগুলো তাদের চালিত করার জন্য চিকিৎসকদের জটিল নির্দেশিকা সিস্টেমের দরকার নেই। এগুলো প্রাকৃতিকভাবে নির্দিষ্ট ধরনের ক্যান্সারযুক্ত টিউমারগুলোতে জমা হবে

এর সৌন্দর্য হলো এর জন্য জটিল এবং বিপজ্জনক পদ্ধতির প্রয়োজন হয় না, যার গুরুতর পার্শ্বপ্রতিক্রিয়া হতে পারে। এ ন্যানো পার্টিকেলগুলো কেবলমাত্র সঠিক আকার: সাধারণ কোষগুলোতে আক্রমণ করার জন্য খুব বড় তবে ক্যান্সারের কোষে প্রবেশের জন্য ঠিক আকারের।

আরেকটি উদাহরণ হলো ম্যাসাচুসেটস-এর কেমব্রিজের বিআইএনডি এর বায়োসাইন্স বিজ্ঞানীদের তৈরি ন্যানো পার্টিকেলস। এর ন্যানো পার্টিকেলগুলো পলিল্যাকটিক অ্যাসিড এবং কোপোলিল্যাকটিক অ্যাসিড বা গ্লাইকোলিক অ্যাসিড দ্বারা তৈরি, যা আণবিক জালের ভিতরে ওষুধগুলো রাখতে পারে। এটি ন্যানো পার্টিকেলের পেলোড তৈরি করে। ন্যানো পার্টিকাল এর গাইডেন্স সিস্টেমটি এমন পেপটাইডস যা কণাটি আবৃত্ত করে এবং নির্দিষ্টভাবে লক্ষ্যকোষে আবদ্ধ হয়।

এ কাজটি সম্পর্কে বিশেষত আকর্ষণীয় হলো এ ন্যানো পার্টিকেলগুলো জটিল কারখানা এবং রাসায়নিক প্লান্ট ছাড়াই নিজেরাই তৈরি হয়। বিভিন্ন রাসায়নিকগুলো খুব নিয়ন্ত্রিত অবস্থার অধীনে ধীরে ধীরে, যথাযথ ক্রমে এবং একসাথে ন্যানো পার্টিকেলগুলো একত্রিত করে।

যেহেতু স্ব-সমাবেশে একাধিক জটিল রাসায়নিক পদক্ষেপের প্রয়োজন হয় না, তাই কণাগুলো উৎপাদন করা খুব সহজ। এবং আমরা এগুলো কেজি স্কেলে তৈরি করতে পারি, যা অন্য কেউ করেনি, ‘হার্ভার্ড মেডিকেল স্কুলের চিকিৎসক বিআইএনডি’র ওমিদ ফারোকজাদ বলেছেন। ইতিমধ্যে, এই ন্যানো পার্টিকেলগুলো তাদের মূল্য প্রমাণিত করেছে। প্রোস্টেট, স্তন এবং ইঁদুরে ফুসফুসের ক্যান্সার টিউমার। রঙিন রঞ্জক ব্যবহার করে, কেউ দেখাতে পারে যে এই ন্যানো পার্টিকেলগুলো রোগাক্রান্ত অঙ্গে জড়িত হচ্ছে, কাঙ্ক্ষিত উপায়ে তাদের পেলোডটি প্রকাশ করে। মানুষের রোগীদের ওপর ক্লিনিকাল পরীক্ষা কয়েক বছরের মধ্যে শুরু হয়।

ক্যান্সার কোষ হত্যা করা

এ ন্যানো পার্টিকেলগুলো কেবল ক্যান্সার কোষগুলো অনুসন্ধান করতে পারে এবং তাদের হত্যা করার জন্য রাসায়নিক সরবরাহ করতে পারে না, তারা সম্ভবত ঘটনাস্থলে তাদের হত্যা করতে সক্ষম হতে পারে। এর পিছনে নীতিটি সহজ। এ ন্যানো পার্টিকেলগুলো একটি নির্দিষ্ট ফ্রিকোয়েন্সিটির আলো শোষণ করতে পারে। তাদের ওপর লেজারের আলোক কেন্দ্রীভূত করে, তারা তাদের কোষের প্রাচীরগুলো ফেটে দিয়ে আশপাশের কোনো ক্যান্সার কোষকে ধ্বংস করে বা কম্পন করে। মূল কথাটি হলো এই ন্যানো পার্টিকেলগুলো ক্যান্সার কোষগুলোর জন্য যথেষ্ট পরিমাণে কাছে আসা।

বেশ কয়েকটি গ্রুপ ইতিমধ্যে প্রোটোটাইপগুলো তৈরি করেছে। আর্গোন ন্যাশনাল ল্যাবরেটরি এবং শিকাগো বিশ্ববিদ্যালয়ের বিজ্ঞানীরা টাইটানিয়াম ডাই অক্সাইড ন্যানো পার্টিকেল তৈরি করেছেন (টাইটানিয়াম ডাই অক্সাইড সানস্ক্রিনে পাওয়া একটি সাধারণ রাসায়নিক)। এ গোষ্ঠীটি আবিষ্কার করেছে যে তারা এই ন্যানো পার্টিকেলগুলোকে এমন কোনো অ্যান্টিবডিতে বাঁধতে পারে যা প্রাকৃতিকভাবে গ্লিওব্লাস্টোমা মাল্টিফর্ম (জিবিএম) নামক কিছু ক্যান্সার কোষ খুঁজে বের করে। সুতরাং এই ন্যানো পার্টিকেলগুলো, এই অ্যান্টিবডিটির উপরে চলাচল করে ক্যান্সার কোষগুলোতে নিয়ে যাওয়া হয়। তারপরে একটি সাদা আলো পাঁচ মিনিটের জন্য আলোকিত হয়, গরম করে এবং শেষ পর্যন্ত ক্যান্সারের কোষকে হত্যা করে। গবেষণায় দেখা গেছে যে ৮০ শতাংশ ক্যান্সার কোষগুলো এভাবে নষ্ট হতে পারে।

এ বিজ্ঞানীরা ক্যান্সার কোষকে হত্যা করার জন্য দ্বিতীয় উপায়ও তৈরি করেছিলেন। তারা ক্ষুদ্র চৌম্বকীয় ডিস্ক তৈরি করেছে যা সহিংসভাবে কম্পন করতে পারে। এ ডিস্কগুলো একবার ক্যান্সার কোষগুলোতে নিয়ে যাওয়ার পরে, তাদের ওপর দিয়ে একটি ছোট বাহ্যিক চৌম্বকীয় ক্ষেত্রটি চলে যেতে পারে, যার ফলে তারা ক্যান্সারের কোষের দেয়ালগুলো কাঁপিয়ে দেয় এবং ছিন্ন করতে পারে। পরীক্ষায়, ক্যান্সার কোষগুলোর ৯০ শতাংশ দেয়ালগুলো কাঁপিয়ে দেওয়ার মাত্র ১০ মিনিটের পরে মারা গিয়েছিলেন।

এ ফলটি কোনো অপ্রত্যাশিত সাফল্য নয়। সান্টা ক্রুজের ক্যালিফোর্নিয়া বিশ্ববিদ্যালয়ের বিজ্ঞানীরা সোনার ন্যানো পার্টিকেল ব্যবহার করে অনুরূপ একটি ব্যবস্থা তৈরি করেছেন। এ কণাগুলো কেবল ২০ থেকে ৭০ ন্যানোমিটার জুড়ে এবং কয়েকটি গোলাকার আকারে সাজানো কয়েকটি পরমাণু পুরু। বিজ্ঞানীরা একটি নির্দিষ্ট পেপটাইড ব্যবহার করেছিলেন যা ত্বকের ক্যান্সারের কোষগুলোর প্রতি আকৃষ্ট হওয়ার জন্য পরিচালিত। এই পেপটাইডটি সোনার ন্যানো পার্টিকেলগুলোর সাথে সংযোগ স্থাপনের জন্য তৈরি করা হয়েছিল, যা পরে ইঁদুরের ত্বকের ক্যান্সারের কোষগুলোতে নিয়ে যাওয়া হয়েছিল। ইনফ্রারেড লেজার জ্বলিয়ে এ সোনার কণাগুলো গরম করে টিউমার কোষগুলো ধ্বংস করতে পারে। ‘এটি মূলত গরম পানিতে একটি ক্যান্সার কোষ স্থাপন এবং একে মৃত্যুর মধ্যে সেদ্ধ করার মতো। গবেষক জিন জাং বলেছেন, ধাতব ন্যানোস্ফিয়ারগুলো যত বেশি তাপ উৎপন্ন করবে তত ভালো।

সুতরাং ভবিষ্যতে, ন্যানো টেকনোলজিস ক্যান্সার উপনিবেশগুলো বছর কয়েক দশক আগে তাদের টিউমার গঠনের শনাক্ত করবে এবং আমাদের রক্তে ন্যানো পার্টিকেলগুলো এই কোষগুলো ধ্বংস করতে ব্যবহৃত হতে পারে। বেসিক বিজ্ঞান আজ করা হচ্ছে।

আমাদের রক্তে ন্যানোকার

ন্যানো পার্টিকাল ছাড়িয়ে এক ধাপ হলো ন্যানোকার, এমন একটি ডিভাইস যা আসলে শরীরের অভ্যন্তরে ভ্রমণে পরিচালিত হতে পারে। ন্যানো পার্টিকেল রক্তের প্রবাহে অবাধে সঞ্চালনের অনুমতি দেওয়া হলেও এই ন্যানোকারগুলো দূরবর্তী-নিয়ন্ত্রিত ড্রোনগুলোর মতো যা চালিত এবং চালিত করা যেতে পারে।

রাইস ইউনিভার্সিটির জেমস ট্যুর এবং তার সহকর্মীরা এমন একটি ন্যানোকার তৈরি করেছেন। চাকার পরিবর্তে এটিতে চারটি বাকলবল রয়েছে। এ গবেষণার ভবিষ্যতের লক্ষ্য হলো এমন একটি অণু গাড়ি ডিজাইন করা যা রক্ত প্রবাহের চারপাশে একটি ছোট্ট রোবটকে ধাক্কা দিতে পারে, ক্যান্সার কোষগুলোকে লক্ষ করে বা শরীরের নির্দিষ্ট স্থানগুলোতে জীবন রক্ষাকারী ওষুধ সরবরাহ করে।

তবে মলিকুলার গাড়ি নিয়ে একটি সমস্যা হলো এর কোনো ইঞ্জিন নেই। বিজ্ঞানীরা আরও বেশি পরিশীলিত আণবিক মেশিন তৈরি করেছেন, তবে একটি আণবিক শক্তি উৎস তৈরি করা অন্যতম প্রধান বাধা। প্রকৃতি মাতা তার শক্তির উৎস হিসেবে অণু অ্যাডিনোসিন ট্রাইফসফেট (এটিপি) ব্যবহার করে এই সমস্যাটি সমাধান করেছে। এটিপির শক্তি জীবনকে সম্ভব করে তোলে; এটি আমাদের মাংসপেশির প্রতিটি সেকেন্ডকে গতিময় করে তোলে। এটিপির এই শক্তিটি একটি পারমাণবিক মধ্যে সংরক্ষণ করা হয় এর পরমাণুর মধ্যে বন্ধন কিন্তু একটি সিন্থেটিক বিকল্প তৈরি করা কঠিন প্রমাণিত হয়েছে।

পেনসিলভেনিয়া স্টেট বিশ্ববিদ্যালয়ের টমাস মল্লুক এবং আয়ুষ্মান সেন এ সমস্যার সম্ভাব্য সমাধান খুঁজে পেয়েছেন। তারা একটি ন্যানোকার তৈরি করেছে যা আসলে প্রতি সেকেন্ডে কয়েক মাইক্রন স্থানান্তর করতে পারে, যা বেশিরভাগ ব্যাকটেরিয়ার গতি। (তারা প্রথমে একটি জীবাণুর আকার, স্বর্ণ এবং প্ল্যাটিনাম দিয়ে তৈরি একটি ন্যানো পথ তৈরি করেছিল। ন্যানো পথকে জল এবং হাইড্রোজেন পারক্সাইডের মিগ্রণে স্থাপন করা হয়েছিল। এটি ন্যানোপথ এর উভয় প্রান্তে একটি রাসায়নিক বিক্রিয়া তৈরি করেছিল যার ফলে প্রোটনগুলো পথের একপ্রান্ত থেকে অন্যপ্রান্তে চলে যায়। যেহেতু প্রোটনগুলো জল অণুর বৈদ্যুতিক চার্জের বিরুদ্ধে চাপ দেয়, এটি ন্যানো পথকে এগিয়ে দেয়। যতক্ষণ পানিতে হাইড্রোজেন পারক্সাইড থাকে ততক্ষণ পথ এগিয়ে যেতে থাকে)।

এ ন্যানো পথগুলোর স্টিয়ারিং চুম্বকত্ব ব্যবহার করেও সম্ভব। বিজ্ঞানীরা এই ন্যানো পথগুলোর মধ্যে নিকেল ডিস্কগুলো অন্তর্গত করেছেন, তাই তারা কম্পাস সুচের মতো কাজ করে। এই ন্যানো পথগুলোর পাশে একটি সাধারণ রেফ্রিজারেটর চৌম্বকটি সরিয়ে তুমি তোমার যে কোনো দিকে চালনা করতে পারো।

আণবিক যন্ত্রচালিত করার আরেকটি উপায় হলো ফ্ল্যাশলাইট ব্যবহার করা। আলো অণুগুলোকে ধনাত্মক এবং ঋণাত্মক আয়নগুলোতে বিভক্ত করতে পারে। এই দুটি ধরনের আয়নগুলো বিভিন্ন গতিতে বিভক্ত হয় যা মাঝারি ধরনের বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র স্থাপন করে। আণবিক যন্ত্রগুলো তখন এই বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রগুলো দ্বারা আকৃষ্ট হয়। সুতরাং টর্চলাইটটি নির্দেশ করে যেকোনো ব্যক্তি সেই দিকে আণবিক যন্ত্রগুলো চালিত করতে পারে।

আমি যখন কানাডার পলিটেকনিক মন্ট্রিয়ালের সিলভেন মার্টেলের পরীক্ষাগারটি পরিদর্শন করেছি তখন আমি এর প্রদর্শক তার ধারণা ব্যক্ত করে বলেছেন রক্ত প্রবাহে একটি ছোট চিপ এগিয়ে দেওয়ার জন্য সাধারণ ব্যাকটেরিয়াগুলোর লেজ ব্যবহার করা ছিল, এখনও অবধি বিজ্ঞানীরা ব্যাকটেরিয়ার লেজের মতো পাওয়া একটি পারমাণবিক মোটর তৈরি করতে পারছেন না। মার্টেল নিজেকে জিজ্ঞাসা করেছিলেন: ন্যানো টেকনোলজি যদি এই ক্ষুদ্র লেজগুলো তৈরি করতে না পারে তবে জীবিত ব্যাকটেরিয়ার লেজগুলো কেন ব্যবহার করবে না?

তিনি প্রথমে এই বাক্যটি শেষ করতে যত সময় লাগে তার চেয়ে কম সময়ের মধ্যে কম্পিউটার চিপ তৈরি করেছিলেন। তারপরে তিনি ব্যাকটেরিয়ার একটি গুচ্ছ সৃষ্টি করেছিলেন। তিনি এই ব্যাকটেরিয়াগুলোর প্রায় আশিটিকে চিপের পিছনে রাখতে সক্ষম হন, যাতে তারা এমন একটি চালকরের মতো কাজ করেছিল যা চিপকে এগিয়ে নিয়ে যায়। যেহেতু এ ব্যাকটেরিয়াগুলো সামান্য চৌম্বকীয় ছিল, তাই মার্টেল বাহ্যিক চৌম্বকগুলো যেকোনো জায়গায় বসে তাদের চালাতে ব্যবহার করতে পারতেন।

আমি নিজেই এই ব্যাকটেরিয়াচালিত চিপগুলো চালানোর সুযোগ পেয়েছিলাম। আমি একটি অণুবীক্ষণ যন্ত্রের দিকে চেয়েছিলাম এবং আমি দেখতে পেলাম একটি ছোট্ট একটি কম্পিউটার চিপ যা বেশ কয়েকটি ব্যাকটেরিয়া দ্বারা চাপানো হয়েছিল। আমি যখন একটি বোতাম টিপলাম, তখন একটি চৌম্বকটি চালু হলো এবং চিপটি ডানদিকে চলে গেল। আমি বোতামটি ছেড়ে দিলে, চিপটি বন্ধ হয়ে যায় এবং তারপরে এলোমেলোভাবে সরানো হয়। এইভাবে, আমি আসলে চিপ চালাতে পারতাম। এটি করার সময়, আমি বুঝতে পারি যে একদিন, কোনো ডাক্তার একই ধরনের বোতাম টিপবেন, যা একজন রোগীর শিরায় একটি ন্যানোরোবোটকে নির্দেশ করবে।

কেউ ভবিষ্যতের কল্পনা করতে পারেন যেখানে রক্তের প্রবাহের মাধ্যমে অণু মেশিনগুলো সম্পূর্ণরূপে প্রতিস্থাপন করা হবে, চুম্বক দ্বারা পরিচালিত হবে, কোনো রোগাক্রান্ত অঙ্গের ওপরে চলা এবং তারপরে ওষুধ প্রয়োগ বা অস্ত্রোপচার করবে। এটি ত্বক কেটে অস্ত্রপচারকে পুরাপুরি অপ্রচলিত করে তুলতে পারে। বা, চুম্বকগুলো ধমনীর কোনো বাধা রোধ করতে এই ন্যানো যন্ত্রপাতি দ্বারা হার্টকে নিয়ন্ত্রণ করতে পারে।

ডিএনএ চিপস

যেমনটি আমরা ৩য় অধ্যায়ে উল্লেখ করেছি, ভবিষ্যতে আমাদের পোশাক, শরীর এবং বাথরুমে ছোট ছোট সেন্সর থাকবে, আমাদের স্বাস্থ্যকে নিয়মিত পর্যবেক্ষণ করে এবং ক্যান্সারের মতো রোগগুলো শনাক্ত তা বিপজ্জনক হওয়ার আগে। এর মূল চাবিকাঠি ডিএনএ চিপ, যা একটি ‘চিপের ওপর পরীক্ষাগার’ তৈরির প্রতিশ্রুতি দেয়। স্টার ট্রকের ট্রাইকর্ডারের মতো, এই ক্ষুদ্র সেন্সরগুলো কয়েক মিনিটের মধ্যে আমাদের একটি মেডিকেল বিশ্লেষণ দেবে।

আজ ক্যান্সারের জন্য স্ক্রিনিং দীর্ঘ, ব্যয়বহুল এবং শ্রমসাধ্য প্রক্রিয়া, প্রায়শই সপ্তাহ খানেক সময় লাগে। এটি সম্পাদন করা যেতে পারে এমন ক্যান্সার বিশ্লেষণের সংখ্যা গুরুতরভাবে সীমাবদ্ধ করে। তবে কম্পিউটার প্রযুক্তি এ সমস্ত পরিবর্তন করছে। ইতিমধ্যে বিজ্ঞানীরা ক্যান্সার কোষ দ্বারা উৎপাদিত নির্দিষ্ট বায়োমার্কারগুলো সন্ধান করে দ্রুত এবং সস্তায় ক্যান্সার শনাক্ত করতে পারে এমন ডিভাইস তৈরি করছেন।

কম্পিউটার চিপগুলোতে ব্যবহৃত একই এচিং প্রযুক্তি ব্যবহার করে, এমন একটি চিপটি আটকানো সম্ভব হবে যার ওপর মাইক্রোস্কোপিক সাইট রয়েছে যা নির্দিষ্ট ডিএনএ সিকোয়েন্সগুলো বা ক্যান্সার কোষগুলো সনাক্ত করতে পারবে।

ট্রানজিস্টর এচিং প্রযুক্তি ব্যবহার করে, ডিএনএ খণ্ডগুলো চিপটিতে অন্তর্গত করা থাকে। যখন তরলগুলো চিপের উপর দিয়ে যায়, তখন এই ডিএনএ চিপসগুলো নির্দিষ্ট জিনের অনুক্রমগুলোতে আবদ্ধ হতে পারে। তারপরে, একটি লেজার বীম ব্যবহার করে, কেউ দ্রুত পুরো সাইটটি স্ক্যান করতে এবং জিনগুলো শনাক্ত করতে পারে। এভাবে, জিনগুলো আগের মতো এক এক করে পড়তে হবে না, বরং একবারে হাজার হাজার জিন স্ক্যান করতে পারে।

১৯৯৭ সালে আফফাইট্রিক্স সংস্থা প্রথম বাণিজ্যিক ডিএনএ চিপ প্ৰকাশ করেছিল যা ৫০০০০ ডিএনএ সিকোয়েন্সগুলো দ্রুত বিশ্লেষণ করতে পারে। ২০০০ সালের মধ্যে, ৪০০০০০ ডিএনএ প্রোব কয়েক হাজার ডলারের জন্য উপলব্ধ ছিল। ২০০২ এর মধ্যে আরও শক্তিশালী চিপগুলোর জন্য দামগুলো ২০০ ডলারে নেমে এসেছিল। মুরের আইনের কারণে চিপগুলোর দাম কয়েক ডলারে নেমে যেতে থাকে।

টরন্টোর মেডিকেল স্কুলের বিশ্ববিদ্যালয়ের অধ্যাপক শানা কেলি বলেছিলেন, ‘আজ ক্যান্সার বায়োমারকারদের একটি চিকিৎসাসংক্রান্ত প্রাসঙ্গিক নমুনার মূল্যায়ন করতে কম্পিউটারগুলোতে ভরা একটি কক্ষ লাগে এবং ফলাফলগুলো দ্রুত উপলব্ধ হয় না। আমাদের দলটি তোমার আঙুলের আকারের আকারে একটি বৈদ্যুতিক চিপে বায়োমোলিকুলগুলো পরিমাপ করতে সক্ষম হয়েছিল’ এই দিনটি নিয়ে তিনি কল্পনাও করেছিলেন যখন এ চিপটি বিশ্লেষণের সমস্ত সরঞ্জাম একটি সেল ফোনের আকারে সঙ্কুচিত হবে। একটি চিপযুক্ত এ ল্যাবটির অর্থ হ’ল আমরা আমাদের বাথরুমগুলোতে ব্যবহার করতে পারি এমন কোনো একক চিপে একটি হাসপাতাল বা বিশ্ববিদ্যালয়ে পাওয়া রাসায়নিক পরীক্ষাগারকে সংকুচিত করে স্থাপন করতে পারি।

ম্যাসাচুসেটস জেনারেল হাসপাতালের চিকিৎসকরা তাদের নিজস্ব কাস্ট মাইজ করা বায়োপি তৈরি করেছেন যা আজকের বাজারের যেকোন কিছুর চেয়ে ১০০ গুণ বেশি শক্তিশালী। সাধারণত রক্ত সঞ্চালনকারী টিউমার সেলগুলো (সিটিসি) আমাদের রক্তের এক মিলিয়ন কোষের তুলনায় যদিও কম করে তৈরি করে, তবে এই সিটিসিগুলো শেষ পর্যন্ত বিস্তার লাভ করে আমাদের মেরে ফেলে। নতুন বায়োচিপটি আমাদের রক্তে বিলিয়ন বিলিয়ন সিটিসির মধ্যে একটি আবিষ্কার করার জন্য যথেষ্ট সংবেদনশীল। ফলস্বরূপ, এই চিপটি রক্তের এক চা চামচ হিসেবে অল্প বিশ্লেষণ করে ফুসফুস, প্রোস্টেট, অগ্ন্যাশয়, স্তন এবং কোলোরেক্টাল ক্যান্সার কোষগুলো শনাক্ত করতে পারে বলে প্রমাণিত হয়েছে।

স্ট্যান্ডার্ড এচিং প্রযুক্তিতে ৭৮০০০ মাইক্রোস্কোপিক পেগ (প্রতিটি ১০০ মাইক্রন লম্বা) রয়েছে এমন চিপ তৈরি করা হয়। একটি ইলেকট্রন মাইক্রোস্কোপের নিচে, তারা বৃত্তাকার খোঁচা খোঁচা বনের সাথে সাদৃশ্যপূর্ণ। প্রতিটি পেগ এপিথিলিয়াল সেল অ্যাডিশন অণুর জন্য একটি অ্যান্টিবডি দিয়ে প্রলেপ করা হয়, যা বিভিন্ন ধরনের ক্যান্সার কোষে পাওয়া যায় তবে সাধারণ কোষগুলোতে অনুপস্থিত। ক্যান্সার কোষগুলোর টিউমার গঠনের সাথে একে অপরের সাথে যোগাযোগ করার জন্য এপিক্যাম গুরুত্বপূর্ণ যদি রক্তটি চিপ দিয়ে যায় তবে সিটিসি কোষগুলো বৃত্তাকার খাজে লেগে থাকে। ক্লিনিকাল ট্রায়ালগুলোতে, চিপ ১১৬ রোগীর মধ্যে ১১৫ টিতে সফলভাবে ক্যান্সার শনাক্ত করেছিল।

একটি চিপের ওপর এই ল্যাবগুলোর বিস্তার এছাড়াও রোগ নির্ণয়ের ব্যয়কে মৌলিকভাবে প্রভাবিত করবে। বর্তমানে বায়োপসি বা রাসায়নিক বিশ্লেষণ করতে কয়েকশ ডলার ব্যয় হতে পারে, যা কয়েক সপ্তাহ সময় নিতে পারে। ভবিষ্যতে, এটি কয়েক পয়সা লাগতে পারে এবং কয়েক মিনিট সময় নিতে পারে। এটি ক্যান্সার নির্ণয়ের গতি এবং অ্যাক্সেসযোগ্যতায় বৈপ্লবিক পরিবর্তন করতে পারে। যতবার আমরা দাঁত ব্রাশ করব, ক্যান্সারসহ বিভিন্ন ধরনের রোগের জন্য আমাদের চেকআপ করা হবে।

ওয়াশিংটন বিশ্ববিদ্যালয়ের লেরয় হুড এবং তার সহকর্মীরা প্রায় ৪ সেন্টিমিটার প্রশস্ত একটি চিপ তৈরি করেছিলেন, যা রক্তের এক ফোঁটা থেকে নির্দিষ্ট প্রোটিনের পরীক্ষা করতে পারে। প্রোটিনগুলো জীবনের গঠনের মূলাধার। আমাদের পেশি, ত্বক, চুল, হরমোন এবং এনজাইমগুলো সবই প্রোটিন দিয়ে তৈরি। ক্যান্সারের মতো রোগ থেকে প্রোটিনগুলো সনাক্ত করা শরীরের জন্য প্রাথমিক সতর্কতামূলক ব্যবস্থা হতে পারে। বর্তমানে, চিপের দাম মাত্র দশ সেন্ট এবং দশ মিনিটের মধ্যে একটি নির্দিষ্ট প্রোটিন সনাক্ত করতে পারে। সুতরাং এটি আগের সিস্টেমের চেয়ে কয়েক মিলিয়ন গুণ বেশি দক্ষ। হুড এমন একদিনের কল্পনা করেছিলেন যখন একটি চিপ বিভিন্ন রোগ গুরুতর হওয়ার কয়েক বছর আগেই আমাদের সতর্ক করে, কয়েক লক্ষ প্রোটিন দ্রুত বিশ্লেষণ করতে সক্ষম হবে।

কার্বন ন্যানোটিউবস

ন্যানো টেকনোলজির শক্তির একটি পূর্বরূপ হলো কার্বন ন্যানোটিউব। নীতিগতভাবে, কার্বন ন্যানোটিউব স্টিলের চেয়ে শক্তিশালী এবং বিদ্যুৎ পরিচালনাও করতে পারে, তাই কার্বনভিত্তিক কম্পিউটার সম্ভব। যদিও তারা প্রচণ্ড শক্তিশালী, তবে একটি সমস্যা হলো এগুলো অবশ্যই বিশুদ্ধ আকারে হওয়া উচিত এবং দীর্ঘতম খাঁটি কার্বন ফাইবারটি কেবল কয়েক সেন্টিমিটার দীর্ঘ। তবে একদিন, পুরো কম্পিউটার কার্বন ন্যানোটিউব এবং অন্যান্য আণবিক কাঠামো দিয়ে তৈরি হতে পারে।

কার্বন ন্যানোটিউব পৃথক কার্বন পরমাণু দিয়ে তৈরি নল। মুরগির ফাঁদ কল্পনা কর, যেখানে প্রতিটি যৌথ একটি কার্বন পরমাণু। এখন মুরগির ফাঁদটিকে একটি নল হিসেবে রোল কর এবং এভাবে তোমার কাছে একটি কার্বন ন্যানোটিউব জ্যামিতি রয়েছে। কার্বন ন্যানোটিউবগুলো প্রতিবার সাধারণ রূপ থেকে তৈরি হয়, তবে বিজ্ঞানীরা কখনই বুঝতে পারেননি যে কার্বন পরমাণু এমন একটি অভিনব উপায় বন্ধন তৈরি করতে পারে।

কার্বন ন্যানোটিউবগুলোর নিকট-অলৌকিক বৈশিষ্ট্যগুলো তাদের পারমাণবিক কাঠামোর প্রতি তাদের শক্তি নির্ভরশীল। সাধারণত তুমি যখন পাথর বা কাঠের মতো শক্ত পদার্থের বিশ্লেষণ করবে, তুমি আসলে অনেকগুলো ওভারল্যাপিং কাঠামোর একটি বিশাল সংমিশ্রণ বিশ্লেষণ করছ। এ সংমিশ্রণের মধ্যে ক্ষুদ্র ক্ষুদ্র অংশ তৈরি করা সহজ, যার ফলে এটি ভেঙে যায়। সুতরাং কোনো উপাদানের শক্তি তার আণবিক কাঠামোর অসম্পূর্ণতার ওপর নির্ভর করে। উদাহরণস্বরূপ, গ্রাফাইট খাঁটি কার্বন দিয়ে তৈরি তবে এটি অত্যন্ত নরম কারণ এটি ষড়ভুজ স্তরগুলো দিয়ে তৈরি যা একে অপরের পার্শ্ববর্তী হতে পারে। প্রতিটি স্তরে কার্বন পরমাণু সমন্বিত থাকে, যার প্রত্যেকটি তিনটি কার্বন পরমাণুর সাথে জড়িত।

হীরাও খাঁটি কার্বন দিয়ে তৈরি, তবে এগুলো প্রাকৃতিকভাবে সৃষ্ট খনিজ হীরাতে থাকা কার্বন পরমাণুগুলো একটি শক্ত, আন্তঃসংযোগকারী স্ফটিক কাঠামোয় সাজানো হয়, যাতে তাদের অসাধারণ শক্তি দেয়। একইভাবে, কার্বন ন্যানোটিউবগুলো তাদের নিয়মিত পারমাণবিক কাঠামোর জন্য আশ্চর্যজনক বৈশিষ্ট্যময় বন্ধন।

ইতিমধ্যে কার্বন ন্যানোটিউবগুলো শিল্পে তাদের অবস্থান সন্ধান করছে। তাদের পরিবাহিতা হওয়ার কারণে এগুলো বড় পরিমাণে বৈদ্যুতিক শক্তি বহন করার ক্ষেত্রে কেবল তৈরি করতে ব্যবহৃত হতে পারে। তাদের শক্তির কারণে এগুলো কেভলারের চেয়ে শক্ততর পদার্থ তৈরি করতে ব্যবহার করা যেতে পারে।

তবে সম্ভবত কার্বনের সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ প্রয়োগটি কম্পিউটার ব্যবসায়ে থাকবে। কার্বন এমন একাধিক প্রার্থীর মধ্যে রয়েছে যা শেষ পর্যন্ত কম্পিউটার প্রযুক্তির ভিত্তি হিসেবে সিলিকনে সফল হতে পারে। বিশ্ব অর্থনীতির ভবিষ্যৎ শেষ পর্যন্ত এ প্রশ্নের ওপর নির্ভর করতে পারে: সিলিকনকে কী প্রতিস্থাপন করবে?

সিলিকন পরবর্তী যুগ

যেমনটি আমরা আগেই বলেছি, মুরের আইন, তথ্য বিপ্লবের অন্যতম ভিত্তি, চিরকাল স্থায়ী হতে পারে না। বিশ্ব অর্থনীতির ভবিষ্যৎ এবং দেশগুলোর ভাগ্য চূড়ান্তভাবে কব্জায় থাকতে পারে যার ওপর তা হলো সিলিকনের উপযুক্ত প্রতিস্থাপন গড়ে তোলা।

প্রশ্ন কখন মুর আইন ভেঙে পড়বে? বিশ্বব্যাপী অর্থনীতিতে ঝাঁকুনি সৃষ্টি করবে। গর্ডন মুরকে ২০০৭ সালে জিজ্ঞাসা করা হয়েছিল যে তিনি ভেবেছিলেন যে তার নামকৃত আইনটি চিরকাল স্থায়ী হতে পারে? অবশ্যই না, তিনি বলেছিলেন এবং ভবিষ্যদ্বাণী করেছিলেন যে এটি দশ থেকে পনেরো বছরের মধ্যে শেষ হবে।

এ মোটামুটি মূল্যায়নের সাথে পাওলো গারগিনি, একজন ইন্টেল ফেলো, যিনি ইন্টেলের সমস্ত বাহ্যিক গবেষণার জন্য দায়ী, তার পূর্ববর্তী অনুমানের সাথে একমত হয়েছিল। যেহেতু ইন্টেল কর্পোরেশন পুরো অর্ধপরিবাহী শিল্পের গতি সেট করেছে, তাই তাঁর কথা সাবধানে বিশ্লেষণ করা হয়েছিল। ২০০৪ সালের বার্ষিক সেমিকন ওয়েস্ট সম্মেলনে তিনি বলেছিলেন, “আমরা দেখছি যে কমপক্ষে পরবর্তী পনের থেকে বিশ বছরের জন্য আমরা মুর আইনের উপর ভিত্তি করে কাজ করতে পারব।”

সিলিকনভিত্তিক কম্পিউটারগুলোতে বর্তমান বিপ্লবটি একটি ওভাররাইডিং ফ্যাক্ট দ্বারা চালিত হয়েছে: ছোট এবং ছোট ট্রানজিস্টরকে সিলিকনের একটি ওয়েফারে সংযুক্ত করার জন্য ইউভি লাইটের ক্ষমতা। আজ, একটি পেন্টিয়াম চিপে তোমার থাম্বনেলটির আকারের একটি ওয়েফারে কয়েকশ মিলিয়ন ট্রানজিস্টর থাকতে পারে। যেহেতু ইউভি আলোর তরঙ্গদৈর্ঘ্য ১০ ন্যানোমিটারের মতো ছোট হতে পারে, কেবলমাত্র ত্রিশটি পরমাণুতে এমন উপাদানগুলো তৈরি করতে এচিংয়ের কৌশল ব্যবহার করা সম্ভব। তবে এ প্রক্রিয়া চিরকাল চলতে পারে না। যত তাড়াতাড়ি বা পরে, এটি ধসে পরবে, বিভিন্ন কারণে।

প্রথমত, শক্তিশালী চিপগুলো দ্বারা উৎপাদিত তাপের কারণে অবশেষে সেগুলো গলে যাবে। একটি নিষ্পাপ সমাধান হ’ল একে অপরের উপরে ওয়েফারগুলো স্ট্যাক করে একটি ঘন চিপ তৈরি করা। এটি চিপের প্রসেসিং শক্তি বাড়িয়ে তুলবে তবে আরও বেশি তাপ তৈরির শক্তি ব্যয় করে। এ কিউবিকাল চিপগুলো থেকে তাপ এত তীব্র হয় যে তুমি তাদের উপরে একটি ডিম ভাজতে পারো। সমস্যাটি সহজ: একটি কিউবিকাল চিপটি শীতল করার জন্য পর্যাপ্ত পৃষ্ঠতল অঞ্চল নেই। সাধারণভাবে তুমি যদি একটি গরম চিপ জুড়ে শীতল জল বা বায়ু প্রবাহিত করো তবে তোমার যদি চিপের সাথে আরও পৃষ্ঠতলের যোগাযোগ থাকে তবে শীতলকরণের প্রভাব বেশি। তবে তোমার যদি কিউবিক চিপ থাকে তবে পৃষ্ঠের ক্ষেত্রটি যথেষ্ট নয়। উদাহরণস্বরূপ যদি কিউবিকাল চিপের আকার দ্বিগুণ করতে পারতেন তবে এটি যে তাপটি উৎপন্ন করে তা আটটি ফ্যাক্টর দ্বারা বৃদ্ধি পায় (যেহেতু ঘনকটিতে আট গুণ বেশি বৈদ্যুতিক উপাদান রয়েছে) তবে তার পৃষ্ঠের ক্ষেত্রফল কেবল চারটি ফ্যাক্টরের দ্বারা বৃদ্ধি পায়। এর অর্থ হলো কিউবিকাল চিপে উৎপন্ন তাপ এটিকে শীতল করার ক্ষমতা থেকে দ্রুত বৃদ্ধি পায়। কিউবিক চিপটি যত বড়, এটিকে ঠাণ্ডা করা তত বেশি কঠিন। সুতরাং কিউবিকাল চিপগুলো সমস্যার আংশিক, অস্থায়ী সমাধান সরবরাহ করবে।

কেউ কেউ পরামর্শ দিয়েছেন যে আমরা সার্কিটগুলো আটকে দেওয়ার জন্য কেবলমাত্র ইউভি আলোর পরিবর্তে এক্স-রে ব্যবহার করি। নীতিগতভাবে, এটি কার্যকর হতে পারে, যেহেতু এক্স-রেতে একটি তরঙ্গদৈর্ঘ্য ইউভি আলোর চেয়ে ১০০ গুণ ছোট হতে পারে। তবে একটি বাণিজ্য বন্ধ আছে। তুমি যখন ইউভি আলো থেকে এক্স-রেতে যাও, তুমি ১০০ বা ততোধিক ফ্যাক্টরের সাহায্যে বিমের শক্তিও বাড়িয়ে তোলেন। এর অর্থ হ’ল এক্স-রে সাহায্যে এচিং করা তোমার যে আটকে যাওয়ার চেষ্টা করছেন সেই ওয়েফারটিকে ধ্বংস করতে পারে। এক্স-রে লিথোগ্রাফিকে তুলনামূলকভাবে কোনো শিল্পীর সাথে তুলনা করা যেতে পারে যা একটি ভঙুর ব্যবহার করে একটি সূক্ষ্ম ভাস্কর্য তৈরি করার চেষ্টা করে। এক্স-রে লিথোগ্রাফিকে খুব সাবধানে নিয়ন্ত্রণ করতে হবে, তাই এক্স-রে লিথোগ্রাফিটি কেবল একটি স্বল্পমেয়াদি সমাধান।

দ্বিতীয়ত, কোয়ান্টাম তত্ত্ব দ্বারা উত্থাপিত একটি মৌলিক সমস্যা রয়েছে: অনিশ্চয়তা নীতি, যা বলে যে তুমি কোনো পরমাণু বা কণার অবস্থান এবং গতিবেগ নির্দিষ্টভাবে জানতে পারবে না। আজকের পেন্টিয়াম চিপে প্রায় ত্রিশটি পরমাণুর পুরু স্তর থাকতে পারে। ২০২০ সালের মধ্যে, এ স্তরটি পাঁচটি পরমাণু হতে পারে, যাতে বৈদ্যুতিক অবস্থানটি অনিশ্চিত থাকে এবং এটি স্তরটির মধ্য দিয়ে ফাস শুরু হয়, যার ফলে একটি শর্ট সার্কিট হয়। সুতরাং, সিলিকন ট্রানজিস্টর কত ছোট হতে পারে তার একটি কোয়ান্টাম সীমা রয়েছে।

যেমনটি আমি আগেই উল্লেখ করেছি, আমি একবার সিয়াটলে তাদের সদর দফতরে মাইক্রোসফ্টের শীর্ষস্থানীয় ৩০০০ প্রকৌশলীর একটি বড় সম্মেলনকে মূল প্রতিশ্রুতি দিয়েছিলাম, যেখানে আমি মুরের আইনকে হ্রাস করার সমস্যাটি তুলে ধরেছি। এই শীর্ষ সফ্টওয়্যার ইঞ্জিনিয়াররা আমাকে জানিয়েছিলেন যে তারা এখন এই সমস্যাটিকে খুব গুরুত্ব সহকারে নিচ্ছেন এবং কম্পিউটার প্রসেসিং শক্তি বাড়ানোর জন্য সমান্তরাল প্রক্রিয়াকরণ তাদের শীর্ষ উত্তরগুলোর মধ্যে একটি। এ সমস্যাটি সমাধানের সহজতম উপায় হলো সমান্তরালভাবে কয়েকটি চিপস স্ট্রিং করা, যাতে কম্পিউটারের সমস্যাটি টুকরো টুকরো হয়ে যায় এবং তারপরে শেষে পুনরায় সংযুক্ত করা হয়।

আমাদের নিজের মস্তিষ্ক কীভাবে কাজ করে তার অন্যতম চাবি সমান্তরাল প্রক্রিয়াকরণ। তুমি যদি মস্তিষ্কের এমআরআই স্ক্যানটিকে যেমন ভাবে তেমন করে তবে তুমি দেখতে পাবে যে মস্তিষ্কের বিভিন্ন অঞ্চল একযোগে আলোকিত হয়, এর অর্থ মস্তিষ্ক কোনো কাজকে ছোট ছোট টুকরো টুকরো করে তোলে এবং প্রতিটি টুকরা একই সাথে প্রক্রিয়াকরণ করে। এটি ব্যাখ্যা করে যে নিউরনগুলো (যা ঘন্টায় ২০০ মাইল গতিবেগের ধীরে গতিতে বৈদ্যুতিক বার্তা বহন করে) একটি সুপার কম্পিউটারকে ছাড়িয়ে যেতে পারে, যেখানে বার্তাগুলো প্রায় আলোর গতিতে ভ্রমণ করে। আমাদের মস্তিষ্কের গতি একসাথে কয়েক বিলিয়ন ছোট গণনা করে এবং তারপরে এগুলো সমস্ত সংযুক্ত করে আরও বেশি করে তোলে।

সমান্তরাল প্রক্রিয়াকরণে অসুবিধাটি হলো প্রতিটি সমস্যাটি বিভিন্ন টুকরো টুকরো হয়ে যেতে হয়। তারপরে প্রতিটি টুকরোটি বিভিন্ন চিপ দ্বারা প্রক্রিয়াজাত করা হয় এবং সমস্যাটি আবার শেষে পুনরায় সাজানো হয়। এ ব্রেকআপের সমন্বয় অত্যন্ত জটিল হতে পারে এবং এটি প্রতিটি সমস্যার ওপর বিশেষভাবে নির্ভর করে, একটি সাধারণ পদ্ধতি খুঁজে পাওয়া খুব কঠিন করে তোলে। মানব মস্তিষ্ক অনায়াসে এটি করে তবে মাদার প্রকৃতি কয়েক লক্ষ বছর ধরে এ সমস্যাটি সমাধান করতে পেরেছে। সফটওয়্যার ইঞ্জিনিয়ারদের কেবল এক দশক বা তার বেশি সময় হয়েছে এ নিয়ে চিন্তা করছেন।

পরমাণু ট্রানজিস্টর

সিলিকন চিপের একটি সম্ভাব্য প্রতিস্থাপন হলো পৃথক পরমাণু দিয়ে তৈরি ট্রানজিস্টর। যদি সিলিকন ট্রানজিস্টরগুলো ব্যর্থ হয় কারণ একটি চিপের আকার এবং স্তরগুলো আকারে নিচে পারমাণবিক স্কেলে চলে যায়, তবে কেন আবার নতুন করে পরমাণু এবং গণনাকার্য ব্যবহার করা হবে না?

এটি উপলব্ধি করার একটি উপায় হলো আণবিক ট্রানজিস্টরগুলো। ট্রানজিস্টার হলো এমন একটি সুইচ যা তোমাকে একটি তারের নিচে বিদ্যুতের প্রবাহ নিয়ন্ত্রণ করতে দেয়। সিলিকন ট্রানজিস্টরকে একটি একক অণুতে প্রতিস্থাপন করা সম্ভব, রোটাক্সেন এবং বেনজেনিথিয়লের মতো রাসায়নিক দিয়ে তৈরি। তুমি যখন বেঞ্জেনিথিয়লের একটি অণু দেখতে পান তখন এটি মাঝখানে পরমাণু দিয়ে তৈরি ‘নোব’ বা ভালভের সাথে একটি দীর্ঘ নলের মতো মনে হয়। সাধারণত বিদ্যুৎ নলটি দিয়ে প্রবাহিত হয়, এটি চালিত করে। তবে ‘গিঁট’ বাঁকানোও সম্ভব, যা বিদ্যুতের প্রবাহ বন্ধ করে দেয়। এভাবে পুরো অণু একটি স্যুইচের মতো কাজ করে যা বিদ্যুতের প্রবাহকে নিয়ন্ত্রণ করতে পারে। একটি অবস্থানে, গিঁটটি বিদ্যুৎ প্রবাহের অনুমতি দেয়, যা প্রতিনিধিত্ব করতে পারে সংখ্যা ‘১’ দ্বারা যদি গিঁটটি ঘুরিয়ে দেওয়া হয়, তবে বৈদ্যুতিক প্রবাহ বন্ধ হয়ে যায়, যা ‘০.’ নম্বরটি উপস্থাপন করে, এভাবে ডিজিটাল অণু ব্যবহার করে বার্তা প্রেরণ করা যায়।

আণবিক ট্রানজিস্টর ইতিমধ্যে বিদ্যমান। বেশ কয়েকটি কর্পোরেশন ঘোষণা করেছে যে তারা স্বতন্ত্র অণু দ্বারা নির্মিত ট্রানজিস্টর তৈরি করেছে। তবে সেগুলো বাণিজ্যিকভাবে কার্যকর করার আগে একজনকে অবশ্যই সেগুলো সঠিকভাবে বেঁধে রাখতে সক্ষম হবে এবং তাদের প্রচুর উৎপাদন করতে হবে।

আণবিক ট্রানজিস্টার নিয়ে কাজ করা একজন প্রতিশ্রুতিশীল ব্যক্তি গ্রাফিন নামক একটি পদার্থ থেকে এসেছিলেন, যা ২০০৪ সালে গ্রাফাইট থেকে প্রথম বিচ্ছিন্ন করেছিলেন ম্যানচেস্টার বিশ্ববিদ্যালয়ের আন্ড্রে গেইম এবং কোস্ট্যা নভোসেলভ, যারা তাদের কাজের জন্য নোবেল পুরষ্কার লাভ করেছিলেন। এটি গ্রাফাইটের একক স্তরের মতো। কার্বন ন্যানোটিউবগুলোর বিপরীতে, যা দীর্ঘ, সরু নলগুলোতে পরিণত কার্বন পরমাণুর শীট, গ্রাফিন কার্বনের একটি একক শীট, একটি বেশি অণু নয়। কার্বন ন্যানোটিউবের মতো গ্রাফিনও পদার্থের একটি নতুন অবস্থা উপস্থাপন করে, তাই বিজ্ঞানীরা বিদ্যুৎ পরিচালনাসহ এর উল্লেখযোগ্য বৈশিষ্ট্যগুলো ছড়িয়ে দিচ্ছেন। ‘পদার্থবিদ্যার দৃষ্টিকোণ থেকে গ্রাফিন হ’ল সোনার খনি, তুমি যুগ যুগ ধরে এটি অধ্যয়ন করতে পারেন’, নভোসেলভ মন্তব্য করেছেন। (বিজ্ঞানের ক্ষেত্রে পরীক্ষা করা গ্রাফেনই এখন পর্যন্ত সবচেয়ে শক্তিশালী উপাদান। তুমি যদি একটি পেন্সিলের ওপর একটি হাতি রাখেন এবং গ্রাফিনের শীটে পেন্সিলকে ভারসাম্যপূর্ণ করেন তবুও গ্রাফিন ছিঁড়ে যাবে না)।

নভোস্লোভ গ্রুপটি এখন পর্যন্ত তৈরি কিছু ক্ষুদ্রতম ট্রানজিস্টর তৈরি করতে কম্পিউটার শিল্পে ব্যবহৃত স্ট্যান্ডার্ড কৌশল ব্যবহার করেছে। ইলেক্ট্রনের সংকীর্ণ রশ্মি গ্রাফিনে চ্যানেল তৈরি করতে পারে, যা বিশ্বের ক্ষুদ্রতম ট্রানজিস্টর তৈরি করে: একটি পরমাণুর সমান পুরু এবং দশটি পরমাণু পাশাপাশি নিয়ে। (বর্তমানে, ক্ষুদ্রতম অণু ট্রানজিস্টর আকারে প্রায় ৩০ ন্যানোমিটার। নভোসেলভের ক্ষুদ্রতম ট্রানজিস্টর এর চেয়ে ত্রিশ গুণ ছোট)।

গ্রাফিনের এ ট্রানজিস্টরগুলো এত ছোট, বাস্তবে তারা আণবিক ট্রানজিস্টারের চূড়ান্ত সীমাটি উপস্থাপন করতে পারে। যে কোনো ছোট, এবং অনিশ্চয়তার নীতিটি গ্রহণ করে এবং ইলেকট্রনগুলো ট্রানজিস্টর থেকে ফাঁস হয়ে তার বৈশিষ্ট্যগুলো ধ্বংস করে দেয়। নভোসেলভ বলেছেন, “এটি এতোটাই ক্ষুদ্রতম- যার ছোট তুমি পেতে পারেন না তা সম্পর্কে।”

যদিও আণবিক ট্রানজিস্টরের জন্য বেশ কয়েকটি প্রতিশ্রুতিশীল অপশন রয়েছেন, তবে আসল সমস্যাটি হলো আরও জাগতিক: কীভাবে এগুলো তারের সাথে যুক্ত করা যায় এবং তাদের বাণিজ্যিকভাবে কার্যকর পণ্য হিসেবে একত্র করা যায়। একটি একক আণবিক ট্রানজিস্টর তৈরি করা যথেষ্ট নয়। আণবিক ট্রানজিস্টরগুলো খারাপ ব্যবহার সহজ, যেহেতু তারা মানুষের চুলের চেয়ে কয়েক হাজার গুণ পাতলা হতে পারে। এগুলোকে প্রচুর উৎপাদন করার উপায়গুলো একটি দুঃস্বপ্নের চিন্তা। বর্তমানে প্রযুক্তিটি এখনও কার্যকর হয়নি।

উদাহরণস্বরূপ, গ্রাফিন এমন একটি নতুন উপাদান যা বিজ্ঞানীরা জানেন না কীভাবে এটির প্রচুর পরিমাণে উৎপাদন করা যায়। বিজ্ঞানীরা কেবলমাত্র ০.১ মিলিমিটার খাঁটি গ্রাফিন উৎপাদন করতে পারেন, বাণিজ্যিক ব্যবহারের জন্য এটি খুব ছোট। একটি আশা হলো এমন একটি প্রক্রিয়া পাওয়া যায় যা আণবিক ট্রানজিস্টরকে স্ব-সংহত করে। প্রকৃতিতে, আমরা কখনো কখনো অণুগুলোর অ্যারেগুলো দেখতে পাই যা একটি নির্দিষ্ট প্যাটার্নে ঘনীভূত হয়, যেন যাদু। এখনও অবধি, কেউ এ যাদুটিকে বিশ্বস্তভাবে পুনরায় তৈরি করতে সক্ষম হয়নি।

কোয়ান্টাম কম্পিউটার

সর্বাধিক উচ্চাভিলাষী প্রস্তাব হলো কোয়ান্টাম কম্পিউটার ব্যবহার করা, যা প্রকৃতপক্ষে পৃথক পরমাণুগুলোর নিজেরাই গণনা করে। কেউ কেউ দাবি করেন যে কোয়ান্টাম কম্পিউটারগুলোই চূড়ান্ত কম্পিউটার, যেহেতু পরমাণু হলো ক্ষুদ্রতম ইউনিট যার মাধ্যমে কেউ গণনা করতে পারে।

একটি পরমাণু একটি স্পিনিং শীর্ষের মতো। সাধারণত শীর্ষটি উপরের দিকে ঘুরছে যদি ‘০’ নম্বরটি বা উপরের অংশটি নিচে ঘূর্ণায়মান হয় তবে তুমি স্পিনিং শীর্ষগুলোতে ডিজিটাল তথ্য সঞ্চয় করতে পারো। যদি তুমি স্পিনিং শীর্ষে উঠো, তবে তুমি ০-কে ১-তে রূপান্তর করেছ এবং একটি গণনা করেছ।

তবে কোয়ান্টামের উদ্ভট জগতে একটি পরমাণু কিছুটা অর্থে একই সাথে উপরে এবং নিচে ঘুরছে। (কোয়ান্টাম ওয়ার্ল্ডে, একই সাথে একাধিক জায়গা হওয়া সাধারণ বিষয়) সুতরাং একটি পরমাণুতে ০ বা ১-এর চেয়ে অনেক বেশি তথ্য থাকতে পারে। এটি ০ এবং ১-এর মিশ্রণ বর্ণনা করতে পারে। সুতরাং কোয়ান্টাম কম্পিউটারগুলো বরং ‘কোয়েট’ ব্যবহার করে বিট নয়। উদাহরণস্বরূপ এটি ২৫ শতাংশ স্পিনিং আপ এবং ৭৫ শতাংশ স্পিনিং ডাউন হতে পারে। এভাবে একটি ঘুরানো পরমাণু একক বিটের চেয়ে অনেক বেশি তথ্য সঞ্চয় করতে পারে।

কোয়ান্টাম কম্পিউটারগুলো এতটাই শক্তিশালী যে সিআইএ তাদের কোড-ব্রেকিং সম্ভাবনার সন্ধান করেছে। সিআইএ যখন অন্য জাতির কোড ভঙ্গ করার চেষ্টা করে, তখন চাবিটি অনুসন্ধান করে। জাতিগুলো তাদের বার্তাগুলো এনকোড করে চাবিটি তৈরির জন্য দক্ষ পদ্ধতি অবলম্বন করেছে। উদাহরণস্বরূপ চাবিটি একটি বৃহৎ সংখ্যাকে ফ্যাক্টরাইজ করার ওপর ভিত্তি করে হতে পারে। ২১ সংখ্যাটি ৩ এবং ৭ এর গুণফল হিসেবে সহজেই চিহ্নিত করা যায় এখন ধরা যাক যে তোমার ১০০ সংখ্যার পূর্ণসংখ্যা রয়েছে এবং তুমি একটি ডিজিটাল কম্পিউটারকে এটি দুটি অন্যান্য পূর্ণসংখ্যার পণ্য হিসেবে পুনর্লিখন করতে বলেছিলে। এই সংখ্যাকে ফ্যাক্টর করতে সক্ষম হতে ডিজিটাল কম্পিউটারকে এক শতাব্দী লাগতে পারে। একটি কোয়ান্টাম কম্পিউটার তবে এত শক্তিশালী যে নীতিগতভাবে এটি অনায়াসে এজাতীয় কোনো কোড উন্মোচন করতে পারে। এই বিশাল কাজগুলোর জন্য একটি কোয়ান্টাম কম্পিউটার দ্রুত একটি স্ট্যান্ডার্ড কম্পিউটারকে ছাড়িয়ে যায়।

কোয়ান্টাম কম্পিউটারগুলো বিজ্ঞানের কল্পকাহিনি নয় তবে বাস্তবে আজ বিদ্যমান। আসলে ক্ষেত্রের অন্যতম পথিকৃৎ শেঠ লয়েডের এমআইটি পরীক্ষাগারটি পরিদর্শন করার সময় আমার একটি কোয়ান্টাম কম্পিউটার দেখার সুযোগ হয়েছিল। তার পরীক্ষাগারটিতে কম্পিউটার, ভ্যাকুয়াম পাম্প এবং সেন্সর পূর্ণ রয়েছে, তবে তার পরীক্ষার কেন্দ্রবিন্দু এমন একটি মেশিন যা অনেক ছোট একটি স্ট্যান্ডার্ড এমআরআই মেশিনের অনুরূপ। এমআরআই মেশিনের মতো, তার ডিভাইসে তারের দুটি বড় কয়েল রয়েছে যা তাদের মধ্যে স্থানটিতে অভিন্ন চৌম্বকীয় ক্ষেত্র তৈরি করে। এ অভিন্ন চৌম্বকীয় ক্ষেত্রে, তিনি তার নমুনা উপাদান রাখেন। নমুনার অভ্যন্তরের পরমাণুগুলো স্পিনিং টপসের মতো সারিবদ্ধ হয়। যদি পরমাণু পয়েন্ট করে, এটি একটি ০ এর সাথে সামঞ্জস্য করে যদি এটি নিচের দিকে নির্দেশ করে তবে এটি ১ এর সাথে মিলে যায়। তারপর কিছু পরমাণু উল্টে যায়, তাই ১টি ০ হয়। এভাবে, যন্ত্রটি একটি গণনা সম্পাদন করে।

তাহলে কেন আমাদের ডেস্কে বসে বিশ্বজগতের রহস্য সমাধান করার জন্য কোয়ান্টাম কম্পিউটার নেই? লয়েড আমার কাছে সত্যিকারের সমস্যাটি স্বীকার করেছেন যে কোয়ান্টাম কম্পিউটারগুলোতে গবেষণাটি অচল করে দিয়েছে বাইরের বিশ্ব থেকে প্রাপ্ত ঝামেলা, যা এ পরমাণুর নাজুক বৈশিষ্ট্যগুলোকে ধ্বংস করে দেয়।

যখন পরমাণুগুলো ‘সুসংহত’ হয় এবং একে অপরের সাথে পর্যায়ক্রমে স্পন্দিত হয়, তখন বাইরের বিশ্ব থেকে অতি ক্ষুদ্রতম ব্যাঘাতগুলো এই সূক্ষ্ম ভারসাম্যকে নষ্ট করে এবং পরমাণুকে ‘ডিকোহারবাঅসংগতি’ করে তুলতে পারে। সুতরাং তারা আর একযোগে স্পন্দিত হয় না। এমনকি একটি মহাজাগতিক রশ্মি বা ল্যাবের বাইরে একটি ট্রাকের শব্দ এই পরমাণুগুলোর সূক্ষ্ম ঘূর্ণন প্রান্তিককরণ এবং গণনাটি ধ্বংস করতে পারে।

ডিকোহারেন্স বা অসংগতি সমস্যা হলো কোয়ান্টাম কম্পিউটার তৈরির ক্ষেত্রে সবচেয়ে জটিল বাধা। যে কেউ সিদ্ধান্ত গ্রহণের সমস্যা সমাধান করতে পারে সে কেবল একটি নোবেল পুরষ্কার জিতবে না, বরং পৃথিবীর সবচেয়ে ধনী ব্যক্তিও হয়ে উঠবে।

তুমি যেমন কল্পনা করতে পারো, স্বতন্ত্র সুসংহত পরমাণুগুলোর ছাড়া কোয়ান্টাম কম্পিউটার তৈরি করা একটি কঠিন প্রক্রিয়া, কারণ এই পরমাণুগুলো দ্রুত অসংগতি করে এবং পর্যায়ের বাইরে চলে যায়। এখনও অবধি, বিশ্বের সবচেয়ে জটিল গণনা কোয়ান্টাম কম্পিউটারে করা হয়েছে ৩×৫ = ১৫। যদিও এটি খুব বেশি না মনে হচ্ছে, তবুও মনে রাখবেন যে এ গণনাটি পৃথক পরমাণুতে হয়েছিল।

তদ্ব্যতীত, কোয়ান্টাম তত্ত্ব থেকে আবারও একটি উদ্ভট জটিলতা দেখা দিয়েছে, অনিশ্চয়তার নীতির ভিত্তিতে। কোয়ান্টাম কম্পিউটারে করা সমস্ত গণনাগুলো অনিশ্চিত, তাই তোমাকে পরীক্ষাটি বহুবার পুনরাবৃত্তি করতে হবে। সুতরাং ২+২ = ৪, কমপক্ষে কখনো কখনো। তুমি যদি ২+২ এর গণনাটি বেশ কয়েকবার পুনরাবৃত্তি করো তবে চূড়ান্ত উত্তরটি গড় ৪ হয়। এমনকি গণিত একটি কোয়ান্টাম কম্পিউটারে অস্পষ্ট হয়ে যায়।

কেউ জানেন না—কখন, কে ডিকোহারেন্সের এ সমস্যার সমাধান করতে পারে। ভিন্ট সারফ, এর অন্যতম মূল নির্মাতা ইন্টারনেট, পূর্বাভাস, ‘২০৫০ এর মধ্যে আমরা অবশ্যই গড় তাপমাত্রায় কোয়ান্টাম গণনা অর্জনের উপায় খুঁজে পেয়েছি।’

আমাদের এও উল্লেখ করা উচিত এ ক্ষেত্রে বাজির পরিমাণ এত বেশি যে বিজ্ঞানীরা বিভিন্ন কম্পিউটার ডিজাইন অনুসন্ধান করেছিলেন। এই প্রতিযোগিতামূলক ডিজাইনের কিছু হলো :

• অপটিক্যাল কম্পিউটার : এ কম্পিউটারগুলো ইলেক্ট্রনের চেয়ে হালকা বিমে দ্বারা গণনা করে। যেহেতু হালকা বিমগুলো একে অপরের মধ্য দিয়ে যেতে পারে, অপটিক্যাল কম্পিউটারগুলোর সুবিধা রয়েছে যে তারা তারগুলো ছাড়া ঘনক্ষেত্র হতে পারে। এছাড়াও সাধারণ ট্রানজিস্টরের মতো একই লিথোগ্রাফিক কৌশল ব্যবহার করে লেজারগুলো সৃষ্টি করা যেতে পারে, তাই তাত্ত্বিকভাবে তুমি কয়েক মিলিয়ন লেজারকে একটি চিপে প্যাক করতে পারো।
• কোয়ান্টাম ডট কম্পিউটার : চিপগুলোতে ব্যবহৃত সেমিকন্ডাক্টরগুলোকে ছোট ছোট বিন্দুতে এত ছোট করা যেতে পারে যেগুলো সম্ভবত ১০০টি পরমাণুর সংকলন নিয়ে গঠিত। এ মুহূর্তে, এ পরমাণুগুলো একযোগে কম্পন শুরু করতে পারে। ২০০৯ সালে, বিশ্বের সবচেয়ে ছোট কোয়ান্টাম ডট একটি একক ইলেক্ট্রন থেকে তৈরি হয়েছিল। এ কোয়ান্টাম ডট ইতিমধ্যে হালকা- নির্গমনকারী ডায়োড এবং কম্পিউটার প্রদর্শনগুলোর সাথে তাদের যোগ্যতা প্রমাণ করেছে। ভবিষ্যতে এ কোয়ান্টাম ডট সঠিকভাবে সাজানো থাকলে তারা কোয়ান্টাম কম্পিউটার তৈরি করতে পারে।
• ডিএনএ কম্পিউটার : ১৯৯৪ সালে দক্ষিণ ক্যালিফোর্নিয়া বিশ্ববিদ্যালয়ে ডিএনএ অণু দ্বারা তৈরি একটি কম্পিউটার প্রথম তৈরি করা হয়েছিল। যেহেতু ডিএনএর একটি স্ট্র্যান্ড ০ এবং ১ এর পরিবর্তে এ, টি, সি, জি বর্ণগুলো দ্বারা প্রতিনিধিত্ব করে অ্যামিনো অ্যাসিডের তথ্য এনকোড করে, ডিএনএ সাধারণ কম্পিউটার টেপ হিসেবে দেখা যায়, এটি আরও তথ্য সংরক্ষণ করতে পারে। একটি বৃহত্তর ডিজিটাল নম্বর কম্পিউটার দ্বারা চালিত ও পুনর্বিন্যাস করা যেতে পারে একইভাবে, ডিএনএযুক্ত তরলগুলোর টিউবগুলোকে মিশিয়ে বিভিন্ন উপায়ে কাটা এবং ছড়িয়ে দেওয়া যায় এমন উপকরণগুলোও সম্পাদন করতে পারে। যদিও প্রক্রিয়াটি ধীর গতিতে রয়েছে, তবুও অনেক ট্রিলিয়ন ডিএনএ অণু একই সাথে কাজ করে-একটি ডিএনএ কম্পিউটার একটি নির্দিষ্ট ডিজিটাল কম্পিউটারের চেয়ে আরও সহজে গণনা সমাধান করতে পারে। যদিও একটি ডিজিটাল কম্পিউটার বেশ সুবিধাজনক এবং তোমার সেল ফোনের ভিতরে স্থাপন করা যেতে পারে, ডিএনএ কম্পিউটারগুলো আরও উদ্ভট হয়। কারণ এতে ডিএনএযুক্ত তরল মিশ্রিত টিউবগুলো জড়িত।