একটি ডিএনএ কম্পিউটার যা ধ্রুবক বিদ্যুৎ সরবরাহ ছাড়াই চলে
আয়ারল্যান্ডের মেথু বিশ্ববিদ্যালয়ের গবেষকরা এমন একটি ডিএনএ কম্পিউটার তৈরি করেছেন, যাকে বিশ্বের প্রথম বিদ্যুৎবিহীন ডিএনএ কম্পিউটার হিসেবে বর্ণনা করা হচ্ছে এবং এই সিস্টেমটি reportedly একটি গতির রেকর্ড গড়েছে। কম্পিউটার বিজ্ঞানী ড্যামিয়েন উডসের নেতৃত্বে এই কাজটি এমন এক সময়ে গণনার বিষয়ে ভিন্নভাবে চিন্তা করার দিক দেখায়, যখন প্রচলিত সিলিকন মেশিনগুলো আরও বেশি বিদ্যুৎ খরচ করছে।
শিরোনামের ফলাফলটি গুরুত্বপূর্ণ কারণ এটি একটি স্বাভাবিক ধারণাকে চ্যালেঞ্জ করে: যে কার্যকর কম্পিউটিংয়ে ধারাবাহিক বিদ্যুৎ প্রবাহের অধীনে ট্রানজিস্টর চালু-বন্ধ হতে হবে। বরং মেথু দলটি জীবনের রসায়নের দিকে ঝুঁকেছে, ডিএনএ স্ট্র্যান্ড ও তাদের পারস্পরিক ক্রিয়াকে গণনার ভিত্তি হিসেবে ব্যবহার করেছে। এই পদ্ধতিটি আগামীকাল প্রতিটি ল্যাপটপ বা ডেটা সেন্টার প্রতিস্থাপনের উদ্দেশ্যে নয়। এটি একটি প্রমাণ যে আণবিক সিস্টেমগুলো অনেক কম চলমান বিদ্যুৎ খরচে গণনামূলক কাজ করতে পারে।
কম্পিউটিংয়ের শক্তি চাহিদা কেন মনোযোগ আকর্ষণ করছে
কম-শক্তি বিকল্পের পেছনের জরুরি অবস্থা সংখ্যায় সহজেই দেখা যায়। ২০৫০ সালের মধ্যে মার্কিন বাণিজ্যিক খাতে ব্যবহৃত বিদ্যুতের ২০% পর্যন্ত কম্পিউটিংয়ে ব্যবহৃত হতে পারে বলে আশা করা হচ্ছে। শুধু ডেটা সেন্টারগুলোর বিদ্যুৎ চাহিদা আগামী কয়েক বছরের মধ্যে দ্বিগুণ হবে বলে পূর্বাভাস দেওয়া হয়েছে। এই বৃদ্ধি গ্রিড, জলবায়ু লক্ষ্য এবং ডিজিটাল সেবার অর্থনীতির উপর চাপ সৃষ্টি করে।
সমস্যাটি শুধু যুক্তরাষ্ট্রে সীমাবদ্ধ নয়। উডস উল্লেখ করেন যে আয়ারল্যান্ডের ২৩% বিদ্যুৎ ইতিমধ্যেই কম্পিউটিং ও ডেটা স্টোরেজে যায়। আরও কাজ ক্লাউডে স্থানান্তরিত হওয়ার এবং কৃত্রিম বুদ্ধিমত্তা বিস্তৃত হওয়ার সাথে সাথে শক্তির বোঝা আরও কঠিন হয়ে উঠতে পারে। চিপে দক্ষতা উন্নয়ন সাহায্য করেছে, কিন্তু বিশাল সুইচ নেটওয়ার্কের মধ্য দিয়ে ইলেকট্রন চলাচলের মৌলিক খরচ দূর করেনি।
উডস যুক্তি দেন যে শিল্পটি কেবল এক ধরনের কম্পিউটারের দিকে তাকিয়ে সীমাবদ্ধ ছিল। সিলিকন মেশিন প্রাধান্য পায়, কিন্তু সেগুলোই একমাত্র সম্ভাব্য মডেল নয়। তিনি উল্লেখ করেন, মানব মস্তিষ্ক খুব কম শক্তি খরচ করে অসাধারণ কাজ করে। প্রকৃতি এমন সিস্টেম অপ্টিমাইজ করতে কোটি কোটি বছর পেয়েছে, যা জৈবিক ও রাসায়নিক অনুপ্রেরণা অন্বেষণযোগ্য করে তোলে।
ট্রানজিস্টর বনাম ডিএনএ স্ট্র্যান্ড
আধুনিক কম্পিউটার ট্রানজিস্টরে তথ্যকে চালু ও বন্ধ অবস্থায় এনকোড করে। এমনকি একটি সাধারণ গণনা করতে সেই অবস্থা পরিবর্তন করতে সামান্য বৈদ্যুতিক চার্জ প্রয়োজন। আলাদাভাবে চার্জটি ক্ষুদ্র, কিন্তু বিলিয়ন ট্রানজিস্টর সেকেন্ডে বিলিয়ন বার সুইচ করলে সেই ক্ষুদ্র চার্জ বিশাল সামগ্রিক চাহিদায় পরিণত হয়।
ডিএনএ একটি ভিন্ন তথ্য ব্যবস্থা দেয়। অণুটি চারটি রাসায়নিক একক দিয়ে গঠিত, যা প্রায়ই A, C, G এবং T অক্ষর দিয়ে প্রকাশ করা হয়। সেই এককগুলো ডেটা সংরক্ষণ করতে পারে এবং তাদের সিকোয়েন্স অ্যালগরিদমিক বিক্রিয়ায় অংশ নিতে পারে। ডিএনএ কম্পিউটিংয়ে, বাহ্যিক ভোল্টেজ দ্বারা ট্রানজিস্টর সুইচ করার বদলে বিভিন্ন সিকোয়েন্সের মধ্যে প্রতিযোগিতা থেকে গণনা উদ্ভূত হতে পারে।
এই ধারণাটি একেবারে নতুন নয়। ১৯৯০-এর দশকে সাউদার্ন ক্যালিফোর্নিয়া বিশ্ববিদ্যালয়ের কম্পিউটার বিজ্ঞানী লিওনার্ড অ্যাডলম্যান নিউক্লিওটাইড স্ট্রিং ও জৈবরসায়ন ব্যবহার করে বিখ্যাতভাবে ট্রাভেলিং সেলসম্যান সমস্যা সমাধান করেছিলেন। এরপর থেকে গবেষকরা গণনামূলক কাজের জন্য রাসায়নিক রেসিপি প্রোগ্রাম করার অনেক উপায় তৈরি করেছেন। এই ক্ষেত্রটি দেখিয়েছে যে অণুগুলো নীতিগতভাবে তথ্য প্রক্রিয়া করতে পারে, কিন্তু ব্যবহারিক মেশিন তৈরি করা কঠিন থেকে গেছে।
ডিএনএ কম্পিউটিং ব্যবহারিক করার চ্যালেঞ্জ
একটি স্থায়ী বাধা হলো এমন একটি ডিএনএ কম্পিউটার তৈরি করা যা শক্তি-সুবিধাজনক, স্থিতিশীল এবং নির্ভরযোগ্য। অনেক আণবিক কম্পিউটিং স্কিমে চূড়ান্ত উত্তরে পৌঁছাতে সতর্ক হস্তক্ষেপ, যার মধ্যে টুইক ও টপ-আপও রয়েছে, প্রয়োজন হয়। এটি কম-শক্তি, স্বায়ত্তশাসিত পরিচালনার প্রতিশ্রুতিকে দুর্বল করে। যে সিস্টেমের ক্রমাগত দেখাশোনা দরকার, তা দৈনন্দিন অর্থে বেশি কম্পিউটার নয়।
উডস ও তার সহকর্মীরা ভিন্ন পথ নিয়েছেন, যা সাধারণ স্ট্র্যান্ড প্রতিযোগিতার পুরোনো পদ্ধতির চেয়ে ডিএনএ অরিগামির উদীয়মান বিজ্ঞানের কাছাকাছি। ডিএনএ অরিগামি একটি দীর্ঘ নিউক্লিক অ্যাসিড স্ক্যাফোল্ডের সাথে ছোট ডিএনএ খণ্ড ব্যবহার করে। উষ্ণ স্যালাইন দ্রবণে মিশিয়ে তারপর ঠান্ডা করলে উপাদানগুলো কম-শক্তির কনফিগারেশনে স্থির হয়। কার্যত, আণবিক টুকরোগুলো বৈদ্যুতিক নির্দেশনার প্রবাহের বদলে তাপগতিবিদ্যা দ্বারা পরিচালিত হয়ে নিজেদের বিন্যাস খুঁজে নেয়।
এই স্ব-সংযোজন প্রক্রিয়াটি রিপোর্ট করা অগ্রগতির কেন্দ্রবিন্দু। যদি মিশ্রণটি তার সর্বনিম্ন শক্তি অবস্থার দিকে ঠান্ডা হওয়ার সময় গণনা ঘটে, তাহলে সিস্টেমটির ধারাবাহিক বাহ্যিক বিদ্যুৎ সরবরাহের প্রয়োজন নাও হতে পারে। ডিএনএ কম্পিউটারকে বিদ্যুৎবিহীন বলা যেতে পারে এই অর্থে যে প্রতিটি যৌক্তিক ক্রিয়া চালাতে ধ্রুবক বৈদ্যুতিক প্রবাহ প্রয়োজন হয় না। এটি এখনও রাসায়নিক ও তাপীয় অবস্থার উপর নির্ভর করে, কিন্তু শক্তি কৌশল সিলিকন প্রসেসরের থেকে মৌলিকভাবে ভিন্ন।
গতির রেকর্ড কী ইঙ্গিত দেয়
গতির রেকর্ডের দাবি আরেকটি মাত্রা যোগ করে। ডিএনএ কম্পিউটিংকে কখনও কখনও ধীর হিসেবে চিত্রিত করা হয়েছে, সমান্তরাল অনুসন্ধানের জন্য মূল্যবান কিন্তু দ্রুত গণনার জন্য নয়। একটি বিশ্বের প্রথম বিদ্যুৎবিহীন সিস্টেম যা একই সাথে গতির রেকর্ড গড়ে, তা ইঙ্গিত দেয় যে আণবিক গণনা প্রত্যাশার চেয়ে বেশি প্রতিযোগিতামূলক হতে পারে, অন্তত নির্দিষ্ট কাজ ও বেঞ্চমার্কের জন্য।
এর মানে এই নয় যে ডিএনএ কম্পিউটার শীঘ্রই স্প্রেডশিট, গেম বা বড় ভাষা মডেল চালাবে। প্রযুক্তিটি স্থিতিশীলতা, নির্ভরযোগ্যতা, স্কেলযোগ্যতা এবং বিদ্যমান সিস্টেমের সাথে একীকরণ নিয়ে প্রশ্নের মুখোমুখি। পরীক্ষাগার প্রদর্শন বাণিজ্যিক পণ্যের সমান নয়। তবুও, রেকর্ড-স্থাপনকারী ফলাফল গবেষকদের ক্ষেত্রের সীমানা সম্পর্কে চিন্তা করার ধরন বদলে দিতে পারে।
কম শক্তি, শূন্য খরচ নয়
বিদ্যুৎবিহীন শব্দটি সম্পর্কে সুনির্দিষ্ট হওয়া গুরুত্বপূর্ণ। কোনো কম্পিউটারই কোনো না কোনো রূপে শক্তি ছাড়া চলতে পারে না। মেথু সিস্টেমটি ধ্রুবক বিদ্যুৎ সরবরাহ এড়িয়ে যায় বলে মনে হয়, বরং ডিএনএ হাইব্রিডাইজেশন ও ফোল্ডিংয়ের পদার্থবিদ্যা ও রসায়ন ব্যবহার করে। সেই অর্থে, এটি প্রচলিত ইলেকট্রনিক ডিভাইসের চেয়ে স্ব-সংগঠিত উপাদানের কাছাকাছি।
এই পার্থক্য টেকসইতার জন্য গুরুত্বপূর্ণ। ডেটা সেন্টার গণনা ও শীতলীকরণের জন্য বিদ্যুৎ খরচ করে। যদি কিছু গণনা নিষ্ক্রিয় আণবিক সংযোজনের মাধ্যমে করা যায়, তাহলে কম্পিউটিংয়ের শক্তি প্রোফাইল বদলে যেতে পারে। শক্তির উৎস গ্রিড বিদ্যুৎ থেকে রাসায়নিক প্রস্তুতি ও তাপীয় চক্রে স্থানান্তরিত হতে পারে, যার নিজস্ব খরচ আছে। নিট সুবিধা নির্দিষ্ট প্রয়োগ ও জীবনচক্রের উপর নির্ভর করবে।
গবেষকরা কেন বারবার জীববিজ্ঞানে ফিরে আসেন
জীববিজ্ঞান দক্ষ তথ্য প্রক্রিয়াকরণের উদাহরণে পূর্ণ। কোষগুলো সংকেতে সাড়া দেয়, জিনগত উপাদান অনুলিপি করে এবং কেন্দ্রীয় প্রসেসর বা দেয়ালের সকেট ছাড়াই জটিল নেটওয়ার্ক নিয়ন্ত্রণ করে। মস্তিষ্ক সবচেয়ে পরিচিত উদাহরণ, কিন্তু ডিএনএ নিজেই একটি স্টোরেজ ও প্রক্রিয়াকরণ মাধ্যম যা বিবর্তনীয় সময়ে পরিমার্জিত হয়েছে।
ডিএনএ কম্পিউটিং গবেষকরা সেই দক্ষতার কিছু ধার নেওয়ার চেষ্টা করছেন। মেথু দলের ডিএনএ অরিগামি ব্যবহার হলো জৈবিক কাঠামোকে প্রকৌশল লক্ষ্যে পুনর্ব্যবহার করার একটি উদাহরণ। স্ক্যাফোল্ড ও ছোট স্ট্র্যান্ড ডিজাইন করে বিজ্ঞানীরা কাঙ্ক্ষিত গণনামূলক ফলাফলের দিকে নিয়ে যাওয়া মিথস্ক্রিয়া প্রোগ্রাম করতে পারেন।
- ডিএনএ তার চারটি রাসায়নিক এককের সিকোয়েন্সে তথ্য সংরক্ষণ করতে পারে।
- ট্রানজিস্টর সুইচিংয়ের বদলে প্রতিযোগিতামূলক বাইন্ডিং থেকে গণনা উদ্ভূত হতে পারে।
- ডিএনএ অরিগামি একটি স্ক্যাফোল্ড ও ছোট স্ট্র্যান্ড ব্যবহার করে কম-শক্তির আকারে স্ব-সংযোজিত হয়।
- বিদ্যুৎবিহীন পরিচালনার অর্থ ধ্রুবক বিদ্যুৎ সরবরাহ নেই, শূন্য শক্তি ইনপুট নয়।
- ব্যবহারিক চ্যালেঞ্জের মধ্যে রয়েছে স্থিতিশীলতা, নির্ভরযোগ্যতা এবং ম্যানুয়াল টপ-আপ এড়ানো।
সামনের পথ
মেথুর ফলাফল একটি স্মারক যে কম্পিউটিংয়ের ভবিষ্যৎ একক নাও হতে পারে। সাধারণ-উদ্দেশ্য প্রক্রিয়াকরণে সিলিকন সম্ভবত প্রভাবশালী থাকবে, কিন্তু আণবিক সিস্টেমগুলো এমন কুলুঙ্গি খুঁজে পেতে পারে যেখানে কম শক্তি, স্ব-সংযোজন বা বিশাল সমান্তরালতা গুরুত্বপূর্ণ। গতির রেকর্ডসহ বিশ্বের প্রথম বিদ্যুৎবিহীন ডিএনএ কম্পিউটার একটি সংকেত যে ক্ষেত্রটি এগিয়ে চলেছে।
ভবিষ্যতের কাজে দেখাতে হবে পদ্ধতিটি স্কেল করা যায় কি না, নির্ভরযোগ্যভাবে প্রোগ্রাম করা যায় কি না এবং প্রচলিত ইলেকট্রনিক্সের সাথে ইন্টারফেস করতে পারে কি না। যদি সেই প্রশ্নগুলোর উত্তর দেওয়া যায়, ডিএনএ কম্পিউটিং পরীক্ষাগারের কৌতূহল থেকে একটি পরিপূরক প্রযুক্তিতে পরিণত হতে পারে। আপাতত, এই অর্জন প্রমাণ হিসেবে দাঁড়িয়ে আছে যে গণনার সাথে সর্বদা পাওয়ার গ্রিডের উপর ধ্রুবক চাপ থাকতে হয় না।
এই নিবন্ধটি New Atlas-এর রিপোর্টিংয়ের উপর ভিত্তি করে। মূল নিবন্ধ পড়ুন।
Originally published on newatlas.com
