کوانٹم کمپیوٹنگ کی پوٹینشل کو غیر مقفل کرنا: نیوٹرل ایٹم کا تناظر

کوانٹم کمپیوٹنگ کے مستقبل کی تعریف مٹھی بھر کمپنیوں کے ذریعے کی جا رہی ہے، جن میں سے ہر ایک کوبٹس بنانے اور کنٹرول کرنے کے لیے اپنا اپنا نقطہ نظر رکھتی ہے جو فزکس کے اندر مختلف مظاہر پر مبنی ہیں۔

مثال کے طور پر گوگل اور آئی بی ایم کو لیں۔ وہ توجہ مرکوز کر رہے ہیں۔ سپر کنڈکٹنگ کوانٹم اسٹارٹ اپس کے ساتھ IQM، Oxford Quantum Circuits اور SeeQC۔ آئن کے جال Quantinum, IonQ اور Oxford Ionics کی طرف سے پیش قدمی کی جا رہی ہے، جبکہ Quantum Briliance، SaxonQ اور XeedQ ترقی کر رہے ہیں NV- مراکز ہیروں میں

کہیں اور، Intel، QuTech، Diraq، Quantum Motion اور Sequance اس چارج کی قیادت کر رہے ہیں۔ سلکان گھماؤ ٹیکنالوجی. Photonic کوانٹم کمپیوٹنگ کا تعاقب Psi Quantum اور Xanadu یا Quandela کرتے ہیں۔

ایک اور سمت ہے۔ غیر جانبدار ایٹمجس میں Quera، Atom Computing، Cold Quanta، Planqc اور Pasqal کا شمار ہوتا ہے جن کے شریک بانی نے حال ہی میں فزکس کا نوبل انعام جیتا ہے۔

ان چھ پلیٹ فارمز کے اپنے فوائد، وعدے اور چیلنجز ہیں، اور اسے مزید پیچیدہ بنانے کے لیے کوانٹم کمپیوٹنگ کے لیے مزید درجن بھر طریقے ہیں جن کا تعاقب اکیڈمیا میں سائنسدانوں نے کیا ہے۔

رونا کیپیٹل میں، ہم کچھ سالوں سے کوانٹم اسپیس کا سراغ لگا رہے ہیں، اور ہماری پہلی کوانٹم کمپیوٹنگ شرط Pasqal پر تھی۔

جب ہم نے 2021 کے اوائل میں Pasqal کی سیریز A راؤنڈ میں حصہ لیا تو ہمیں اس بات کا بہت کم اندازہ تھا کہ اس کے شریک بانی Alain Aspect کو صرف 18 ماہ بعد فزکس کا نوبل انعام دیا جائے گا۔

پروفیسر ڈاکٹر اسپیکٹ کی جان کلاؤزر اور اینٹون زیلنگر کے ساتھ ایوارڈ یافتہ تحقیق نے "الجھے ہوئے فوٹونز کے ساتھ تجربات، بیل کی عدم مساوات کی خلاف ورزی اور کوانٹم انفارمیشن سائنس کے علمبردار" کی کھوج کی۔

نوبل انعام اس زبردست سرعت کی نشاندہی کرتا ہے جس سے کوانٹم کمپیوٹنگ نے حالیہ برسوں میں لطف اٹھایا ہے۔ تاہم، یونیورسل کوانٹم کمپیوٹر کو تیار کرنے اور تجارتی بنانے کی راہ میں اب بھی بہت سے چیلنجز موجود ہیں۔

یونیورسل کوانٹم کمپیوٹر۔

زیادہ تر الگورتھم جنہوں نے کوانٹم کمپیوٹنگ انڈسٹری کو متاثر کیا ہے فرض کرتے ہیں کہ 100% مخلصی یا غلطیوں کے خلاف مزاحمت کے ساتھ کامل کوئبٹس کا ماحول موجود ہے۔ یہ الگورتھم qubits پر کام کرنے والے کوانٹم لاجک گیٹس کے یکے بعد دیگرے بنائے گئے ہیں، جو کہ ایک بنیادی کوانٹم سرکٹ ہے جو qubits کی ایک چھوٹی سی تعداد پر کام کرتا ہے۔ نظریاتی طور پر، ایک اور دو کیوبٹ گیٹس وہ سب کچھ ہیں جو یونیورسل گیٹ سیٹ کے لیے درکار ہیں (پڑھیں: یونیورسل کوانٹم کمپیوٹر بنائیں)۔

ایک کامل کوانٹم کوئبٹ کا یہ مفروضہ جسمانی کوئبٹ کے لیے درست نہیں ہے۔ حقیقت میں، Qubits ماحول کے ساتھ تعامل کرتے ہیں اور اس کے نتیجے میں، کبھی بھی کامل نہیں ہوتے، اس لیے وہ متاثر کن الگورتھم صرف آج کے فن تعمیر پر کام نہیں کرتے۔ موجودہ صورتحال یہی ہے کہ کوانٹم کمپیوٹنگ کو اکثر شور انٹرمیڈیٹ اسکیل کوانٹم (NISQ) دور کہا جاتا ہے۔

ہمارے درمیان روشن ترین ذہنوں کو کوانٹم ایرر کریکشن کے نام سے جانا جاتا طریقہ کار کے ذریعے qubits کو بہتر بنانے کے لیے وقف کیا گیا ہے۔ یہ ایک نام نہاد غلطی کو درست کرنے والے منطقی کوبٹ کی اجازت دیتا ہے اور اس طرح کی دوبارہ ترتیب سائنس میں عام ہے۔

اصولی طور پر ایک کامل، اگرچہ غلطی کو درست کیا جائے، منطقی کوبٹ ممکن ہے، لیکن اس کے لیے بہت زیادہ وسائل درکار ہیں۔ ایک منطقی کوبٹ کے لیے عام طور پر 100 سے 1,000 فزیکل کیوبٹس کے اوور ہیڈ کی ضرورت ہوتی ہے اور ان میں غلطی کی شرح ہونی چاہیے۔ 0.3 ذیل میں تاکہ غلطیوں کی کفایت شعاری کو روکا جا سکے۔ یہ 99.7٪ سے زیادہ کی وفاداری ہے۔

خالص کمال اور پیمانے کی کمی یونیورسل کوانٹم کمپیوٹرز کے چیلنجوں میں سے صرف ایک ہے اور اس وجہ سے خلا کے ایک مختلف علاقے میں جدت کی حوصلہ افزائی ہوئی ہے۔

ڈیجیٹل کمپیوٹنگ بمقابلہ اینالاگ سمولیشن

Qubits پر فی الحال پابندیاں ہیں کیونکہ وہ کامل نہیں ہیں اور ان کی تعداد محدود ہے۔ تو، کیا یہ کوانٹم مشینیں واقعی کارآمد ہو سکتی ہیں؟

ہمیشہ کی طرح، جواب ہاں میں ہے۔

اینالاگ کنٹرول بہتر ہارڈ ویئر کی اصلاح کی اجازت دیتا ہے، جو مخصوص مسائل کو حل کرنے میں مدد کر سکتا ہے۔ ہم ینالاگ کمپیوٹنگ سے واقف ہیں کیونکہ یہ 1970 کی دہائی سے اعلیٰ کارکردگی والے کلاسیکی کمپیوٹنگ کی اہم شکل رہی ہیں۔

تاریخی طور پر، کوانٹم سمیلیشنز ینالاگ موڈ میں تیار کیے گئے ہیں۔ یہ کوانٹم پروسیسر کا استعمال دلچسپی کے کوانٹم سسٹم کی تقلید کرنے کے لیے ہے، جیسے مواد سائنس یا کیمسٹری میں۔ اینالاگ کنٹرول سسٹم کے ہیملٹونین کے متحرک پروگرام کے ذریعے حساب کا طریقہ ہے (ایک فنکشن جو اس کے وقت کے ارتقا کا تعین کرنے کے لئے استعمال ہوتا ہے)۔

غیر جانبدار ایٹم قدرتی طور پر کئی جسم والے ہیملٹونیوں کی کچھ مثالوں کو نافذ کرتے ہیں۔ لیکن قدرتی طور پر لاگو ہونے والوں سے آگے ہیملٹن کے باشندوں کی تقلید کرنے کی صلاحیتوں کو بڑھانے کے لیے بھی ایک اہم کوشش کی گئی ہے، جیسے متواتر مائکروویو ڈرائیو کا اطلاق کرکے.

دلچسپ بات یہ ہے کہ ینالاگ کمپیوٹیشن کے ساتھ، ہم گیٹس کے لیے کمپیوٹیشنل مسئلہ کو ڈی کنسٹریکٹ نہیں کرتے ہیں۔ ہم ایٹموں کے ساتھ ایک مصنوعی کوانٹم سسٹم بناتے ہیں جو انفرادی طور پر کنٹرول ہوتے ہیں اور ہاتھ میں موجود مسئلے سے مشابہت رکھتے ہیں۔

اس نقطہ نظر کو درج ذیل علاقوں میں لاگو کیا جا سکتا ہے:

1. مالیکیولز، میٹریلز اور نیوکلیئر فزکس میں کوانٹم اثرات کی تقلید۔ یہ نظام فطرت کے لحاظ سے کوانٹم ہیں، اور کوانٹم کمپیوٹر کلاسیکی نظاموں کے مقابلے ان کی تقلید کے لیے اندرونی طور پر بہتر فٹ ہیں۔
2. کلاسیکی طریقوں سے زیادہ تیزی سے اور زیادہ مؤثر طریقے سے مشترکہ اصلاح کے مسائل کو حل کرنا۔ ایک مثال ہو گی a زیادہ سے زیادہ آزاد سیٹ، یا MIS مسئلہ. یہ وہ جگہ ہے جہاں ایک گراف پر عمودی کا زیادہ سے زیادہ سیٹ تلاش کرنے کا مسئلہ ہے جو براہ راست کنارے سے منسلک نہیں ہے۔ ایک حقیقی دنیا کی مثال موبائل بیس اسٹیشنوں کا ایک سیٹ تلاش کرنا ہوگی جو ایک ہی ریڈیو فریکوئنسی پر کام کرسکتے ہیں اور ایک دوسرے کے ساتھ مداخلت نہیں کرسکتے ہیں۔
3. مشین لرننگ ایپلی کیشنز، جیسے گرافس پر مشین لرننگجو کہ اعلیٰ میموری کی ضروریات کی وجہ سے کلاسیکی کمپیوٹرز کے لیے ایک مشکل مسئلہ ہے۔

یہ ممکنہ ایپلی کیشنز کی ایک صف سے صرف مٹھی بھر استعمال ہیں جن کو استعمال کرتے ہوئے تلاش کیا جا سکتا ہے مثال کے طور پر پاسکال کے اوپن سورس پلسر لائبریری یا اس کا بالکل نیا NoCode گرافیکل UI.

تو غیر جانبدار ایٹم کیوں؟

کوانٹم کمپیوٹرز کے لیے ینالاگ اپروچ بنیادی طور پر کم لٹکنے والا پھل ہے اور غیر جانبدار ایٹموں کے لیے بہترین موزوں ہے جس میں مخلصی، پیمانہ اور کنیکٹوٹی کا امتزاج ہے جس کا یہ پلیٹ فارم ظاہر کرتا ہے۔

1. مخلصانہ طور پر qubits کا سب سے اہم پیرامیٹر ہے۔ سپر کنڈکٹنگ اور آئن ٹریپس پلیٹ فارم سب سے پہلے تھے جنہوں نے وفاداری کی 99.9 فیصد سطح تک پہنچی اور یہی وجہ ہے کہ تاریخی طور پر ان دونوں پلیٹ فارمز پر بہت زیادہ توجہ دی گئی ہے۔ اس نے کہا، غیر جانبدار ایٹم، جو کہ نمایاں طور پر کم تحقیقی سالوں اور فنڈنگ ​​کے ساتھ نئے داخلے ہیں، پہلے ہی 99.1 فیصد تک اعلیٰ وفاداری کا مظاہرہ کر رہے ہیں۔ سے آپ مزید سمجھ سکتے ہیں۔ یہ Calٹیک رپورٹ.
2. کوانٹم پروسیسرز جو پیمانہ حاصل کر سکتے ہیں اس کا تعین بڑی حد تک اس کے qubits کے ہم آہنگی کے وقت سے ہوتا ہے۔ Pasqal کے پیچھے Universite Paris-Saclay کی ٹیم ہے۔ دوبارہently dظاہر کیا کہ پھنسے ہوئے 87Rb ایٹم کی زندگی 100 منٹ تک پہنچ سکتی ہے۔ اس نے 324 ایٹموں تک کیوبٹ صفوں کی موثر اسمبلی کو بھی دکھایا، جس نے 256 کیوبٹس کے پچھلے ریکارڈ کو شکست دی۔ یہ ہزاروں کیوبٹس کو ملا کر غیر جانبدار ایٹم کمپیوٹرز کا راستہ کھولتا ہے۔
   
3. طاقتور کوانٹم کمپیوٹرز کی تعمیر پر قابو پانے کے لیے کنیکٹیویٹی ایک اور اہم رکاوٹ ہے: کوئبٹس کے درمیان رابطہ۔ ہم اب بھی شور مچانے والے کوئبٹس کے ساتھ کام کر رہے ہیں اس لیے کوانٹم سرکٹ پر دور دراز پوزیشنوں کے درمیان کوانٹم حالت کی منتقلی غلطیوں کے جمع ہونے میں اضافہ کرتی ہے۔ زیادہ تر پلیٹ فارمز کے لیے جو ہم نے کور کیا ہے، رابطہ قریب ترین پڑوسی تک محدود ہے۔ تاہم، جب رابطہ کی بات آتی ہے تو آئن ٹریپ اور نیوٹرل ایٹم اپروچز کا ایک فائدہ ہوتا ہے۔ خاص طور پر، نیوٹرل ایک نام نہاد Rydberg ریاست کے لیے پرجوش ہو سکتا ہے اور Rydberg کے رداس میں تعامل کر سکتا ہے۔ عملی طور پر، یہ ایک دو درجن بات چیت کرنے والے qubits کے برابر ہے۔ حال ہی میں ہارورڈ یونیورسٹی کے محققین کوانٹم کمپیوٹنگ اسٹارٹ اپ QuERA کے پیچھے demonstrated,en qubit arrays کی کوانٹم حالتوں کو محفوظ رکھتے ہوئے ان کی مربوط منتقلی۔ یہ بنیادی طور پر نیوٹرل ایٹم پلیٹ فارم پر کیوبٹس کے آل ٹو آل کنیکٹیویٹی کی طرف راستہ کھولتا ہے۔
4. اس کے علاوہ، رائڈبرگ نیوٹرل ایٹم پلیٹ فارم مادے کی غیر روایتی کوانٹم کئی جسمانی حالتیں بنانے کی صلاحیت رکھتا ہے، جیسے ہم آہنگی سے محفوظ ٹاپولوجیکل بینڈ  or ٹاپولوجیکل سطح کا کوڈ یا ٹورک کوڈ۔

غیر جانبدار ایٹموں کے ساتھ کوانٹم ایرر کی اصلاح

Rydberg ایٹموں کی سمیٹری سے محفوظ ٹاپولوجیکل ریاستیں بنانے کے لیے بعد میں مشاہدہ کی گئی خاصیت کوانٹم ایرر تصحیح، یا QEC تک پہنچنے میں ایک اہم سنگ میل ثابت ہو سکتی ہے۔

دراصل، ہارورڈ کے محققین نے رپورٹ کے مطابق ایک 7-کوبٹ اسٹین کوڈ، ایک ٹاپولوجیکل 19-کوبٹ سطحی کوڈ اور 24-کوبٹ ٹورک کوڈ کلسٹر اسٹیٹس۔ ان کلسٹر ریاستوں کی ناپی گئی وفاداریاں بتاتی ہیں کہ ان کی غلطیوں کا بنیادی ذریعہ بنیادی دو کوبٹ سی زیڈ گیٹس میں ہے جو فی الحال تقریباً 97.5% کی مخلصی کے ساتھ کام کر رہے ہیں۔

وہ پروجیکٹ کرتے ہیں کہ 10-nm لیزر کی شدت میں مزید 1,013 گنا اضافے کے ساتھ، ایٹموں کو 2 یو کے درجہ حرارت پر مزید لیزر ٹھنڈا کیا جا سکتا ہے، جو ممکنہ طور پر CZ گیٹ کی وفاداری کو 99.7 فیصد تک بہتر بناتا ہے، یعنی سطحی کوڈ سے آگے۔ دہلیز

یہ غیر جانبدار ایٹم پلیٹ فارم کے ساتھ ایک واضح غلطی کو دبانے اور غلطی سے درست شدہ منطقی کیوبٹس کے احساس کی اجازت دے گا اور NISQ سے آگے کوانٹم کمپیوٹنگ کے دور کو کھول دے گا۔

دیکھتے رہنا!

*****

دمتری گیلپرین جنرل پارٹنر، رونا کیپیٹل ہیں۔

• SEO سے چلنے والا مواد اور PR کی تقسیم۔ آج ہی بڑھا دیں۔
• پلیٹو بلاک چین۔ Web3 Metaverse Intelligence. علم میں اضافہ۔ یہاں تک رسائی حاصل کریں۔
• ماخذ: https://www.insidequantumtechnology.com/news-archive/unlocking-the-potential-of-quantum-computing-the-neutral-atoms-perspective/