نیوٹرل ایٹم کوانٹم کمپیوٹرز ایک لمحہ گزار رہے ہیں - فزکس ورلڈ

مستقبل کے کوانٹم کمپیوٹنگ پلیٹ فارم کی دوڑ میں، غیر جانبدار ایٹم تھوڑا سا انڈر ڈاگ رہے ہیں۔ جب کہ غیر جانبدار ایٹموں پر مبنی کوانٹم بٹس (کوبِٹس) کئی پرکشش خصوصیات رکھتے ہیں، بشمول کوئبٹ نمبروں کو بڑھانے اور متوازی طور پر ان پر آپریشن کرنے میں آسانی، زیادہ تر توجہ حریف پلیٹ فارمز پر مرکوز ہے۔ بہت سی سب سے بڑی مشینیں سپر کنڈکٹنگ کوئبٹس کے ساتھ بنی ہیں، جن میں وہ تیار کی گئی ہیں۔ IBM, گوگل, ایمیزون، اور مائیکروسافٹ. دیگر کمپنیوں نے آئنوں کا انتخاب کیا ہے، جیسے ہنیویل اور آئن کیو، یا فوٹون، جیسے سے Xanadu.

گزشتہ چند ہفتوں میں، اگرچہ، کئی چشم کشا پیش رفتوں نے غیر جانبدار ایٹموں کو پیک کے سامنے کی طرف دھکیل دیا ہے۔ ان میں سے ایک ایٹم کمپیوٹنگ نامی ایک اسٹارٹ اپ سے آیا تھا، جو اکتوبر کے آخر میں اعلان کیا گیا۔ کہ اس میں جلد ہی ایک ہو جائے گا۔ 1000 کیوبٹ نیوٹرل ایٹم مشین صارفین کے لیے تیار – اس سنگ میل کو عبور کرنے والا پہلا تجارتی کوانٹم ڈیوائس۔ دیگر محققین کی تین ٹیموں سے آئے جنہوں نے الگ الگ مطالعات شائع کیں۔ فطرت، قدرت کم شور کے ساتھ نیوٹرل ایٹم پلیٹ فارمز کو بیان کرنا، نئی خرابی کی تخفیف کی صلاحیتوں اور اس سے بھی بڑی تعداد میں کوبٹس تک پیمانہ کرنے کی مضبوط صلاحیت۔

کسی بھی کوبٹ پلیٹ فارم کے لیے، مضبوط کوانٹم آپریشنز میں سب سے بڑی رکاوٹ شور اور اس کی وجہ سے ہونے والی غلطیاں ہیں۔ "خرابی کی اصلاح واقعی کوانٹم کمپیوٹنگ کی سرحد ہے،" کہتے ہیں۔ جیف تھامسن، پرنسٹن یونیورسٹی، یو ایس کے ماہر طبیعیات جنہوں نے قیادت کی۔ تین مطالعات میں سے ایک کے ساتھ مل کر شروتی پوری ییل یونیورسٹی، US "یہ وہ چیز ہے جو ہمارے درمیان کھڑی ہے اور درحقیقت مفید حساب کتاب کر رہی ہے۔"

غلطی کی تصحیح اس قدر اہم ہے کہ یہ کمپیوٹیشن کو ممکن بناتا ہے یہاں تک کہ اگر بنیادی ہارڈویئر شور کا شکار ہو۔ کلاسیکی کمپیوٹرز ایک سادہ غلطی کو درست کرنے کی حکمت عملی کا استعمال کرتے ہیں جسے ریپیٹیشن کوڈ کہا جاتا ہے: ایک ہی معلومات کو کئی بار اسٹور کریں تاکہ اگر ایک بٹ میں کوئی خرابی ہو تو باقی بٹس کا "اکثریتی ووٹ" پھر بھی صحیح قدر کی طرف اشارہ کرے۔ کوانٹم ایرر درست کرنے والے الگورتھم بنیادی طور پر اس کے زیادہ پیچیدہ ورژن ہیں، لیکن اس سے پہلے کہ کوئی پلیٹ فارم ان سے فائدہ اٹھا سکے، ان کے ہارڈویئر کو کچھ کم سے کم مخلصانہ تقاضوں کو پورا کرنا چاہیے۔ روایتی کوانٹم الگورتھم کے لیے، انگوٹھے کا اصول یہ ہے کہ کوانٹم کمپیوٹیشن کی کم از کم اکائی - ایک کوانٹم گیٹ - کے لیے غلطی کی شرح 1% سے کم ہونی چاہیے۔

شور کو کم کرنا

محققین کی قیادت میخائل لوکن ہارورڈ یونیورسٹی، امریکہ کے ہیں اب رپورٹنگ کہ ان کا نیوٹرل ایٹم کوانٹم کمپیوٹر اس حد کو پورا کر چکا ہے، 0.5% کی غلطی کی شرح کو حاصل کرتا ہے۔ انہوں نے ٹیموں کی طرف سے پیش قدمی کے طریقے سے دو کوبٹ گیٹس کو لاگو کرکے یہ سنگ میل حاصل کیا۔ جرمنی اور فرانس، اور ان کی مشین، جو انہوں نے ہمسایہ میساچوسٹس انسٹی ٹیوٹ آف ٹیکنالوجی (MIT) کے ساتھیوں کے ساتھ تیار کی ہے، مندرجہ ذیل کام کرتی ہے۔

سب سے پہلے، روبیڈیم ایٹموں کے بخارات کو بالکل صفر سے اوپر تک ٹھنڈا کیا جاتا ہے۔ اس کے بعد، انفرادی ایٹموں کو آپٹیکل ٹوئیزنگ کے نام سے جانے والی تکنیک میں مضبوطی سے مرکوز لیزر بیم کے ذریعے پکڑا جاتا ہے۔ ہر ایٹم ایک واحد کوبٹ کی نمائندگی کرتا ہے، اور سینکڑوں کو دو جہتی صف میں ترتیب دیا گیا ہے۔ ان کیوبٹس میں موجود کوانٹم معلومات - ایک صفر یا ایک یا دونوں کا کوانٹم سپرپوزیشن - روبیڈیم ایٹموں کی دو مختلف توانائی کی سطحوں میں محفوظ ہے۔

دو کیوبٹ گیٹ کو انجام دینے کے لیے، دو ایٹم ایک دوسرے کے قریب لائے جاتے ہیں اور ایک ساتھ ایک لیزر کے ذریعے روشن کیا جاتا ہے۔ روشنی ایٹم کے الیکٹرانوں میں سے ایک کو ایک اعلی توانائی کی سطح پر فروغ دیتی ہے جسے رائڈبرگ اسٹیٹ کہا جاتا ہے۔ ایک بار اس حالت میں، ایٹم آسانی سے اپنے قریبی پڑوسیوں کے ساتھ تعامل کرتے ہیں، جس سے گیٹ آپریشن ممکن ہو جاتا ہے۔

آپریشن کی وفاداری کو بہتر بنانے کے لیے، ٹیم نے حال ہی میں تیار کردہ ایک بہترین پلس ترتیب کا استعمال کیا تاکہ دونوں ایٹموں کو Rydberg ریاست میں پرجوش کیا جا سکے اور انہیں واپس نیچے لایا جا سکے۔ یہ نبض کی ترتیب پچھلے ورژن سے تیز ہے، جو ایٹموں کو غلط حالت میں گرنے کا کم موقع فراہم کرتی ہے، جس سے حساب ٹوٹ جائے گا۔ اس کو دیگر تکنیکی بہتریوں کے ساتھ ملانے سے ٹیم کو دو کیوبٹ گیٹس کے لیے 99.5% مخلصی تک پہنچنے کا موقع ملا۔

اگرچہ دوسرے پلیٹ فارمز نے تقابلی وفاداریاں حاصل کی ہیں، غیر جانبدار ایٹم کوانٹم کمپیوٹر متوازی طور پر زیادہ کمپیوٹنگ کر سکتے ہیں۔ اپنے تجربے میں، لوکن اور اس کی ٹیم نے ایک ہی لیزر پلس سے ان کو روشن کرکے ایک ہی وقت میں 60 کوئبٹس پر اپنے دو کیوبٹ گیٹ کا اطلاق کیا۔ "یہ اسے بہت خاص بناتا ہے،" لوکن کہتے ہیں، "کیونکہ ہم اعلیٰ وفاداریاں رکھ سکتے ہیں اور ہم اسے صرف ایک عالمی کنٹرول کے ساتھ متوازی طور پر کر سکتے ہیں۔ کوئی دوسرا پلیٹ فارم ایسا نہیں کر سکتا۔

غلطیاں مٹانا

جبکہ لوکن کی ٹیم نے غلطی کی اصلاح کی اسکیموں کو لاگو کرنے کے لیے مخلصی کی حد کو پورا کرنے کے لیے اپنے تجربے کو بہتر بنایا، تھامسن اور پوری نے، فرانس کی اسٹراسبرگ یونیورسٹی کے ساتھیوں کے ساتھ مل کر، مخصوص قسم کی غلطیوں کو مٹانے میں تبدیل کرنے کا ایک طریقہ تلاش کیا، اور انہیں سسٹم سے مکمل طور پر ہٹا دیا۔ . اس سے ان غلطیوں کو درست کرنا بہت آسان ہو جاتا ہے، جس سے غلطی کی اصلاح کی اسکیموں کے کام کرنے کی حد کم ہو جاتی ہے۔

تھامسن اور پوری کا سیٹ اپ ہارورڈ-ایم آئی ٹی ٹیم کی طرح ہے، جس میں انفرادی الٹرا کولڈ ایٹم آپٹیکل ٹویزر میں رکھے جاتے ہیں۔ بنیادی فرق یہ ہے کہ انہوں نے روبیڈیم کے بجائے یٹربیئم ایٹم کا استعمال کیا۔ Ytterbium میں روبیڈیم سے زیادہ پیچیدہ توانائی کی سطح کا ڈھانچہ ہے، جس کے ساتھ کام کرنا زیادہ مشکل ہوتا ہے لیکن یہ کوانٹم سٹیٹس کو انکوڈنگ کرنے کے لیے مزید اختیارات بھی فراہم کرتا ہے۔ اس معاملے میں، محققین نے روایتی سب سے کم دو توانائی کی سطحوں کے بجائے، دو میٹاسٹیبل حالتوں میں اپنے "صفر" اور "ایک" کو انکوڈ کیا۔ اگرچہ ان میٹاسٹیبل ریاستوں کی عمریں کم ہوتی ہیں، لیکن بہت سے ممکنہ خرابی کے میکانزم ایٹموں کو ان ریاستوں سے باہر اور زمینی حالت میں ٹکرا دیتے ہیں، جہاں ان کا پتہ لگایا جا سکتا ہے۔

غلطیوں کو حذف کرنے کے قابل ہونا ایک بڑا اعزاز ہے۔ کلاسیکی طور پر، اگر تکراری کوڈ میں نصف سے زیادہ بٹس میں غلطیاں ہوں تو غلط معلومات منتقل ہو جائیں گی۔ "لیکن مٹانے والے ماڈل کے ساتھ، یہ بہت زیادہ طاقتور ہے کیونکہ اب میں جانتا ہوں کہ کن بٹس میں غلطی ہوئی ہے، لہذا میں انہیں اکثریتی ووٹ سے خارج کر سکتا ہوں،" تھامسن بتاتے ہیں۔ "لہذا مجھے بس اتنی ضرورت ہے کہ ایک اچھا سا باقی رہ جائے۔"

ان کی مٹانے والی تبدیلی کی تکنیک کی بدولت، تھامسن اور ساتھی حقیقی وقت میں تقریباً ایک تہائی غلطیوں کا پتہ لگانے میں کامیاب رہے۔ اگرچہ ان کی دو کیوبٹ گیٹ کی وفاداری 98% ہارورڈ-MIT ٹیم کی مشین سے کم ہے، تھامسن نے نوٹ کیا کہ انہوں نے اپنے گیٹ کو چلانے کے لیے تقریباً 10 000 گنا کم لیزر پاور کا استعمال کیا، اور طاقت میں اضافہ کارکردگی کو فروغ دے گا اور اس کی اجازت بھی دے گا۔ غلطیوں کا ایک بڑا حصہ پتہ لگایا جانا ہے۔ غلطی مٹانے کی تکنیک بھی غلطی کی اصلاح کی حد کو 99% سے کم کر دیتی ہے۔ ایک ایسے منظر نامے میں جہاں تقریباً تمام غلطیاں مٹانے میں تبدیل ہو جاتی ہیں، جسے تھامسن کا کہنا ہے کہ ممکن ہونا چاہیے، حد 90% تک کم ہو سکتی ہے۔

ملٹی پلیکسنگ ایرر ایریزر

ایک متعلقہ نتیجہکیلیفورنیا انسٹی ٹیوٹ آف ٹیکنالوجی، یو ایس (کالٹیک) کے محققین نے بھی غلطیوں کو مٹانے میں تبدیل کیا۔ ان کی سٹرونٹیم پر مبنی نیوٹرل ایٹم مشین ایک زیادہ محدود قسم کا کوانٹم کمپیوٹر ہے جسے کوانٹم سمیلیٹر کہا جاتا ہے: جب کہ وہ رائڈبرگ ریاست تک ایٹموں کو اکسا سکتے ہیں اور زمین اور رائڈبرگ ریاستوں کے درمیان الجھے ہوئے سپرپوزیشن بنا سکتے ہیں، ان کے نظام میں صرف ایک زمینی حالت ہے، جس کا مطلب ہے کہ وہ کوانٹم معلومات کو طویل مدتی ذخیرہ نہیں کر سکتے۔

نیا نیوٹرل ایٹم کوئبٹ کوانٹم کمپیوٹنگ کے لیے فوائد فراہم کرتا ہے۔

تاہم، انہوں نے ان الجھے ہوئے سپرپوزیشنز کو بے مثال مخلصی کے ساتھ تخلیق کیا: 99.9%۔ انہوں نے ایک بہت بڑی سپرپوزیشن بھی بنائی جس میں صرف دو ایٹم نہیں بلکہ 26 شامل تھے، اور کچھ خامیوں کو مٹا کر ایسا کرنے کی وفاداری کو بہتر بنایا۔ "ہم بنیادی طور پر یہ ظاہر کرتے ہیں کہ آپ بامعنی طور پر اس تکنیک کو متعدد جسموں کے دائرے میں لا سکتے ہیں،" کہتے ہیں۔ ایڈم شامیں پی ایچ ڈی کا طالب علم مینوئل اینڈریس کا گروپ Caltech میں.

ایک ساتھ، تینوں پیشرفت غیر جانبدار ایٹم کوانٹم کمپیوٹرز کی صلاحیتوں کو ظاہر کرتی ہیں، اور محققین کا کہنا ہے کہ ان کے خیالات کو ایک ایسی مشین میں ملایا جا سکتا ہے جو اب تک دکھائے گئے اس سے بھی بہتر کام کرتی ہے۔ "حقیقت یہ ہے کہ یہ تمام کام ایک ساتھ سامنے آئے ہیں، یہ اس بات کی علامت ہے کہ کچھ خاص آنے والا ہے،" لوکن نے نتیجہ اخذ کیا۔

• 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/neutral-atom-quantum-computers-are-having-a-moment/