کیا کوئی یونیورسل کوانٹم کمپیوٹر ہو سکتا ہے؟ یونیورسٹی آف انسبرک کی تحقیق کا کہنا ہے کہ ہاں

ان کی نزاکت اور شور کی حساسیت کی وجہ سے، کوانٹم کمپیوٹرز ان کو زیادہ وسیع پیمانے پر استعمال کرنے سے پہلے ابھی بہت طویل سفر طے کرنا ہے۔ اس ٹیکنالوجی کو تیار کرنے میں ایک اہم چیلنج اس کے فن تعمیر سے متعلق ہے۔ جیسا کہ بہت سے انجینئرز پہلے ہی مل چکے ہیں، کوئٹہ کوانٹم کمپیوٹر کے اندر ایک ہی وقت میں میموری یونٹ اور کمپیوٹنگ یونٹ دونوں کے طور پر کام کرتا ہے۔ یہ ٹیکنالوجی کیا کر سکتی ہے اس پر حدود پیدا کرتی ہے، کیونکہ کوانٹم یادوں کو کاپی نہیں کیا جا سکتا اور اس طرح کلاسیکی کمپیوٹر میں محفوظ نہیں کیا جا سکتا۔ اس محدودیت کی وجہ سے، بہت سے کوانٹم ڈویلپرز کا خیال ہے کہ کوانٹم کمپیوٹر میں موجود کیوبٹس کو میموری کی معلومات کا اشتراک کرنے کے لیے ایک دوسرے کے ساتھ بہتر طور پر تعامل کرنا پڑتا ہے۔ نئی تحقیق یونیورسٹی سے انسبرک کوانٹم کمپیوٹر کے لیے ایک نیا فن تعمیر تجویز کرتا ہے۔ یہ فن تعمیر، جسے محققین وولف گینگ لیچنر، فلپ ہوک، اور پیٹر زولر کے بعد LHZ فن تعمیر کہا جاتا ہے، خاص طور پر اصلاح کے لیے ڈیزائن کیا گیا ہے لیکن یہ برابری کی کارروائیاں اور غلطی کی اصلاح بھی کر سکتا ہے۔ فن تعمیر ان عملوں کو ہونے کی اجازت دیتا ہے کیونکہ فزیکل کیوبٹس کو بٹس کے درمیان کوآرڈینیشن کے لیے انکوڈ کیا جاتا ہے بجائے اس کے کہ اصل کیوبٹس کے لیے۔

"LHZ فن تعمیر ایک کوانٹم فن تعمیر ہے جو ہمیں کوانٹم کمپیوٹر کے لیے اصلاحی مسائل کو اس طریقے سے انکوڈ کرنے کی اجازت دیتا ہے جس کو حل کرتے وقت طویل فاصلے تک دشواریوں کی ضرورت نہیں ہوتی،" پی ایچ ڈی نے وضاحت کی۔ محقق مائیکل فیلنر Lechner کے ریسرچ گروپ کے. "یہ روایتی طریقوں سے مختلف ہے جس میں اکثر ان تعاملات کے لیے گیٹ کے وسائل میں ایک بڑے اوور ہیڈ کی ضرورت ہوتی ہے۔ اس اوور ہیڈ کو کم کرنے کے لیے، نافذ کردہ فن تعمیر کو نمایاں طور پر جوڑا گیا ہے۔ یہ LHZ فن تعمیر کو برابری کے عمل کو انجام دینے کی اجازت دیتا ہے۔ "ہر بٹ متغیر کو براہ راست کوانٹم بٹ (کوبٹ) میں انکوڈنگ کرنے کے بجائے، LHZ فن تعمیر میں qubits دو یا زیادہ قابل عمل کے درمیان فرق ("parity") کی نمائندگی کرتے ہیں، جو کہ مخصوص کوانٹم الگورتھم کے نفاذ کو آسان بناتا ہے،" فیلنر نے مزید کہا۔ اس برابری کے ساتھ کوئبٹس کو انکوڈنگ کرنے سے، کوانٹم کمپیوٹنگ کے لیے درکار کیوبٹس کی تعداد کم ہو جاتی ہے، جس سے اسکیل ایبلٹی اور نفاذ کے لیے ایک آسان طریقہ اور یہاں تک کہ ان مشینوں کو مزید موبائل بنانے کا ممکنہ طریقہ تجویز کیا جاتا ہے۔

برابری کا حصول

کا خیال مساوات کوانٹم کمپیوٹر پر اصل میں نیا نہیں ہے۔ جیسا کہ فیلنر نے وضاحت کی: "موجودہ کوانٹم کمپیوٹر پہلے ہی چھوٹے پیمانے پر اس طرح کے آپریشنز کو بہت اچھی طرح سے نافذ کرتے ہیں۔ تاہم، جیسے جیسے کوئبٹس کی تعداد بڑھتی جاتی ہے، ان گیٹ آپریشنز کو لاگو کرنا زیادہ پیچیدہ ہوتا جاتا ہے۔" LHZ فن تعمیر کو ڈیزائن کرنے میں، انسبرک کے محققین نے ایک عام کوانٹم کمپیوٹر سے مختلف طریقے سے اپنے کیوبٹس کو پروگرام کرکے اس ممکنہ مسئلے کے لیے منصوبہ بندی کی۔ "اس حقیقت سے فائدہ اٹھاتے ہوئے کہ پیریٹی آرکیٹیکچر میں کوئبٹس متعدد 'معیاری' کوئبٹس کے رشتہ دار فریق کو انکوڈ کرتے ہیں۔، یہ کچھ کوانٹم آپریشنز کو آسان طریقے سے نافذ کر سکتا ہے،" فیلنر نے مزید کہا۔ "ہمارے حالیہ کام میں، ہم نے دکھایا ہے کہ دروازوں کا ایک سیٹ بنانا ممکن ہے جو عالمگیر ہو، یعنی کسی کو کسی بھی الگورتھم کو لاگو کرنے کی اجازت دیتا ہے۔" اس قسم کا یونیورسل کوانٹم کمپیوٹر کوانٹم کمپیوٹنگ انڈسٹری کے لیے بڑے مضمرات تجویز کرتا ہے اور اس کی ترقی کو تیز کرنے میں مدد کر سکتا ہے۔ "اس کے اوپری حصے میں،" فیلنر نے کہا، "کوئی بھی کوانٹم غلطیوں کا پتہ لگانے اور درست کرنے کے لیے کیوبٹس کی تعداد میں اوور ہیڈ کا فائدہ اٹھا سکتا ہے جو کہ کمپیوٹیشن کے دوران ہو سکتی ہیں۔"

غلطی کی اصلاح کے لیے LHZ فن تعمیر کا استعمال

شور کے لیے ان کی حساسیت کی وجہ سے، کوانٹم کمپیوٹر غلطی کا شکار ہو سکتے ہیں۔ غلطی کی اصلاح کو کم کرنے کے طریقوں کے طور پر کئی مختلف طریقوں کا تجربہ کیا جا رہا ہے اور انسبرک کے محققین کا خیال ہے کہ LHZ فن تعمیر اس عمل میں مدد کر سکتا ہے۔ "کوانٹم کی غلطیوں کو دو قسموں میں درجہ بندی کیا جا سکتا ہے، نام نہاد بٹ فلپ کی غلطیاں، اور فیز فلپ کی غلطیاں،" فیلنر نے کہا۔ LHZ فن تعمیر دونوں کو درست کرنے کے لیے ڈیزائن کیا گیا ہے۔ ایک قسم کی خرابی، (یا تو بٹ فلپ یا فیز ایرر) کو استعمال کیے جانے والے ہارڈویئر سے روکا جاتا ہے،" انزبرک کے محققین اینیٹ میسنجر اور کلیان اینڈر نے مزید کہا۔ "دوسری قسم کی خرابی کو سافٹ ویئر کے ذریعے ڈھونڈا اور درست کیا جا سکتا ہے۔" غلطی کی اصلاح اور اسکیل ایبلٹی کے لیے ایک مضبوط طریقہ کے ساتھ، یہ دیکھنا کوئی تعجب کی بات نہیں ہوگی کہ LHZ فن تعمیر کو لاگو کرنا شروع کیا جائے۔

پہلے سے ہی اسپن آف کمپنی کو Lechner اور Magdalena Hauser نے مشترکہ طور پر قائم کیا، جسے کہا جاتا ہے۔ ParityQCاس نئے فن تعمیر کو آزمانے اور استعمال کرنے کے لیے انزبرک اور دیگر جگہوں پر محققین کے ساتھ کام کر رہا ہے۔

Kenna Hughes-Castleberry Inside Quantum Technology اور JILA (یونیورسٹی آف کولوراڈو بولڈر اور NIST کے درمیان شراکت) میں سائنس کمیونیکیٹر کی اسٹاف رائٹر ہے۔ اس کی تحریری دھڑکنوں میں گہری ٹیک، میٹاورس، اور کوانٹم ٹیکنالوجی شامل ہیں۔