کوانٹم چپ ایک کام کرنے میں مائیکرو سیکنڈ لیتی ہے جس پر ایک سپر کمپیوٹر 9,000 سال گزارے گا۔

کیا کوانٹم کمپیوٹر اوور ہائپڈ ہیں؟

ایک نئی تحقیق in فطرت، قدرت کہتا ہے نہیں ٹورنٹو، کینیڈا میں واقع کمپنی Xanadu کی طرف سے تیار کردہ ایک چالاکی سے ڈیزائن کردہ کوانٹم ڈیوائس نے روایتی کمپیوٹرز کو ایک بینچ مارک ٹاسک پر ختم کر دیا جس میں بصورت دیگر 9,000 سال لگیں گے۔

کوانٹم چپ بوریالیس کے لیے، 36 کے اندر جوابات آئے مائکرو.پر.

کوانٹم کی طاقت کو ظاہر کرنے کے لیے Xanadu کی کامیابی تازہ ترین ہے۔ کمپیوٹنگ روایتی کمپیوٹرز پر - ایک بظاہر آسان خیال جسے کوانٹم فائدہ کہا جاتا ہے۔

نظریاتی طور پر، تصور معنی رکھتا ہے. روایتی کمپیوٹرز کے برعکس، جو بائنری بٹس—0 یا 1—کوانٹم ڈیوائسز کا استعمال کرتے ہوئے ترتیب سے حساب لگاتے ہیں، کوانٹم دنیا کی عجیب و غریب کیفیت میں ٹیپ کرتے ہیں، جہاں 0 اور 1 دونوں ایک ہی وقت میں مختلف امکانات کے ساتھ موجود ہو سکتے ہیں۔ اعداد و شمار کو qubits میں پروسیس کیا جاتا ہے، یہ ایک غیر متزلزل یونٹ ہے جو اپنی منفرد طبیعیات کی بدولت بیک وقت متعدد حسابات انجام دیتا ہے۔

ترجمہ؟ ایک کوانٹم کمپیوٹر ایک انتہائی موثر ملٹی ٹاسک کی طرح ہوتا ہے، جبکہ روایتی کمپیوٹر کہیں زیادہ لکیری ہوتے ہیں۔ جب ایک ہی مسئلہ دیا جائے تو، ایک کوانٹم کمپیوٹر کسی کو بھی ٹالنے کے قابل ہونا چاہیے۔ سپر کمپیوٹر رفتار اور کارکردگی کے لحاظ سے کسی بھی مسئلے میں۔ خیال، جسے "کوانٹم بالادستی" کا نام دیا گیا ہے، کمپیوٹرز کی نئی نسل کو پہلے سے بنائی گئی کسی بھی چیز سے مکمل طور پر اجنبی بنانے کا محرک رہا ہے۔

مسئلہ؟ کوانٹم بالادستی ثابت کرنا انتہائی مشکل ہے۔ چونکہ کوانٹم ڈیوائسز تیزی سے زیادہ حقیقی دنیا کے مسائل کو حل کرنے کے لیے لیب سے نکل رہی ہیں، سائنسدان ایک انٹرمیڈیٹ بینچ مارک کو اپنا رہے ہیں: کوانٹم فائدہ، جو یہ خیال ہے کہ ایک کوانٹم کمپیوٹر روایتی کو صرف ایک کام پر ہرا سکتا ہے۔

2019 میں واپس ، گوگل انٹرنیٹ توڑ دیا کوانٹم کمپیوٹر، سائکامور کی پہلی مثال پیش کرتے ہوئے، 200 کوئبٹس کے ساتھ صرف 54 سیکنڈ میں ایک کمپیوٹیشنل مسئلہ کو حل کرنا - روایتی سپر کمپیوٹر کے 10,000 سال کے تخمینہ کے مقابلے۔ ایک چینی ٹیم جلد ہی کوانٹم کمپیوٹیشنل فائدے کی دوسری دلچسپ نمائش کے ساتھ، مشین نے جوابات تھوک دیے جس میں ایک سپر کمپیوٹر کو دو بلین سال لگیں گے۔

پھر بھی ایک اہم سوال باقی ہے: کیا ان کوانٹم ڈیوائسز میں سے کوئی بھی عملی استعمال کے لیے تیار ہونے کے قریب ہے؟

ایک سخت ری ڈیزائن

یہ بھولنا آسان ہے کہ کمپیوٹرز فزکس پر انحصار کرتے ہیں۔ ہمارا موجودہ نظام، مثال کے طور پر، اس میں ٹیپ کرتا ہے۔ برقی اور چالاکی سے ڈیزائن کیا گیا۔ چپس ان کے افعال کو انجام دینے کے لئے. کوانٹم کمپیوٹرز ایک جیسے ہیں، لیکن وہ متبادل ذرہ طبیعیات پر انحصار کرتے ہیں۔ کوانٹم مشینوں کی ابتدائی نسلیں نازک، چمکتے فانوس کی طرح نظر آتی تھیں۔ ایک کمپیکٹ اسمارٹ فون چپ کے مقابلے میں بالکل خوبصورت ہونے کے باوجود، وہ مکمل طور پر ناقابل عمل بھی ہیں۔ مداخلت کو کم کرنے اور کمپیوٹر کی افادیت کو بڑھانے کے لیے ہارڈ ویئر کو اکثر سختی سے کنٹرول شدہ آب و ہوا کی ضرورت ہوتی ہے - مثال کے طور پر، مطلق صفر درجہ حرارت کے قریب۔

کوانٹم کمپیوٹنگ کا بنیادی تصور یکساں ہے: کوبٹس ڈیٹا کو سپرپوزیشن میں پروسیسنگ کرتا ہے، ایک کوانٹم فزکس نرالا جو انہیں ایک ہی وقت میں 0s، 1s، یا دونوں کو انکوڈ کرنے کی اجازت دیتا ہے۔ خیال کی حمایت کرنے والا ہارڈ ویئر بہت مختلف ہے۔

مثال کے طور پر، گوگل کا سائکامور، سپر کنڈکٹنگ میٹل لوپس کا استعمال کرتا ہے—ایک سیٹ اپ جو آئی بی ایم سمیت دیگر ٹیک جنات میں مقبول ہے، جس نے ایگل متعارف کرایا، ایک طاقتور 127 کیوبٹ کوانٹم چپ 2021 میں یہ ایک چوتھائی کے سائز کے برابر ہے۔ کمپنیوں کی طرف سے دیگر تکرارات جیسے ہنیویل اور IonQ نے کوانٹم کمپیوٹنگ کے لیے ان کے بنیادی ماخذ کے طور پر، ایک مختلف طریقہ اختیار کیا، جس میں آئنوں میں ٹیپ کیا گیا—ایک یا زیادہ الیکٹران کے ساتھ ایٹموں کو ہٹا دیا گیا۔

ایک اور خیال فوٹون، یا روشنی کے ذرات پر انحصار کرتا ہے۔ یہ پہلے ہی کارآمد ثابت ہو چکا ہے: کوانٹم فائدہ کا چینی مظاہرہ، مثال کے طور پر، فوٹوونک ڈیوائس کا استعمال کیا گیا۔ لیکن اس خیال کو بھی عملی حل کے بجائے کوانٹم کمپیوٹنگ کی طرف محض ایک قدم کے طور پر چھوڑ دیا گیا ہے، بڑی حد تک انجینئرنگ اور سیٹ اپ میں مشکلات کی وجہ سے۔

فوٹوونک انقلاب

Xanadu کی ٹیم نے ناقدین کو غلط ثابت کیا۔ نئی چپ، بوریالیس، چینی مطالعہ میں معمولی طور پر اس سے ملتی جلتی ہے جس میں یہ حساب کے لیے فوٹانز کا استعمال کرتا ہے — نہ کہ سپر کنڈکٹنگ مواد یا آئنز —۔

لیکن اس کا ایک بہت بڑا فائدہ ہے: یہ قابل پروگرام ہے۔ "پچھلے تجربات عام طور پر جامد نیٹ ورکس پر انحصار کرتے تھے، جس میں ہر جزو کو ایک بار من گھڑت طے کیا جاتا ہے،" وضاحت کی برازیل میں ریو ڈی جنیرو کی فیڈرل فلومینینس یونیورسٹی میں ڈاکٹر ڈینیئل جوسٹ بروڈ، جو اس مطالعے میں شامل نہیں تھے۔ چینی مطالعہ میں پہلے کوانٹم فائدہ کے مظاہرے میں ایک جامد چپ کا استعمال کیا گیا تھا۔ تاہم، بوریالیس کے ساتھ، آپٹیکل عناصر "تمام آسانی سے پروگرام کیے جاسکتے ہیں"، جس سے یہ ایک واحد استعمال کے آلے سے کم اور ایک حقیقی کمپیوٹر زیادہ سے زیادہ مسائل کو حل کرنے کی صلاحیت رکھتا ہے۔ (کوانٹم کھیل کا میدان ہے۔ کلاؤڈ پر دستیاب ہے۔ سائن اپ کرنے کے بعد کسی کو بھی تجربہ کرنے اور دریافت کرنے کے لیے۔)

بروڈ نے کہا کہ چپ کی لچک ایک ذہین ڈیزائن اپ ڈیٹ سے آتی ہے، ایک "جدید اسکیم [جو] متاثر کن کنٹرول اور اسکیلنگ کی صلاحیت پیش کرتی ہے،" بروڈ نے کہا۔

ٹیم نے بلائے گئے ایک مسئلے پر قابو پالیا گاوسی بوسن کے نمونے لینے، کوانٹم کمپیوٹنگ کی صلاحیت کا جائزہ لینے کے لیے ایک بینچ مارک۔ ٹیسٹ، اگرچہ کمپیوٹیشنل طور پر غیر معمولی طور پر مشکل ہے، حقیقی دنیا کے مسائل پر زیادہ اثر نہیں ڈالتا ہے۔ تاہم، شطرنج یا AI کارکردگی کی پیمائش کے لیے Go کی طرح، یہ کوانٹم کمپیوٹنگ کی کارکردگی کو جانچنے کے لیے ایک غیر جانبدار جج کے طور پر کام کرتا ہے۔ یہ ایک قسم کا "گولڈ اسٹینڈرڈ" ہے: "گاوسی بوسن سیمپلنگ ایک اسکیم ہے جو کلاسیکی کمپیوٹرز پر کوانٹم ڈیوائسز کے فوائد کو ظاہر کرنے کے لیے بنائی گئی ہے،" بروڈ نے وضاحت کی۔

سیٹ اپ ایک ہارر مووی میں کارنیول فن ہاؤس آئینے کے خیمے کی طرح ہے۔ روشنی کی خاص حالتیں (اور فوٹان) — جسے دل لگی سے کہا جاتا ہےنچوڑا ریاستیں"بیم سپلٹرز کے نیٹ ورک کے ساتھ سرایت شدہ چپ پر سرنگ کر رہے ہیں۔ ہر بیم سپلٹر ایک نیم عکاس آئینے کی طرح کام کرتا ہے: روشنی کے ٹکرانے کے طریقے پر منحصر ہے، یہ متعدد بیٹیوں میں تقسیم ہو جاتا ہے، جن میں سے کچھ پیچھے کی عکاسی کرتی ہیں اور باقی گزرتی ہیں۔ contraption کے آخر میں فوٹوون ڈیٹیکٹرز کی ایک صف ہے۔ جتنے زیادہ بیم سپلٹرز ہوں گے، اتنا ہی زیادہ مشکل یہ حساب لگانا ہوگا کہ کوئی بھی انفرادی فوٹوون کسی بھی ڈیٹیکٹر پر کیسے ختم ہوگا۔

ایک اور تصور کے طور پر: ایک بین مشین کی تصویر بنائیں، شیشے میں بند ایک کھونٹی سے جڑا ہوا بورڈ۔ کھیلنے کے لیے، آپ سب سے اوپر والے کھونٹے میں ایک پک ڈالتے ہیں۔ جیسے ہی پک گرتا ہے، یہ تصادفی طور پر مختلف کھونٹوں سے ٹکراتا ہے، آخر کار ایک نمبر والی جگہ پر اترتا ہے۔

Gaussian Boson سیمپلنگ پکس کو فوٹون سے بدل دیتا ہے، جس کا مقصد یہ معلوم کرنا ہے کہ کون سا فوٹوون کس ڈیٹیکٹر سلاٹ میں اترتا ہے۔ کوانٹم خصوصیات کی وجہ سے، ممکنہ نتیجے میں تقسیم تیزی سے بڑھتی ہے، تیزی سے کسی بھی سپر کمپیوٹر کی طاقت کو پیچھے چھوڑ دیتی ہے۔ یہ ایک بہترین بینچ مارک ہے، بروڈ نے وضاحت کی، بڑی حد تک کیونکہ ہم بنیادی طبیعیات کو سمجھتے ہیں، اور سیٹ اپ سے پتہ چلتا ہے کہ چند سو فوٹون بھی سپر کمپیوٹرز کو چیلنج کر سکتے ہیں۔

چیلنج کو قبول کرتے ہوئے، نئے مطالعہ نے ایک قابل تعریف 216 کیوبٹس کے ساتھ فوٹوونک کوانٹم ڈیوائس کا دوبارہ تصور کیا۔ کلاسک ڈیزائنوں سے متصادم، ڈیوائس نے پچھلے معیار کی سمت کے بجائے آنے والے وقت کے ڈبوں میں فوٹوون کا حساب لگایا۔ چال یہ تھی کہ آپٹیکل ریشوں کے لوپس کو فوٹان میں تاخیر کرنے کے لیے متعارف کرایا جائے تاکہ وہ کوانٹم کمپیوٹیشن کے لیے اہم مخصوص مقامات پر مداخلت کر سکیں۔

ان موافقت کی وجہ سے بڑے پیمانے پر سلمڈ ڈاون ڈیوائس بن گئی۔ بیم سپلٹرز کے معمول کے بڑے نیٹ ورک کو - عام طور پر فوٹوون کمیونیکیشنز کے لیے درکار ہوتا ہے - کو گھٹا کر صرف تین کیا جا سکتا ہے تاکہ فوٹان کے لیے کام کی تعامل اور حساب کتاب کرنے کے لیے تمام ضروری تاخیر کو ایڈجسٹ کیا جا سکے۔ لوپ ڈیزائن، دیگر اجزاء کے ساتھ، "آسانی سے قابل پروگرام" بھی ہیں کہ ایک بیم اسپلٹر کو حقیقی وقت میں ٹھیک بنایا جا سکتا ہے- جیسے کمپیوٹر کوڈ میں ترمیم کرنا، لیکن ہارڈ ویئر کی سطح پر۔

ٹیم نے اس بات کی تصدیق کرتے ہوئے کہ آؤٹ پٹ ڈیٹا درست تھا۔

ابھی کے لیے، ایسے مطالعات جو قابل اعتماد طور پر کوانٹم کی بالادستی کو ظاہر کرتے ہیں نایاب ہیں۔ روایتی کمپیوٹرز میں نصف صدی کا آغاز ہوتا ہے۔ جیسا کہ الگورتھم روایتی کمپیوٹرز پر تیار ہوتے رہتے ہیں—خاص طور پر وہ جو طاقتور AI-مرکوز چپس میں ٹیپ کرتے ہیں یا نیورومورفک کمپیوٹنگ ڈیزائنز - وہ آسانی سے کوانٹم ڈیوائسز سے بھی آگے نکل سکتے ہیں، جس سے انہیں پکڑنے کے لیے جدوجہد کرنا پڑتی ہے۔

لیکن پیچھا کرنے کا یہی مزہ ہے۔ "کوانٹم فائدہ ایک اچھی طرح سے طے شدہ حد نہیں ہے، میرٹ کے ایک اعداد و شمار پر مبنی ہے۔ اور جیسے جیسے تجربات ترقی کرتے ہیں، اسی طرح ان کی تقلید کی تکنیکیں بھی آئیں گی — ہم مستقبل قریب میں ریکارڈ ترتیب دینے والے کوانٹم ڈیوائسز اور کلاسیکی الگورتھم کی توقع کر سکتے ہیں کہ وہ ٹاپ پوزیشن کے لیے ایک دوسرے کو چیلنج کرنے کے لیے موڑ لیں گے۔

"شاید یہ کہانی کا اختتام نہ ہو،" اس نے جاری رکھا۔ لیکن نیا مطالعہ "اس دوڑ میں کوانٹم فزکس کے لیے ایک چھلانگ ہے۔"

تصویری کریڈٹ: جیرالٹ / 24493 تصاویر

• سکے سمارٹ۔ یورپ کا بہترین بٹ کوائن اور کرپٹو ایکسچینج۔
• پلیٹو بلاک چین۔ Web3 Metaverse انٹیلی جنس۔ علم میں اضافہ۔ مفت رسائی۔
• کرپٹو ہاک۔ Altcoin ریڈار. مفت جانچ.
• ماخذ: https://singularityhub.com/2022/06/07/a-photonic-quantum-device-took-microseconds-to-do-a-task-a-conventional-computer-would-spend-9000-years- پر/