طبیعیات دان آخر کار ایک مسئلہ ڈھونڈتے ہیں صرف کوانٹم کمپیوٹر ہی کر سکتے ہیں۔ کوانٹا میگزین

کوانٹم کمپیوٹرز کمپیوٹیشنل سپر پاور بننے کے لیے تیار ہیں، لیکن محققین نے طویل عرصے سے ایک قابل عمل مسئلے کی تلاش کی ہے جو ایک کوانٹم فائدہ فراہم کرتا ہے - جسے صرف ایک کوانٹم کمپیوٹر ہی حل کر سکتا ہے۔ صرف تب ہی، ان کا کہنا ہے کہ ٹیکنالوجی کو آخر کار ضروری سمجھا جائے گا۔

وہ دہائیوں سے تلاش کر رہے ہیں۔ "اس کے چیلنجنگ ہونے کی ایک وجہ یہ ہے کہ کلاسیکی کمپیوٹرز ان کے بہت سے کاموں میں بہت اچھے ہیں،" کہا۔ جان پریسکلکیلیفورنیا انسٹی ٹیوٹ آف ٹیکنالوجی میں ایک نظریاتی طبیعیات دان۔

1994 میں پیٹر شور نے دریافت کیا۔ ایک امکان: بڑی تعداد کو فیکٹر کرنے کے لیے ایک کوانٹم الگورتھم۔ شور کا الگورتھم طاقتور ہے اور وسیع پیمانے پر مانا جاتا ہے کہ وہ تمام کلاسیکی الگورتھم کو مات دیتا ہے۔ جب کوانٹم کمپیوٹر پر چلایا جاتا ہے، تو اس میں انٹرنیٹ کے زیادہ تر سیکیورٹی سسٹمز کو توڑنے کی صلاحیت ہوتی ہے، جو بڑی تعداد میں فیکٹرنگ کی سختی پر انحصار کرتے ہیں۔ لیکن جتنا متاثر کن ہے، الگورتھم صرف تحقیقی علاقوں کے ایک تنگ حصے سے متعلق ہے، اور یہ ممکن ہے کہ کل کوئی شخص کلاسیکی مشین پر بڑی تعداد کو فیکٹر کرنے کا ایک موثر طریقہ تلاش کر لے، جس سے شور کے الگورتھم کو حرکت میں آئے۔ شور کے تنگ اطلاق نے تحقیقی برادری کو کوانٹم مشینوں کے استعمال کے دیگر معاملات تلاش کرنے پر مجبور کیا ہے جو حقیقت میں نئی ​​سائنسی دریافتوں میں مدد کر سکتے ہیں۔

"ہم صرف ایک کام کے لیے کمپیوٹر نہیں بنانا چاہتے،" کہا جلد ہی چوئیمیساچوسٹس انسٹی ٹیوٹ آف ٹیکنالوجی کے ماہر طبیعیات۔ "شور کے الگورتھم کے علاوہ، ہم کوانٹم کمپیوٹر کے ساتھ اور کیا کر سکتے ہیں؟"

جیسا کہ پریسکل نے کہا، "ہمیں ان مسائل کو تلاش کرنا ہوگا جو کلاسیکی طور پر مشکل ہیں، لیکن پھر ہمیں یہ دکھانا ہوگا کہ کوانٹم طریقے واقعی کارآمد ہوں گے۔"

کچھ بار، محققین نے سوچا کہ انہوں نے یہ کر لیا ہے، کوانٹم الگورتھم دریافت کیے جو کلاسیکل کمپیوٹر کے مقابلے میں زیادہ تیزی سے مسائل کو حل کر سکتے ہیں۔ لیکن پھر کوئی - اکثر نوجوان محقق ایون تانگ - ہوشیار نئے کلاسیکی الگورتھم لے کر آئے جو کوانٹم والوں کو پیچھے چھوڑ سکتے ہیں۔

اب، پریسکل سمیت طبیعیات دانوں کی ایک ٹیم ہو سکتی ہے۔ ابھی تک بہترین امیدوار ملا کوانٹم فائدہ کے لیے۔ بعض کوانٹم سسٹمز کی توانائی کا مطالعہ کرکے، انہوں نے ایک مخصوص اور مفید سوال دریافت کیا جس کا جواب دینا کوانٹم مشین کے لیے آسان ہے، لیکن پھر بھی کلاسیکل کے لیے مشکل ہے۔ "یہ کوانٹم الگورتھم تھیوری پر بڑی پیش رفت ہے،" نے کہا سرگئی براوی، IBM میں ایک نظریاتی طبیعیات دان اور کمپیوٹر سائنس دان۔ "ان کا نتیجہ کیمسٹری اور مادی علوم سے مطابقت رکھنے والے مسئلے کے لیے ایک کوانٹم فائدہ ہے۔"

محققین بھی پرجوش ہیں کہ نیا کام فزیکل سائنسز کے غیر متوقع نئے شعبوں کی کھوج کرتا ہے۔ چوئی نے کہا کہ "یہ نئی صلاحیت معیار کے لحاظ سے [شور کے مقابلے میں] مختلف ہے اور ممکنہ طور پر کوانٹم الگورتھم کی دنیا میں بہت سے نئے مواقع کھولتی ہے۔"

مسئلہ کا تعلق مختلف توانائی کی حالتوں میں کوانٹم سسٹمز (عام طور پر ایٹموں) کی خصوصیات سے ہے۔ جب ایٹم ریاستوں کے درمیان چھلانگ لگاتے ہیں تو ان کی خصوصیات بدل جاتی ہیں۔ وہ روشنی کا ایک خاص رنگ خارج کر سکتے ہیں، مثال کے طور پر، یا مقناطیسی بن سکتے ہیں۔ اگر ہم مختلف توانائی کی حالتوں میں نظام کی خصوصیات کی بہتر انداز میں پیش گوئی کرنا چاہتے ہیں، تو اس سے نظام کو سمجھنے میں مدد ملتی ہے جب یہ اپنی کم سے کم پرجوش حالت میں ہوتا ہے، جسے سائنسدان زمینی حالت کہتے ہیں۔

"بہت سے کیمیا دان، مادی سائنسدان اور کوانٹم طبیعیات دان زمینی حالتوں کو تلاش کرنے پر کام کر رہے ہیں،" کہا۔ رابرٹ ہوانگ، نئے مقالے کے مصنفین میں سے ایک اور Google Quantum AI کے ایک تحقیقی سائنسدان۔ "یہ انتہائی مشکل جانا جاتا ہے۔"

یہ اتنا مشکل ہے کہ ایک صدی سے زیادہ کام کے بعد، محققین کو ابھی تک پہلے اصولوں سے نظام کی زمینی حالت کا تعین کرنے کے لیے کوئی مؤثر کمپیوٹیشنل طریقہ نہیں ملا ہے۔ اور نہ ہی کوانٹم کمپیوٹر کے لیے ایسا کرنے کا کوئی طریقہ دکھائی دیتا ہے۔ سائنس دانوں نے یہ نتیجہ اخذ کیا ہے کہ کلاسیکی اور کوانٹم کمپیوٹرز دونوں کے لیے سسٹم کی زمینی حالت تلاش کرنا مشکل ہے۔

لیکن کچھ جسمانی نظام زیادہ پیچیدہ توانائی کی زمین کی تزئین کی نمائش کرتے ہیں۔ ٹھنڈا ہونے پر، یہ پیچیدہ نظام اپنی زمینی حالت میں نہیں، بلکہ قریبی کم توانائی کی سطح پر، جسے مقامی کم از کم توانائی کی سطح کے نام سے جانا جاتا ہے۔ (فزکس کے 2021 کے نوبل انعام کا ایک حصہ ایسے ہی نظاموں کے ایک سیٹ میں کام کرنے پر دیا گیا تھا، جسے گھماؤ شیشے.) محققین نے سوچنا شروع کیا کہ کیا نظام کی مقامی کم از کم توانائی کی سطح کا تعین کرنے کا سوال بھی عالمی سطح پر مشکل تھا۔

جوابات پچھلے سال سامنے آنا شروع ہوئے، جب چی فینگ (انتھونی) چن، حالیہ مقالے کے ایک اور مصنف نے ایک نیا تیار کرنے میں مدد کی۔ کوانٹم الگورتھم جو کوانٹم تھرموڈینامکس (جو حرارت، توانائی اور کوانٹم سسٹم پر کام کے اثرات کا مطالعہ کرتی ہے) کی تقلید کر سکتی ہے۔ ہوانگ نے کہا کہ "میرے خیال میں بہت سے لوگوں نے اس بارے میں [تحقیق] کی ہے کہ کوانٹم سسٹمز میں توانائی کی زمین کی تزئین کیسی نظر آتی ہے، لیکن پہلے اس کا تجزیہ کرنے کے لیے کوئی ٹول نہیں تھا۔" چن کے الگورتھم نے ایک ونڈو کھولنے میں مدد کی کہ یہ سسٹم کیسے کام کرتے ہیں۔

یہ دیکھ کر کہ نیا ٹول کتنا طاقتور تھا، ہوانگ اور لیو چاؤنئے مقالے کے چوتھے اور آخری مصنف نے اس کا استعمال کوانٹم کمپیوٹرز کے لیے نظام کی مقامی کم از کم توانائی کی حالت کا تعین کرنے کے لیے ایک طریقہ وضع کرنے کے لیے کیا، بجائے اس کے کہ مثالی زمینی حالت کا پیچھا کیا جا سکے۔ تلاش کر رہے تھے. "اب ہمارے پاس ایک مسئلہ ہے: توانائی کی مقامی مقدار تلاش کرنا، جو کلاسیکی طور پر اب بھی مشکل ہے، لیکن جسے ہم کہہ سکتے ہیں کہ مقدار کے لحاظ سے آسان ہے،" پریسکل نے کہا۔ "لہذا یہ ہمیں اس میدان میں ڈالتا ہے جہاں ہم کوانٹم فائدہ حاصل کرنا چاہتے ہیں۔"

Preskill کی قیادت میں، مصنفین نے نہ صرف نظام کی مقامی کم از کم توانائی کی حالت کا تعین کرنے کے لیے اپنے نئے نقطہ نظر کی طاقت کو ثابت کیا - کوانٹم فزکس کے میدان میں اہم پیش رفت - بلکہ یہ بھی ثابت کیا کہ یہ آخر کار ایک ایسا مسئلہ تھا جہاں کوانٹم کمپیوٹرز اپنی اہمیت دکھا سکتے تھے۔ ہوانگ نے کہا کہ "مقامی کم از کم تلاش کرنے کا مسئلہ کوانٹم فائدہ رکھتا ہے۔"

اور پچھلے امیدواروں کے برعکس، یہ شاید کسی نئے کلاسیکی الگورتھم کے ذریعے ختم نہیں کیا جائے گا۔ چوئی نے کہا، "[اس کا] نامکمل ہونے کا امکان نہیں ہے۔ پریسکل کی ٹیم نے بہت ہی قابل فہم مفروضے بنائے اور کچھ منطقی چھلانگیں لگائیں۔ اگر ایک کلاسیکل الگورتھم ایک جیسے نتائج حاصل کر سکتا ہے، تو اس کا مطلب ہے کہ طبیعیات دان بہت سی دوسری چیزوں کے بارے میں غلط ہیں۔ چوئی نے کہا، "یہ ایک چونکا دینے والا نتیجہ ہو گا۔ "میں اسے دیکھ کر بہت پرجوش ہوں گا، لیکن اس پر یقین کرنا بہت حیران کن ہوگا۔" نیا کام کوانٹم فائدہ کا مظاہرہ کرنے کے لئے ایک قابل اور امید افزا امیدوار پیش کرتا ہے۔

واضح ہونے کے لیے، نیا نتیجہ اب بھی نظریاتی نوعیت کا ہے۔ ایک حقیقی کوانٹم کمپیوٹر پر اس نئے نقطہ نظر کا مظاہرہ کرنا فی الحال ناممکن ہے۔ ایسی مشین بنانے میں وقت لگے گا جو مسئلہ کے کوانٹم فائدہ کو اچھی طرح جانچ سکے۔ تو Bravyi کے لیے، کام ابھی شروع ہوا ہے۔ "اگر آپ دیکھیں کہ پانچ سال پہلے کیا ہوا تھا، تو ہمارے پاس صرف چند کوبٹ کوانٹم کمپیوٹرز تھے، اور اب ہمارے پاس پہلے ہی سینکڑوں یا اس سے بھی 1,000-کوانٹم مشینیں موجود ہیں،" انہوں نے کہا۔ "یہ پیش گوئی کرنا بہت مشکل ہے کہ پانچ یا 10 سالوں میں کیا ہوگا۔ یہ ایک بہت ہی متحرک میدان ہے۔"

اصلاح: مارچ 12، 2024
کوانٹم فائدہ کے ساتھ کسی مسئلے کی تلاش کو مزید واضح طور پر بیان کرنے کے لیے اس مضمون میں ترمیم کی گئی ہے۔