আজকের দিনে আমরা যে কমপিউটারকে জানি, তা হচ্ছে বপু আকারের মেইন ফ্রেম কমপিউটার থেকে উদ্ভব হওয়া ডেস্কটপ পিসি। আজকের দিনের কমপিউটার আপনাকে সুযোগ করে দিয়েছে কমপিউটিং পাওয়ার হাতের মুঠোয় নিয়ে আসার। ডেস্কটপ পিসি, নোটবুক, ট্যাবলেট পিসি ও স্মার্টফোন আজ সহাবস্থান করছে গায়ে-গায়ে জড়িয়ে। স্পষ্টতই এগুলো যেনো আজ এক সাথে মিলেমিশে একাকার হওয়ার পথে। ক্রমেই এটিও স্পষ্ট থেকে স্পষ্টতর হচ্ছে- কমপিউটার আজ আর বিচ্ছিন্নভাবে শুধু তথ্যপ্রযুক্তিতে ব্যবহারের কোনো যন্ত্র নয়। ইন্টারনেট অব থিংসের বাড়ন্ত ধারণা আজ বোধগম্য ও ধরাছোঁয়া যাওয়ার মতো এক বাস্তবতা। অতএব কমপিউটার আমাদের পরিবেশের মধ্যে নিজেকে হারিয়ে ফেলবে।
আজকের দিনে আমরা যে কমপিউটারকে জানি, তা হচ্ছে বপু আকারের মেইন ফ্রেম কমপিউটার থেকে উদ্ভব হওয়া ডেস্কটপ পিসি। আজকের দিনের কমপিউটার আপনাকে সুযোগ করে দিয়েছে কমপিউটিং পাওয়ার হাতের মুঠোয় নিয়ে আসার। ডেস্কটপ পিসি, নোটবুক, ট্যাবলেট পিসি ও স্মার্টফোন আজ সহাবস্থান করছে গায়ে-গায়ে জড়িয়ে। স্পষ্টতই এগুলো যেনো আজ এক সাথে মিলেমিশে একাকার হওয়ার পথে। ক্রমেই এটিও স্পষ্ট থেকে স্পষ্টতর হচ্ছে- কমপিউটার আজ আর বিচ্ছিন্নভাবে শুধু তথ্যপ্রযুক্তিতে ব্যবহারের কোনো যন্ত্র নয়। ইন্টারনেট অব থিংসের বাড়ন্ত ধারণা আজ বোধগম্য ও ধরাছোঁয়া যাওয়ার মতো এক বাস্তবতা। অতএব কমপিউটার আমাদের পরিবেশের মধ্যে নিজেকে হারিয়ে ফেলবে।
জাদুর গোলক ও ফোটন কমপিউটিং
এক অধ্যাপক ইনফরমেশন ট্রান্সফার করার জন্য তৈরি করেছেন একটি ‘ম্যাজিক স্পিয়ার’ বা ‘জাদুর গোলক’। আগামী কয়েক বছরের মধ্যে আমাদের কমপিউটার, ন্যানোঅ্যান্টিনা ও অন্যান্য ধরনের যন্ত্রপাতি পরিচালিত হবে ইলেকট্রনের বদলে ফোটনের ওপর ভিত্তি করে। যদি তেমনটি ঘটে, তবে স্পিয়ার বা গোলকগুলোই হবে নয়া এই ফোটনিক ডিভাইসের মৌল উপাদানগুলোর একটি। রাশিয়া, ফ্রান্স ও স্পেনের একদল বিজ্ঞানী নতুন এই ফোটনভিত্তিক ডিভাইস তৈরি করতে যাচ্ছেন। তাদের গবেষণার ফলাফল প্রকাশিত হয়েছে ‘সায়েন্টিফিক রিপোর্টস’-এর সর্বসাম্প্রতিক সংখ্যায়। ‘সায়েন্টিফিক রিপোর্টস’ হচ্ছে ‘ন্যাচার পাবলিশিং গ্রুপে’র একটি অংশ।
প্রচলিত ইলেকট্রনিক কমপিউটারের সম্ভাবনা ক্রমেই ফুরিয়ে যাচ্ছে। বিগত চার দশক সময়ে ম্যুরের ল’ পূরণ করা হয়েছে একটি একক প্রসেসরের অপারেটিং ফ্রিকোয়েন্সি বাড়িয়ে তোলার কারণে। এখন এরই ফলে পৌঁছা সম্ভব হয়েছে প্যারালাল কমপিউটিংয়ের মাধ্যমে- আমাদের রয়েছে ডুয়াল-কোর প্রসেসর ও সেই সাথে কোয়াড-কোরও। এর অর্থ হচ্ছে, সিঙ্গেল-কোর প্রসেসরগুলো চাহিদা মতো কমপিউটার স্পিড মোকাবেলা করতে পারছে না। অধিকন্তু, স্পিড আর বাড়ানো সম্ভব হচ্ছে না। কারণ, আধুনিক কমপিউটারের প্রসেসর অপারেটিং ফ্রিকোয়েন্সি এখন তাত্ত্বিক সীমার বা থিওরিটিক্যাল লিমিটের কাছাকাছি। কোরের নাম্বার বহুগুণে বাড়ানোর প্রক্রিয়াও অন্তহীন নয়, সব দিক বিবেচনায় শিগগিরই তা শেষ হয়ে যাবে। এ কারণে বিশ্বব্যাপী প্রচুর গবেষক দল কাজ করছে ‘সুপার-ফাস্ট অপটিক্যাল সিস্টেম’ সৃষ্টির ব্যাপারে, যা ইলেকট্রনিক কমপিউটারের স্থান দখল করতে সক্ষম হবে।
একদিকে এ ধরনের সিস্টেমগুলো হবে যথাসম্ভব ছোট, অপরদিকে অপটিক্যাল র্যাষডিয়েশনের রয়েছে এর নিজস্ব মাত্রা বা স্কেল- ওয়েভ লেংথ বা তরঙ্গদৈর্ঘ্য (দৃশ্যমান মাত্রার স্পেকট্রামে বা বর্ণালীতে এটি প্রায় ০.৫ মাইক্রোমিটার)। এলিমেন্টের আল্ট্রাডেন্স অ্যারেঞ্জমেন্টসমৃদ্ধ আধুনিক ইলেকট্রনিক ডিভাইসে এই মাত্রা বাস্তবায়নের ক্ষেত্রে খুবই বেশি হয়ে যায়। এ ধরনের ইলেকট্রনিক ডিভাইসের সাথে প্রতিযোগিতা করতে অপটিক্যাল সিস্টেমকে কাজ করতে হবে ওয়েভ লেংথগুলোর চেয়ে আরও অনেক খাটোমাত্রায়। এই সমস্যাগুলো পড়ে সাব-ওয়েভ লেংথ অপটিকস নামে আধুনিক বিষয়ের ডোমেইনে। সাব-ওয়েভ লেংথ অপটিকসের লক্ষ্য ইলেকট্রোম্যাগনেটিক র্যা ডিয়েশনকে এর ওয়েভ লেংথের চেয়ে খাটো স্কেলে ব্যবহার করা। অন্য কথায় এমন কিছু করা, যা লেন্স ও মিররের প্রচলিত অপটিকসে ধারণাগতভাবে অসম্ভব বলে বিবেচনা করা হয়। এই কিছুদিন আগে পর্যন্ত সাব-ওয়েভ লেংথ অপটিকস আলো ও তথাকথিত প্লাসমন্সের (Plasmons) মধ্যকার আমত্মঃক্রিয়ার প্রভাব সম্পর্কে ব্যাপক আশা জাগাতো। প্লাসমন্স হচ্ছে ধাতব পদার্থে মুক্ত ইলেকট্রন গ্যাসের কালেকটিভ ওসিলেশন। ১০ ন্যানোমিটার আকারের মেটাল পার্টিকলের ক্ষেত্রে ফ্রি ইলেকট্রন গ্যাসের ওসিলেশন ফ্রিকোয়েন্সি পড়ে অপটিক্যাল ব্যান্ডের মধ্যেই। যদি এ ধরনের পার্টিকলের ওপর একটি ইলেকট্রোম্যাগনেটিক ওয়েভের কিরণবর্ষণ বা রশ্বিপাত করা হয়, যার ফ্রিকোয়েন্সি একটি পার্টিকলের প্লাসমন ওসিলেশনের ফ্রিকোয়েন্সির সমান, তখন একটি রেজোন্যান্স ঘটে। এ রেজোন্যান্সে পার্টিকল কাজ করে একটি ফানেলের মতো, যা বাহ্যিক পরিবেশ থেকে অাঁকড়ে ধরে ইলেকট্রোম্যাগনেটিক ওয়েভের এনার্জি এবং তা রূপান্তর করে ইলেকট্রনিক গ্যাস ওসিলেশনের এনার্জিতে। এই প্রক্রিয়াকে একসাথে করা যাবে নানা ধরনের মজার প্রিন্সিপলের সাথে। তা কাজে লাগানো যাবে বিভিন্ন অ্যাপ্লিকেশনে।
দুর্ভাগ্য, এই প্রত্যাশার সর্বোত্তম অংশটি সম্পর্কিত প্লাসমোনিকের সাথে, যা জাস্টিফাই করা হয়নি। আসল তথ্যটি হচ্ছে- যখন বিদ্যুৎপ্রবাহের ফ্রিকোয়েন্সি দৃশ্যমান আলোর একই মানে এসে দাঁড়ায়, তখন প্রতিটি ভালো ইলেকট্রনিক কন্ডাক্টরই (যেমন তামা বা প্লাটিনাম) প্রদর্শন করে বড় ধরনের ইলেকট্রিক রেজিস্ট্যান্স। অতএব, নিয়মানুসারে প্লাসমন ওসিলেশন প্রবলভাবে দমানো হয়। এই দমন ধ্বংস করে প্রয়োজনীয় প্রভাব, যা ব্যবহার করা যেত। এ কারণে বিজ্ঞানীরা অতি সম্প্রতি মনোযোগী হয়েছেন উচ্চমাত্রার রিফ্রেকটিভ ইডেক্সসমৃদ্ধ ডাইইলেকট্রিক ম্যাটেরিয়ালের প্রতি। এসব পদার্থে কোনো ফ্রি ইলেকট্রন নেই। কারণ, এগুলোর সবই এগুলোর অ্যাটমের সাথে সংযুক্ত এবং লাইটের ইমপেক্ট বা প্রভাব কন্ডাকশন কারেন্ট উৎপাদন করে না। একই সাথে ইলেকট্রোম্যাগনেটিক ওয়েভ অ্যাটমের ভেতরে বিরূপ প্রভাব ফেলে এবং এগুলোকে ভারসাম্য অবস্থান থেকে সরিয়ে দেয়। এর ফলে অ্যাটম অর্জন করে ইন্ডিউচড ইলেকট্রিক মোমেন্ট। এই প্রক্রিয়াকে বলা হয় ‘পোলারাইজেশন’। পোলারাইজেশনের মাত্রা যত বেশি হবে, পদার্থের রিফ্রেকটিভ ইনডেক্স বা বিবর্ধকও তত বেশি হবে। এর অর্থ হচ্ছে, যখন বেশি রিফ্রেকটিভ ইনডেক্সের পদার্থের তৈরি একটি গোলক বা স্পিয়ার আলোর সাথে আমত্মঃক্রিয়া করে, তখন এই আমত্মঃক্রিয়ার ফল একটিমাত্র গুরুত্বপূর্ণ ব্যতিক্রম ছাড়া ব্যাপকভাবে মিলে যায় ওপরে বর্ণিত ধাতুর প্লাসমন্স রেজোন্যান্সের সাথে। ব্যতিক্রমটি হচ্ছে : বিভিন্ন ধরনের ডাইইলেকট্রিক ম্যাটেরিয়ালস ধাতু থেকে আলাদা এবং অপটিক্যাল ফ্রিকোয়েন্সিতে যার রয়েছে দুর্বল ডাম্পিং। একটি ইলেকট্রিক্যাল বা মেকানিক্যাল ওয়েভের অ্যাম্পিচ্যুড কমানোর নাম ডাম্পিং। আমরা প্রায়ই ডাইইলেকট্রিকের গুণাবলি কাজে লাগাই আমাদের প্রতিদিনের কাজে। যেমন- অপটিক্যাল ফ্রিকোয়েন্সিতে দুর্বল ডাম্পিং গ্লাসের স্বচ্ছতার চাবিকাঠি।
এমভি লমনোসভ মস্কো স্টেট ইউনিভার্সিটির ও মস্কো স্টেট ইউনিভার্সিটি অব ইনফরমেশন টেকনোলজিস, রেডিও ইঞ্জিনিয়ারিং অ্যান্ড ইলেকট্রনিকসের পদার্থবিদ্যার অধ্যাপক মাইকেল ট্রিভেলস্কির প্রথম দিকের কর্মসাধনায় বর্ণিত গবেষণার ওপর জোর দেয়া হয়েছিল। এই বিজ্ঞানী বলেন : ‘প্লাসমন এক্সাইটেশন সম্পর্কে কথা বলার সময় আমরা যদি কোয়ান্টাম ফিজিক্সের ভাষায় কথা বলি, আমরা বলতে পারি- আলোর একটি কোয়ান্টাম ‘ফোটন’ পরিবর্তিত হয় প্লাসমন ওসিলেশনের একটি কোয়ান্টামে। গত শতকের মধ্য-আশির দশকে আমি এই ধারণা পাই যে, যেহেতু কোয়ান্টাম মেকানিক্সের প্রতিটি প্রসেসই রিভারসিবল, তাই প্লাসমন-টু-ফোটন কনভারসনের ইনভার্টেড প্রসেসও অবশ্যই থাকবে। তখন আমি সিদ্ধান্তে পৌঁছলাম, নতুন ধরনের লাইট স্ক্যাটারিংও রয়েছে। অবশ্যই এটি একটি বিষয়। অধিকন্তু, এই নতুন ধরনের লাইট স্ক্যাটারিংয়ের সাথে সব পাঠ্যবইয়ে বর্ণিত র্যাবলি স্ক্যাটারিংয়ের মিল ছিল খুবই কম। এর ফলস্বরূপ ট্রিভেলস্কি প্রকাশ করেন তার ‘র্যা জোনেন্ট স্ক্যাটারিং অব অল লাইট বাই স্মল পার্টিকলস’ শীর্ষক নিবন্ধ, http://www.jetp.ac.ru/cgi-bin/dn/e_059_03_0534.pdf
তা সত্ত্বেও, তার এই কর্মযজ্ঞ ১৯৮৪ সালে বিজ্ঞানীদের মনোযোগ আকর্ষণ করতে পারেনি। কারণ, তখনও ন্যানোটেকনোলজি অসিত্মত্ব পায়নি। এই নিবন্ধের প্রথম সাইটেশন হয় ২০০৪ সালে- প্রকাশের ঠিক ২০ বছর পর। আজকের দিনে এ ধরনের স্ক্যাটারিংকে বলা হয় ‘অ্যানামেলাস’, যা ব্যাপকভাবে স্বীকৃত। দুর্ভাগ্য, এমনকি অ্যানামেলাস স্ক্যাটারিংয়ের বেলায় আবারও ডিসিপেশনের মারাত্মক ভূমিকার মুখোমুখি হই। ডিসিপেশন হচ্ছে হোমোজিনিয়াস থার্মোডিনামিকস সিস্টেমে ঘটা একটি ইরিভারসিবল প্রসেস বা অপ্রত্যাবর্তনযোগ্য প্রক্রিয়া। অ্যানামেলাস স্ক্যাটারিং পর্যক্ষেণের জন্য প্রয়োজন হয় অপটিক্যাল ফ্রিকোয়েন্সিতে দুর্বল ডাম্পিংসম্পন্ন ধাতু।
এ ক্ষেত্রে সবচেয়ে স্বাভাবিক প্রশ্ন হচ্ছে : আমরা যদি ডাইইলেকট্রিকের উইক ডাম্পিংয়ের সুযোগটা কাজে লাগাই, উচ্চ রিফ্রেকটিভ ইনডেক্সসম্পন্ন ডাইইলেকট্রিক ম্যাটেরিয়ালের তৈরি স্পিয়ার বা গোলক কি সেই ইফেক্ট দেখাতে সক্ষম হবে, যা দেখা যাবে না প্লাসমন র্যা জোন্যান্সের বেলায় উইক ডাম্পিংসম্পন্ন মেটালে? এ প্রশ্নের জবাব পেতে অধ্যাপক ট্রিভেলস্কির ল্যাবরেটরি (ফ্যাকাল্টি অব ফিজিক্স, এমভি রমোনোসভ মস্কো স্টেট ইউনিভার্সিটি) ফরাসি ও স্পেনের সহকর্মীদের নিয়ে যৌথ গবেষণা শুরু করে। বিজ্ঞানীরা পরীক্ষাচালান বিশেষ ধরনের সিরামিকের তৈরি ২ সেমি ব্যাসবিশিষ্ট একটি গোলক নিয়ে। এই গোলককে শেখানো হয় প্রত্যাশিতভাবে ইন্সিডেন্ট ইলেকট্রোম্যাগনেটিক ওয়েভ রিডিরেক্ট করার কাজ। অধিকন্তু, স্ক্যাটারিংয়ের ডিরেকশনালিটি ও ওয়েভ নাটকীয়ভাবে নিয়ন্ত্রণ করা যাবে শুধু ইন্সিডেন্ট ওয়েভের ফ্রিকোয়েন্সি ফাইন টিউনিং করেই।
ট্রিভেলস্কির ব্যাখ্যা মতে, এই স্পিয়ারের বরং রয়েছে এর পোলারাইজেশন ওসিলেশন সম্পর্কিত ন্যারো রেজোন্যান্স। একদিক বিবেচনায় এটি একটি ধাতব গোলকের মতোই, যার রয়েছে ফ্রি ইলেকট্রন গ্যাসের ওসিলেশনসংশ্লিষ্ট রেজোন্যান্স ফ্রিকোয়েন্সি।