کیٹ کوبٹس استحکام کی ایک نئی سطح تک پہنچتے ہیں - فزکس ورلڈ

کوانٹم کمپیوٹرز ضروری کاموں میں روایتی کمپیوٹنگ کو پیچھے چھوڑ سکتے ہیں، لیکن وہ ایسی غلطیوں کا شکار ہیں جو بالآخر کوانٹم معلومات کے ضائع ہونے کا باعث بنتی ہیں، جو آج کے کوانٹم آلات کو محدود کرتی ہیں۔ لہذا، بڑے پیمانے پر کوانٹم انفارمیشن پروسیسرز کو حاصل کرنے کے لیے، سائنسدانوں کو کوانٹم کی غلطیوں کو درست کرنے کے لیے حکمت عملی تیار کرنے اور ان پر عمل درآمد کرنے کی ضرورت ہے۔

پیرس میں قائم کوانٹم کمپیوٹنگ فرم کے محققین ایلس اور بابفرانس کے ENS–PSL اور ENS de Lyon کے ساتھیوں کے ساتھ مل کر، اب نام نہاد کے استحکام اور کنٹرول کو بڑھا کر ایک حل کی طرف اہم پیش رفت کر چکے ہیں۔ بلی qubits. ایرون شروڈنگر کے مشہور فکری تجربے کے نام سے منسوب، یہ کوانٹم بٹس کوانٹم ریزونیٹر کی مربوط حالتوں کو اپنی منطقی حالتوں کے طور پر استعمال کرتے ہیں۔ کیٹ کوبٹس کوانٹم غلطی کی اصلاح کا وعدہ کر رہے ہیں کیونکہ وہ مربوط ریاستوں سے بنائے گئے ہیں، جو انہیں ماحول سے مخصوص قسم کی غلطیوں کے خلاف اندرونی طور پر مضبوط بناتے ہیں۔

ایک نیا پیمائش پروٹوکول

کوانٹم بٹس دو طرح کی غلطیوں کا شکار ہوتے ہیں: فیز فلپس اور بٹ فلپس۔ کوانٹم کمپیوٹنگ میں، تھوڑا سا پلٹنا ایک خرابی ہے جو ایک کیوبٹ کی حالت کو |0⟩ سے |1⟩ میں تبدیل کرتی ہے یا اس کے برعکس، کلاسیکل بٹ کو 0 سے 1 تک پلٹانے کے مترادف ہے۔ دوسری طرف، ایک فیز فلپ ہے ایک خرابی جو کوئبٹ کی سپرپوزیشن حالت کے |0⟩ اور |1⟩ اجزاء کے درمیان رشتہ دار مرحلے کو تبدیل کرتی ہے۔ کیٹ کوبٹس کو بٹ فلپ کی غلطیوں کے خلاف مستحکم کیا جا سکتا ہے کیوبٹ کو ایسے ماحول میں جوڑا جا سکتا ہے جو ترجیحی طور پر سسٹم کے ساتھ فوٹان کے جوڑوں کا تبادلہ کرتا ہے۔ یہ خود مختار طور پر کچھ غلطیوں کے اثرات کا مقابلہ کرتا ہے جو بٹ فلپس پیدا کرتے ہیں اور اس بات کو یقینی بناتا ہے کہ کوانٹم حالت مطلوبہ غلطی سے درست شدہ ذیلی جگہ کے اندر ہی رہے۔ تاہم، کوانٹم غلطی کی اصلاح کا چیلنج صرف کوئبٹس کو مستحکم کرنے کے بارے میں نہیں ہے۔ یہ ان کو مستحکم رکھنے والے میکانزم کو توڑے بغیر ان کو کنٹرول کرنے کے بارے میں بھی ہے۔

In سب سے پہلے پر پوسٹ کردہ مطالعہ کے ایک جوڑے کی arxiv پری پرنٹ سرور، اور ابھی تک ہم مرتبہ کا جائزہ نہیں لیا گیا، ایلس اینڈ باب، ای این ایس-پی ایس ایل اور ای این ایس ڈی لیون کے محققین نے بٹ فلپ ٹائم کو 10 سیکنڈ سے زیادہ تک بڑھانے کا ایک طریقہ تلاش کیا - پچھلے کیٹ کوبٹ کے نفاذ کے مقابلے میں طول و عرض کے چار آرڈرز۔ - بلی کوبٹ کو مکمل طور پر کنٹرول کرتے ہوئے انہوں نے یہ ایک ریڈ آؤٹ پروٹوکول متعارف کروا کر حاصل کیا جو ان کی کیٹ کوبٹ میں بٹ فلپ تحفظ سے سمجھوتہ نہیں کرتا ہے، جو ایک چپ پر سپر کنڈکٹنگ کوانٹم ریزونیٹر میں پھنسی دو کلاسیکی کوانٹم ریاستوں کی کوانٹم سپرپوزیشن پر مشتمل ہے۔ اہم بات یہ ہے کہ ان کوبٹ ریاستوں کو پڑھنے اور ان کو کنٹرول کرنے کے لیے انہوں نے جو نئی پیمائشی اسکیم وضع کی ہے وہ اضافی جسمانی کنٹرول عناصر پر انحصار نہیں کرتی ہے، جس نے پہلے قابل حصول بٹ فلپ اوقات کو محدود کردیا تھا۔

پچھلے تجرباتی ڈیزائنوں میں بلی کی کوبٹ کی حالت کو کنٹرول کرنے اور پڑھنے کے لیے ایک سپر کنڈکٹنگ ٹرانسمون - ایک دو سطحی کوانٹم عنصر کا استعمال کیا گیا تھا۔ یہاں، محققین نے ایک نئی ریڈ آؤٹ اور کنٹرول اسکیم وضع کی جس میں وہی معاون ریزونیٹر استعمال ہوتا ہے جو بلی کوبٹ کے لیے دو فوٹون اسٹیبلائزیشن میکانزم فراہم کرتا ہے۔ اس اسکیم کے ایک حصے کے طور پر، انہوں نے ایک نام نہاد ہولوونومک گیٹ نافذ کیا جو کوانٹم حالت کی برابری کو گونجنے والے میں فوٹون کی تعداد میں بدل دیتا ہے۔ فوٹون نمبر کی برابری بلی کوبٹ کی ایک خصوصیت کی خاصیت ہے: دو مربوط ریاستوں کی مساوی سپرپوزیشن میں صرف فوٹوون نمبرز کی سپرپوزیشن ہوتی ہے، جب کہ ایک ہی سپرپوزیشن لیکن مائنس سائن کے ساتھ صرف طاق فوٹوون نمبرز کی سپرپوزیشن ہوتی ہے۔ لہذا برابری اس بارے میں معلومات فراہم کرتی ہے کہ کوانٹم سسٹم کس حالت میں ہے۔

بلی qubits کے استحکام کو دوبارہ ڈیزائن کرنا

ایلس اور باب ٹیم نے کوانٹم سپرپوزیشن سٹیٹس کو تیار کیا اور ان کی تصویر کشی کی جبکہ ان سپرپوزیشنز کے فیز کو بھی کنٹرول کیا اور 10 سیکنڈ سے زیادہ کا بٹ فلپ ٹائم اور 490 این ایس سے زیادہ فیز فلپ ٹائم کو برقرار رکھا۔ بلی کوبٹس پر مبنی ایک بڑے پیمانے پر غلطی کو درست کرنے والے کوانٹم کمپیوٹر کو مکمل طور پر محسوس کرنے کے لیے، تاہم، نہ صرف اچھے کنٹرول اور تیز ریڈ آؤٹ کی ضرورت ہوگی، بلکہ اس بات کو یقینی بنانے کا ایک ذریعہ بھی ہے کہ کیٹ کوبٹ کافی دیر تک کمپیوٹیشن کرنے کے لیے مستحکم رہے۔ ایلس اینڈ باب اور ای این ایس ڈی لیون کے محققین نے اس اہم اور چیلنجنگ کام پر توجہ دی۔ دوسرے مطالعہ.

ایک مستحکم بلی کوبٹ کا احساس کرنے کے لیے، نظام کو دو فوٹوون کے عمل سے چلایا جا سکتا ہے جو ایک ساتھ صرف دو فوٹون کو ختم کرتے ہوئے فوٹون کے جوڑے لگاتا ہے۔ یہ عام طور پر کیٹ کوبٹ کو ایک معاون ریزونیٹر سے جوڑ کر اور عین مطابق مائیکرو ویو دال کے ساتھ غیر متناسب تھریڈڈ-SQUID (ATS) نامی عنصر کو پمپ کر کے کیا جاتا ہے۔. تاہم، یہ نقطہ نظر اہم خرابیاں پیدا کرتا ہے، جیسے کہ گرمی کا بڑھنا، ناپسندیدہ عمل کو چالو کرنا، اور بھاری مائکروویو الیکٹرانکس کی ضرورت۔

ان مسائل کو کم کرنے کے لیے، محققین نے دو فوٹون کی کھپت کے طریقہ کار کو دوبارہ ڈیزائن کیا تاکہ اسے اس طرح کے اضافی پمپ کی ضرورت نہ پڑے۔ اے ٹی ایس کے بجائے، انہوں نے کیٹ کوبٹ کو ایک سپر کنڈکٹنگ آسکیلیٹر موڈ میں لاگو کیا جس کے ساتھ ایک نان لائنر عنصر کے ذریعے ایک سے زیادہ جوزفسن جنکشنز شامل تھے۔ جوزفسن عنصر ایک "مکسر" کے طور پر کام کرتا ہے جو معاون ریزونیٹر میں ایک فوٹوون کی توانائی سے دو بلی کوبٹ فوٹان کی توانائی کو بالکل مماثل بناتا ہے۔ نتیجے کے طور پر، اس نام نہاد آٹو پیرامیٹرک عمل میں، کیٹ کوبٹ ریزونیٹر میں فوٹون کے جوڑے بغیر کسی اضافی مائیکرو ویو پمپ کی ضرورت کے بفر موڈ کے ایک فوٹوون میں تبدیل ہو جاتے ہیں۔

ہم آہنگی کے ڈھانچے کے ساتھ ایک سپر کنڈکٹنگ سرکٹ ڈیزائن کر کے، ٹیم اسی جوزفسن عنصر کے ذریعے ایک اعلیٰ معیار کے ریزونیٹر کو کم معیار کے ساتھ جوڑنے میں کامیاب رہی۔ اس طرح انہوں نے پچھلے نتائج کے مقابلے میں دو فوٹون کی کھپت کی شرح میں 10 کے عنصر سے اضافہ کیا، تھوڑا سا پلٹنے کا وقت ایک سیکنڈ تک پہنچتا ہے - اس معاملے میں ٹرانسمون کے ذریعہ محدود۔ تیز رفتار کوبٹ ہیرا پھیری اور مختصر غلطی کی اصلاح کے چکروں کے لیے ایک اعلی دو فوٹون کی کھپت کی شرح کی ضرورت ہے۔ یہ بلی کوبٹس کے ریپیٹیشن کوڈ میں بقیہ فیز فلپ کی غلطیوں کو درست کرنے کے لیے بہت اہم ہیں۔

بلی کوبٹس کے ساتھ مستقبل کی ایپلی کیشنز

گیرہارڈ کرچمیرانسٹی ٹیوٹ آف کوانٹم آپٹکس اینڈ کوانٹم انفارمیشن انزبرک، آسٹریا کے ایک ماہر طبیعیات، جو کسی بھی مطالعے میں شامل نہیں تھے، کہتے ہیں کہ دونوں کام مکمل طور پر غلطی سے درست شدہ کوبٹ کو سمجھنے کے لیے اہم اقدامات کی وضاحت کرتے ہیں۔ کرچمیر کا کہنا ہے کہ "یہ مکمل غلطی کی اصلاح کی طرف اگلے اقدامات ہیں۔ "وہ واضح طور پر یہ ظاہر کرتے ہیں کہ ان سسٹمز میں بٹ فلپس کے خلاف کفایتی تحفظ حاصل کرنا ممکن ہے، جو یہ ظاہر کرتا ہے کہ یہ نقطہ نظر مکمل کوانٹم غلطی کی اصلاح کے لیے قابل عمل ہے۔"

محققین تسلیم کرتے ہیں کہ اہم رکاوٹیں باقی ہیں۔ چونکہ ہولونومک گیٹ پروٹوکول کا استعمال کرتے ہوئے ریڈ آؤٹ کی درستگی کافی حد تک محدود تھی، اس لیے وہ اسے بہتر بنانے کے طریقے تلاش کرنا چاہتے ہیں۔ ایک سے زیادہ کیٹ کوبٹس پر مشتمل گیٹس کا مظاہرہ کرنا اور یہ جانچنا کہ آیا موروثی بٹ فلپ تحفظ باقی ہے ایک اور اہم قدم ہوگا۔ مزید برآں، فوٹون کے جوڑوں کے تبادلے کے لیے نئے آٹو پیرامیٹرک ڈیوائس کے سیٹ اپ کے ساتھ، ایلس اور باب کے شریک بانی رافیل لیسکن توقع کرتے ہیں کہ وہ صرف دو کی بجائے چار مختلف مربوط حالتوں کا استعمال کرتے ہوئے ایک بلی کوبٹ کو مستحکم کرنے کے قابل ہو جائے گا۔ "ہمارا مقصد چار اجزاء والے کیٹ کوبٹ کو مستحکم کرنے کے لیے بے مثال غیر لکیری جوڑے کی طاقت کا استعمال کرنا ہے، جو پیش کرے گی۔ سائٹ بٹ فلپ ایرر پروٹیکشن کے ساتھ فیز فلپ ایرر پروٹیکشن، لیسکین کہتے ہیں۔

ایلس اور باب کیوں بلی کوبٹس بنا رہے ہیں، IOP نیٹ صفر کے ہدف پر کارروائی کا مطالبہ کرتا ہے۔

کرچمائر کا خیال ہے کہ یہ نتائج ان بھاری شور سے متعصب کوئبٹس پر انحصار کرتے ہوئے خرابی کی اصلاح کی مزید وسیع اسکیموں کے لیے راہ ہموار کرتے ہیں، جہاں بٹ فلپ کی شرح باقی فیز فلپ ریٹ سے بہت کم ہے۔ کرچمائر بتاتا ہے، "اگلے اقدامات اس سسٹم کو فیز فلپس کے لیے بھی درست کرنے کے لیے پیمانہ بنائے جائیں گے اس طرح ایک مکمل طور پر غلطی سے تصحیح شدہ کوبٹ کا احساس ہو جائے گا۔" طبیعیات کی دنیا. "کوئی ایک نظام میں دونوں طریقوں کو یکجا کرنے کا تصور بھی کر سکتا ہے تاکہ دونوں کے بہترین نتائج حاصل کیے جاسکیں۔

• SEO سے چلنے والا مواد اور PR کی تقسیم۔ آج ہی بڑھا دیں۔
• پلیٹو ڈیٹا ڈاٹ نیٹ ورک ورٹیکل جنریٹو اے آئی۔ اپنے آپ کو بااختیار بنائیں۔ یہاں تک رسائی حاصل کریں۔
• پلیٹوآئ اسٹریم۔ ویب 3 انٹیلی جنس۔ علم میں اضافہ۔ یہاں تک رسائی حاصل کریں۔
• پلیٹو ای ایس جی۔ کاربن، کلین ٹیک، توانائی ، ماحولیات، شمسی، ویسٹ مینجمنٹ یہاں تک رسائی حاصل کریں۔
• پلیٹو ہیلتھ۔ بائیوٹیک اینڈ کلینیکل ٹرائلز انٹیلی جنس۔ یہاں تک رسائی حاصل کریں۔
• ماخذ: https://physicsworld.com/a/cat-qubits-reach-a-new-level-of-stability/