کوانٹم کمپیوٹنگ کے صارفین کلاسیکی سپر کمپیوٹرز کے ساتھ کام کرتے ہیں: اوک رج لیب میں ٹریوس ہمبل کے ساتھ ایک انٹرویو

کیٹی ایلیس جونز کی طرف سے، ایڈیٹر، PillarQ

چونکہ ہائی پرفارمنس کمپیوٹنگ (HPC) کمیونٹی مستقبل کے نظاموں کو تیز کرنے کے حل کے لیے مور کے قانون کے دہانے سے باہر نظر آتی ہے، اس لیے سب سے آگے ایک ٹیکنالوجی کوانٹم کمپیوٹنگ ہے، جو ہر سال اربوں ڈالر کی عالمی R&D فنڈنگ ​​اکٹھی کر رہی ہے۔

شاید یہ کوئی تعجب کی بات نہیں ہے کہ HPC مراکز - بشمول Oak Ridge Leadership Computing Facility (OLCF)، دنیا کے پہلے exascale سپر کمپیوٹر کا گھر، Frontier - کوانٹم سسٹمز کو فائدہ اٹھانے اور آگے بڑھانے کے طریقے تلاش کر رہے ہیں۔

ٹینیسی میں اوک رج نیشنل لیبارٹری (ORNL) میں واقع ہے اور امریکی محکمہ توانائی (DOE) کی طرف سے مالی اعانت فراہم کی گئی ہے، OLCF کی کوانٹم کمپیوٹنگ یوزر پروگرام (QCUP) سائنس میں صارفین کو بڑے تجارتی کوانٹم کمپیوٹنگ سسٹم تک ریموٹ رسائی فراہم کرتا ہے۔ فی الحال، یہ پروگرام IBM کوانٹم سروسز اور Rigetti Quantum Cloud Services کے ساتھ ساتھ Quantinum trapped-ion کمپیوٹرز اور ایمولیٹرز سے مختلف سپر کنڈکٹنگ فن تعمیر تک رسائی فراہم کرتا ہے۔ یہ پروگرام IonQ ٹریپڈ آئن سسٹم تک رسائی کی تیاری بھی کر رہا ہے۔

اس سال ایک نئے اقدام میں, OLCF اور QCUP ایک ہائبرڈ ایلوکیشن پروگرام کے ذریعے کوانٹم اور HPC کو ملا رہے ہیں جو QCUP کے کوانٹم وینڈرز اور OLCF کے سپر کمپیوٹرز تک دوہری رسائی فراہم کرتا ہے۔

"QCUP کا مقصد ہمیں یہ سمجھنے میں مدد کرنا ہے کہ [کوانٹم] ٹیکنالوجی کس طرح ترقی کر رہی ہے اور ہمیں یہ پیشین گوئی کرنے میں مدد کرنا ہے کہ ہم کب اس ٹیکنالوجی کو اگلے HPC سسٹم کا حصہ بنانا چاہیں گے،" ٹریوس ہمبل، QCUP ڈائریکٹر نے کہا۔

ہمبل ORNL کے ڈائریکٹر بھی ہیں۔ کوانٹم سائنس سینٹرجس کی مالی اعانت ایک مختلف DOE پروگرام — نیشنل کوانٹم انفارمیشن سائنس ریسرچ سینٹرز — کے ذریعے کی جاتی ہے لیکن کوانٹم ریسرچ اور ڈیولپمنٹ میں اوورلیپنگ دلچسپیوں کا اشتراک کرتا ہے۔ وہ "کوانٹم کمپیوٹنگ: ایک مستقبل برائے HPC ایکسلریشن؟" کے پینلسٹ ہوں گے۔ پر SC22 (دی انٹرنیشنل کانفرنس برائے ہائی پرفارمنس کمپیوٹنگ، نیٹ ورکنگ، اسٹوریج، اور تجزیہ) جمعہ 18 نومبر کو۔

ہمبل نے کہا کہ QCUP یہ دریافت کرنے کے لیے کوانٹم کمپیوٹنگ سسٹمز کی ایک رینج پیش کرتا ہے جو کچھ مسائل کے لیے بہترین کام کرتا ہے اور یہ کہ کلاسیکل کمپیوٹنگ اس ریسرچ کا ایک حصہ ہے۔ "ہم ابھی تک یہ نہیں جانتے کہ بہترین ہارڈ ویئر اور ایپلی کیشنز کیسے مماثل ہوں گی۔ کوانٹم کمپیوٹنگ، ایک نظریہ کے طور پر، ہمیں ایک بالکل نیا کھیل کا میدان فراہم کرتا ہے جس میں حساب کو آزمانا، سائنسی دریافتوں کو مطلع کرنا، لہذا یہ ان مسائل کی اقسام کو تبدیل کرتا ہے جن کا ہم اصل میں شمار کر سکتے ہیں۔ ایک سپر کمپیوٹر طاقتور ہے — لیکن یہ بھی محدود ہے۔ ہائبرڈ دونوں جہانوں میں سے بہترین لیتا ہے۔

تاہم، انہوں نے خبردار کیا کہ فی الحال بہت سی ایپلی کیشنز دونوں آلات کا اچھا استعمال نہیں کرتی ہیں، اور QCUP کے نئے کوانٹم کلاسیکل ہائبرڈ مختص کا مقصد ایسی ایپلی کیشنز کو تلاش کرنا ہے جو دونوں پر اچھی طرح چلتی ہیں۔

فرنٹیئر سپر کمپیوٹر

QCUP کے تقریباً 250 صارفین ہیں اور یہ 2016 سے ایک اندرونی لیبارٹری پروگرام سے موجودہ صارف پروگرام تک تیار ہوا ہے۔ DOE کے ایڈوانسڈ سائنٹیفک کمپیوٹنگ ریسرچ (ASCR) پروگرام کے زیر اہتمام، کوانٹم یوزر پروگرام نے ASCR کی لیڈر شپ کمپیوٹنگ سہولیات کے طور پر وہی HPC صارف ماڈل اپنایا، جو کمپیوٹنگ سسٹم پر وقت مختص کرنے کے لیے ممکنہ اثرات اور میرٹ کے لیے سائنسی تجاویز کا جائزہ لیتے ہیں۔

ہمبل نے کہا، "ہم فزیبلٹی تلاش کر رہے ہیں- کیا وہ کسی ایسے مسئلے کو حل کرنے کی کوشش کر رہے ہیں جو کوانٹم کمپیوٹر پر بھی فٹ ہو جائے اور تکنیکی تیاری اور اطلاق،" ہمبل نے کہا۔

انہوں نے کہا کہ QCUP صارف کی مدد میں ایک سائنس انگیجمنٹ ٹیم شامل ہے جو محققین کو ان کے کوڈ کو پورٹ کرنے میں مدد کرتی ہے، حالانکہ ماضی میں بہت سے صارفین "ماہر کوانٹم صارفین" رہے ہیں۔ "انہوں نے پروگرام لکھے ہیں اور جانے کے لیے تیار ہیں۔"

بہت سے صارفین سائنسی پروگراموں سے آتے ہیں جن کے تحقیقی تعلق کوانٹم سے ہے، جیسے کہ ہائی انرجی اور نیوکلیئر فزکس اور فیوژن انرجی۔ مثال کے طور پر، لارنس برکلے نیشنل لیبارٹری کی قیادت میں ایک ٹیم نے QCUP وسائل کا استعمال کیا۔ آپس میں ٹکرانے والے دو پروٹون کے ایک حصے کی نقل بنائیں، طبیعیات کے حسابات کو کلاسیکی بمقابلہ کوانٹم کمپیوٹنگ کے لیے بہترین موزوں میں توڑنا تاکہ کوانٹم اثرات کو شامل کیا جا سکے جو کہ ایک کلاسیکل کمپیوٹر بصورت دیگر تخمینہ لگائے گا۔

"اب تک، طبیعیات کی سب سے زیادہ موجودگی ہے۔ دوسرا ممکنہ طور پر کمپیوٹر سائنس ہے، جس میں تعمیراتی ٹولز شامل ہیں جو کوانٹم کمپیوٹر کی بہتر کارکردگی کو قابل بناتے ہیں،" ہمبل نے کہا۔

ایک اور QCUP پروجیکٹ میں، شکاگو یونیورسٹی اور Argonne نیشنل لیبارٹری کے محققین کی قیادت میں ایک ٹیم نقلی کوانٹم اسپن نقائصکوانٹم کمپیوٹرز میں انکوڈنگ معلومات کے لیے ایپلی کیشنز کے ساتھ۔ اس معاملے میں، انہوں نے اپنے کوانٹم کمپیوٹیشن میں غلطیوں کو درست کرنے اور کم کرنے کے لیے کلاسیکی حسابات کا استعمال کیا۔

مصنوعی ذہانت (AI) کلاسیکی اور کوانٹم کمپیوٹنگ کے انٹرفیس پر بھی نظر آتی ہے۔ ہمبل نے کہا کہ کمپیوٹر سائنس کے کچھ منصوبوں کا مقصد AI اور مشین لرننگ ورک فلو کو تیز کرنے کے لیے کوانٹم کمپیوٹنگ کا استعمال کرنا ہے یا AI سے تیار کردہ ڈیٹا میں کوانٹم مخصوص معلومات کو ننگا کرنا ہے۔

اگرچہ یہ پروگرام HPC صارف کی سہولت کے ذریعے کوانٹم کمپیوٹرز تک رسائی فراہم کرتا ہے، لیکن یہ کمپیوٹر HPC سسٹمز کے ساتھ مربوط نہیں ہیں۔ QCUP کے حتمی اہداف میں سے ایک کوانٹم اور HPC نظاموں کو جوڑنا ہے، لیکن اس میں قریب المدت رکاوٹیں ہیں۔

"ابھی رکاوٹ کا ایک حصہ یہ ہے کہ کوانٹم کمپیوٹنگ اتنی جلدی ہے۔ اگر آپ دیکھیں کہ آج کل کوانٹم کمپیوٹر کیا ہے، تو 6 ماہ میں، اس کی جگہ کوئی نئی چیز لے جائے گا،" ہمبل نے کہا۔

تکنیکی نقطہ نظر سے، کوانٹم کمپیوٹرز کو اب بھی خصوصی دیکھ بھال کی ضرورت ہوتی ہے اور وہ ابھی تک HPC کی کارکردگی کا مقابلہ نہیں کر سکتے۔ صارف کے نقطہ نظر سے، تربیتی رکاوٹوں نے زیادہ تر کوانٹم کمپیوٹنگ کوانٹم ماہرین کے حوالے کر دیا ہے۔

ہمبل نے کہا کہ "کوانٹم کمپیوٹنگ کا استعمال شروع کرنے کے لیے آپ کو جس تربیتی مواد کی ضرورت ہے وہ بھی ابتدائی دور میں ہے۔" "HPC کے صارفین کی اکثریت کے لیے جو کوانٹم اپنانا چاہتے ہیں، ہمیں ان کے لیے تربیتی وسائل پیدا کرنے ہوں گے۔"

اگرچہ بہت سے HPC-کوانٹم تعاون ابھی بھی اپنے ابتدائی دنوں میں ہیں، لیکن دیگر HPC مراکز میں QCUP اور کوانٹم پروجیکٹس جیسے پروگراموں کے تجربات مستقبل میں HPC-کوانٹم انضمام کے لیے اسٹیج طے کرنے میں مدد کر سکتے ہیں۔

کیٹی ایلیس جونز تحقیقی خبروں کی اشاعت کی بانی اور ایڈیٹر ہیں۔ ستون کیو.