کاربن کیپچر ٹیکنالوجی کوانٹم کمپیوٹنگ سے فائدہ اٹھا سکتی ہے۔

امریکہ میں محققین کے مطابق - کوانٹم کمپیوٹرز کا استعمال کاربن کی گرفت سے متعلق کیمیائی رد عمل کا مطالعہ کرنے کے لیے کیا جا سکتا ہے۔ میں ٹیم نیشنل انرجی ٹیکنالوجی لیبارٹری (NETL) اور یونیورسٹی آف کینٹکی نے کوانٹم کیلکولیشنز کی تقلید کے لیے ایک سپر کمپیوٹر کا استعمال کیا۔ اس سے یہ بات سامنے آئی کہ مستقبل کے کوانٹم کمپیوٹرز پر حساب بہت تیزی سے کیا جا سکتا ہے۔

فضا میں کاربن ڈائی آکسائیڈ کی بڑھتی ہوئی سطح گلوبل وارمنگ کو بڑھا رہی ہے اس لیے سائنس دان گیس کو جذب کرنے اور اسے ذخیرہ کرنے کے نئے طریقے تیار کرنے کے خواہاں ہیں۔ ایسا کرنے کا ایک طریقہ کاربن ڈائی آکسائیڈ استعمال کرنے والے کیمیائی رد عمل کا استعمال کرنا ہے، جس سے ایسے مادے پیدا ہوتے ہیں جنہیں محفوظ طریقے سے ذخیرہ کیا جا سکتا ہے۔ تاہم، موجودہ کاربن کیپچر کے رد عمل توانائی کے زیادہ اور مہنگے ہوتے ہیں۔ نتیجے کے طور پر، محققین نئے کاربن کیپچر رد عمل کی تلاش میں ہیں اور حقیقت پسندانہ درجہ حرارت اور دباؤ پر رد عمل کی افادیت کی پیش گوئی کرنے کے طریقے بھی تلاش کر رہے ہیں۔

زیادہ سے زیادہ رد عمل کے راستوں کو ڈیزائن کرنے کے لیے اس میں شامل مالیکیولز کی خوردبین کوانٹم خصوصیات کی تفصیلی تفہیم کی ضرورت ہوتی ہے۔ یہ ایک چیلنج ہے کیونکہ کیمیائی تعاملات کی کوانٹم نوعیت کے عین مطابق حساب کتاب روایتی کمپیوٹرز پر کرنا بدنام زمانہ مشکل ہے۔ مطلوبہ کمپیوٹیشنل وسائل میں شامل ایٹموں کی تعداد کے ساتھ تیزی سے اضافہ ہوتا ہے، جس سے سادہ رد عمل کی نقل کرنا بہت مشکل ہو جاتا ہے۔ خوش قسمتی سے، اگر حساب کوانٹم کمپیوٹرز پر کیا جائے تو یہ ایکسپونینشل اسکیلنگ نہیں ہوتی۔

چھوٹا اور شور والا

کوانٹم کمپیوٹر ابھی تک ترقی کے ابتدائی مراحل میں ہیں اور سب سے بڑی مشینیں a تک محدود ہیں۔ چند سو کوانٹم بٹس (qubits)۔ وہ شور سے بھی دوچار ہیں، جو کوانٹم کیلکولیشن کو روکتا ہے۔ آیا یہ شور مچانے والے انٹرمیڈیٹ اسکیل کوانٹم کمپیوٹرز (NISQs) مفید حساب کتاب کر سکتے ہیں اس لیے یہ اب بھی کافی بحث کا موضوع ہے۔ ایک امید افزا راستہ کوانٹم الگورتھم میں شور کے اثرات کو کم کرنے کے لیے کوانٹم اور کلاسیکی کمپیوٹرز کو یکجا کرنا ہے۔ اس نقطہ نظر میں متغیر کوانٹم ایگنسولور (VQE) شامل ہے، جسے NETL/Kentucky کے محققین نے استعمال کیا تھا۔

VQE میں، ایک کلاسیکل کمپیوٹر ری ایکٹنگ مالیکیولز کی کوانٹم کنفیگریشن کا اندازہ لگاتا ہے۔ پھر، کوانٹم کمپیوٹر اس ترتیب کی توانائی کا حساب لگاتا ہے۔ کلاسیکی الگورتھم تکراری طور پر اس اندازے کو ایڈجسٹ کرتا ہے جب تک کہ سب سے کم توانائی کی ترتیب نہ مل جائے۔ اس طرح، مستحکم سب سے کم توانائی کی حالت شمار کی جاتی ہے۔

حالیہ برسوں میں، VQE الگورتھم چلانے والے کوانٹم کمپیوٹنگ ہارڈویئر نے کامیابی کے ساتھ پابند توانائی کا تعین کیا ہے۔ ہائیڈروجن ایٹموں کی زنجیریں اور a کی توانائی پانی کے انو. تاہم، کسی بھی حساب سے کوانٹم فائدہ حاصل نہیں ہوا – جو اس وقت ہوتا ہے جب ایک کوانٹم کمپیوٹر ایسا حساب کرتا ہے جو ایک کلاسیکل کمپیوٹر حقیقت پسندانہ وقت میں نہیں کر سکتا۔

مصنوعی کوانٹم کیلکولیشن

اب، NETL/Kentucky ٹیم نے اس بات کی کھوج کی ہے کہ VQE الگورتھم کس طرح استعمال کیا جا سکتا ہے اس کا حساب لگانے کے لیے کہ کاربن ڈائی آکسائیڈ مالیکیول امونیا کے مالیکیول کے ساتھ کیسے رد عمل ظاہر کرتا ہے۔ اس میں NISQ میں متوقع شور کی سطح سمیت کوانٹم کیلکولیشن کی تقلید کے لیے کلاسیکل سپر کمپیوٹر کا استعمال شامل ہے۔

ماضی کے مطالعے نے دیکھا ہے کہ کاربن کی گرفت کے لیے امونیا کا استعمال کیسے کیا جا سکتا ہے، لیکن اس بات کا امکان نہیں ہے کہ یہ عمل بڑے پیمانے پر استعمال کیے جائیں۔ تاہم، امائنز – پیچیدہ مالیکیول جو امونیا سے مشابہت رکھتے ہیں – بڑے پیمانے پر استعمال کی صلاحیت ظاہر کرتے ہیں۔ نتیجے کے طور پر، اس بات کا مطالعہ کرنا کہ کاربن ڈائی آکسائیڈ اور امونیا کس طرح رد عمل ظاہر کرتے ہیں VQEs کے استعمال کی طرف ایک اہم پہلا قدم ہے تاکہ زیادہ پیچیدہ امائنز پر مشتمل رد عمل کا مطالعہ کیا جا سکے۔

"ہمیں ماڈلنگ کرنے کے لیے نمائندہ ردعمل کا انتخاب کرنا ہوگا،" کہتے ہیں۔ یوہ لن لی، جو NETL میں ٹیم کا رکن ہے۔ لی نے نشاندہی کی کہ ان کا آسان ردعمل انہیں یہ جانچنے کی اجازت دیتا ہے کہ موجودہ کوانٹم کمپیوٹنگ الگورتھم اور آلات کس طرح مالیکیولر سائز میں اضافہ کے ساتھ کرایہ پر آتے ہیں: کاربن ڈائی آکسائیڈ سے امونیا تک NH تک۔₂COOH مالیکیول جو ردعمل پیدا کرتا ہے۔

جبکہ ٹیم اپنے مصنوعی کوانٹم الگورتھم کے ساتھ کاربن ڈائی آکسائیڈ کے رد عمل کے کیمیائی راستے کا حساب لگانے میں کامیاب رہی، جس سے NH کی کمپن توانائی کی سطح حاصل کی گئی۔₂COOH مشکل ثابت ہوا۔ ان کے سپر کمپیوٹر نے تین دن کے حساب کے بعد جواب حاصل کیا، جس سے ٹیم یہ نتیجہ اخذ کر سکی کہ کافی کم شور والا کوانٹم کمپیوٹر زیادہ تیزی سے حساب کتاب کرنے کے قابل ہونا چاہیے۔ مزید برآں، انہوں نے محسوس کیا کہ اگر پروڈکٹ کا مالیکیول کوئی بڑا ہوتا تو ایک کلاسیکی سپر کمپیوٹر اس مسئلے کو حل نہیں کر سکے گا۔

حقیقی زندگی کے حالات

محققین نے اشارہ کیا کہ عین مطابق کمپن توانائی کی سطحوں کا حساب لگانا یہ سمجھنے کے لیے اہم ہے کہ غیر صفر درجہ حرارت پر حقیقی زندگی کے حالات میں رد عمل کیسے ہو گا۔

NETL میں ٹیم کے رکن ڈومینک الفونسو کہتے ہیں، "اگر آپ حقیقت پسندانہ حالات میں ردعمل کو دیکھنا چاہتے ہیں، تو آپ کو نہ صرف کل توانائی بلکہ کمپن خصوصیات کی بھی ضرورت ہے۔" "ایک کلاسیکی تخروپن کمپن کی خصوصیات کا حساب لگانے کے قابل نہیں ہے، جبکہ ہم یہ ظاہر کرتے ہیں کہ ایک کوانٹم الگورتھم ایسا کر سکتا ہے۔ لہذا اس مرحلے پر بھی، ہم ایک کوانٹم فائدہ دیکھ سکتے ہیں۔

کاربن کی گرفت میں جو کچھ بھی ہوا؟

موجودہ کوانٹم کمپیوٹرز میں کمپن لیولز کی کلاسیکی طور پر رسائی سے باہر تخروپن کو انجام دینے کے لیے کافی کوبٹس ہوتے ہیں۔ یہ دیکھنا باقی ہے کہ آیا اس طرح کے کوانٹم کمپیوٹرز میں حساب کرنے کے لیے کافی کم شور ہوتا ہے - حالانکہ شور کی نقلیں کامیابی کی پیش گوئی کرتی ہیں۔

تاہم کنو سیٹیا، جو کہ امریکہ میں قائم کوانٹم کمپیوٹنگ سافٹ ویئر فراہم کرنے والی کمپنی کے چیف ایگزیکٹو آفیسر ہیں۔ qBraid اور ایک VQE ماہر نے شک کا اظہار کیا ہے کہ NETL/Kentucky ماڈل موجودہ کوانٹم کمپیوٹرز کے شور کی حقیقی سطح کو پکڑتا ہے۔ سیٹیا، جو اس تحقیق میں شامل نہیں ہیں، کا کہنا ہے کہ "بہت سے دیگر فن تعمیرات میں حالیہ پیش رفت کو دیکھتے ہوئے، کوانٹم کمپیوٹرز پر اس تحقیق کو انجام دینا آنے والے سالوں میں ممکن ہو سکتا ہے۔"

ٹیم اب آئی بی ایم کوانٹم کے ساتھ تعاون کر رہی ہے تاکہ موجودہ کوانٹم کمپیوٹر پر اپنے خیالات کو نافذ کیا جا سکے، اور امید ہے کہ وہ کوانٹم فائدہ کا مظاہرہ کر سکتے ہیں۔ وہ اپنے نتائج کی اطلاع دیتے ہیں۔ اے وی ایس کوانٹم سائنس.

• 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://physicsworld.com/a/carbon-capture-technology-could-benefit-from-quantum-computing/