کوانٹم طبیعیات دانوں نے اکتوبر میں جشن منایا جب نوبل کمیٹی نے اے طویل انتظار ایلین اسپیکٹ، جان کلوزر اور اینٹون زیلنگر کو ان کی پیش قدمی کے لیے طبیعیات کا انعام کوانٹم الجھن پر تحقیق. لیکن کمیونٹی یقینی طور پر اپنے ناموں پر آرام نہیں کر رہی ہے، اور 2022 میں بہت سی دوسری دلچسپ پیشرفتوں کے ساتھ، صرف چند جھلکیاں چننا مشکل ہے۔ بہر حال، یہاں کچھ نتائج ہیں جو کوانٹم سینسنگ، کوانٹم انفارمیشن، کوانٹم کمپیوٹنگ، کوانٹم کرپٹوگرافی اور بنیادی کوانٹم سائنس کے شعبوں میں ہمارے لیے نمایاں ہیں۔
کوانٹم میکانکس میں، ڈی لوکلائزیشن کا اصول یہ بتاتا ہے کہ ایک کوانٹم پارٹیکل، کچھ ہاتھ لہراتی معنوں میں، ایک ہی وقت میں متعدد جگہوں پر ہو سکتا ہے۔ اس دوران الجھنے کا اصول یہ بتاتا ہے کہ کوانٹم ذرات ایک ایسے کنکشن کا تجربہ کرتے ہیں جو ایک ذرے کی حالت کو دوسرے ذرے کا تعین کرنے کی اجازت دیتا ہے، یہاں تک کہ وسیع فاصلوں پر بھی۔ نومبر میں، امریکی ریاست کولوراڈو میں JILA کے طبیعیات دانوں نے شور کو دبانے کے لیے الجھاؤ اور ڈی لوکلائزیشن کے امتزاج کا استعمال کیا جس نے پہلے نام نہاد کوانٹم کی حد سے نیچے کی رفتار کو محسوس کرنا ناممکن بنا دیا تھا۔ یہ حد انفرادی ذرات کے کوانٹم شور سے طے کی گئی ہے، اور یہ کوانٹم سینسر کی درستگی پر طویل عرصے سے ایک اہم رکاوٹ رہی ہے۔ اس طرح اس پر قابو پانا ایک اہم قدم ہے۔
ایک نیٹ ورک میں ایک نوڈ سے دوسرے کو کوانٹم معلومات بھیجنا آسان نہیں ہے۔ اگر آپ آپٹیکل فائبر کے نیچے بھیجے گئے فوٹونز میں موجود معلومات کو انکوڈ کرتے ہیں تو، فائبر میں ہونے والے نقصانات سگنل کی مخلصی کو ختم کر دیتے ہیں جب تک کہ یہ پڑھنے کے قابل نہ ہو جائے۔ اگر آپ اس کے بجائے براہ راست معلومات کو ٹیلی پورٹ کرنے کے لیے کوانٹم اینگلمنٹ کا استعمال کرتے ہیں، تو آپ دوسرے عمل کو متعارف کراتے ہیں جو، افسوس، سگنل کو بھی کم کر دیتے ہیں۔ نیدرلینڈز میں QuTech میں طبیعیات دان کے طور پر، نیٹ ورک میں ایک تیسرا نوڈ شامل کرنا 2021 میں کیا۔، صرف کام کو زیادہ مشکل بناتا ہے۔ یہی وجہ ہے کہ یہ اتنا متاثر کن ہے کہ QuTech کے محققین نے ایک انٹرمیڈیٹ نوڈ (باب) کے ذریعے بھیجنے والے (ایلس) سے وصول کنندہ (چارلی) کو کوانٹم معلومات ٹیلی پورٹ کرکے اپنی سابقہ کامیابی کی پیروی کی۔ اگرچہ ایلس-باب-چارلی ٹرانسمیشن کی وفاداری صرف 71% تھی، جو کہ 2/3 کی کلاسیکی حد سے زیادہ ہے، اور اسے حاصل کرنے کے لیے محققین کو کئی چیلنجنگ تجربات کو یکجا کرنے اور بہتر بنانے کی ضرورت تھی۔ کیا ڈیو، ایڈنا اور فریڈ نوڈس 2023 میں نیٹ ورک میں شامل ہوں گے؟ ہم دیکھیں گے!
اگر اس فہرست میں پہلی دو جھلکیوں سے یہ واضح نہیں تھا، شور کوانٹم سائنس میں ایک بہت بڑا مسئلہ ہے۔ یہ کمپیوٹنگ کے لیے اتنا ہی سچ ہے جتنا کہ یہ سینسنگ اور کمیونیکیشن کے لیے ہے، یہی وجہ ہے کہ شور سے پیدا ہونے والی ان غلطیوں کو درست کرنا بہت ضروری ہے۔ طبیعیات دانوں نے بنایا کئی پیش رفت اس محاذ پر 2022 میں، لیکن ایک سب سے اہم مئی میں سامنے آیا جب یونیورسٹی آف انسبرک، آسٹریا اور جرمنی کی آر ڈبلیو ٹی ایچ ایچن یونیورسٹی کے محققین نے پہلی بار غلطی برداشت کرنے والے کوانٹم آپریشنز کے مکمل سیٹ کا مظاہرہ کیا۔ ان کا آئن ٹریپ کوانٹم کمپیوٹر ہر منطقی کوئبٹ بنانے کے لیے سات فزیکل کیوبٹس کا استعمال کرتا ہے، نیز سسٹم میں خطرناک غلطیوں کی موجودگی کا اشارہ دینے کے لیے "پرچم" کوئبٹس۔ اہم طور پر، سسٹم کے غلطی سے تصحیح شدہ ورژن نے آسان غیر درست شدہ ورژن سے بہتر کارکردگی کا مظاہرہ کیا، جو تکنیک کے امکانات کو واضح کرتا ہے۔
معلومات کی حفاظت کوانٹم کریپٹوگرافی کا یو ایس پی ہے، لیکن معلومات صرف اتنی ہی محفوظ ہوتی ہیں جتنی اس سلسلہ میں سب سے کمزور لنک۔ کوانٹم کی ڈسٹری بیوشن (QKD) میں، ایک ممکنہ کمزور لنک چابیاں بھیجنے اور وصول کرنے کے لیے استعمال ہونے والے آلات ہیں، جو روایتی ہیکس (جیسے کوئی نوڈ میں توڑ پھوڑ اور سسٹم کے ساتھ چھیڑ چھاڑ) کا خطرہ رکھتے ہیں، حالانکہ چابیاں خود اس کے خلاف محفوظ ہیں۔ کوانٹم والے ایک متبادل ڈیوائس سے آزاد QKD (DIQKD) کا استعمال کرنا ہے، جو فوٹوون کے جوڑوں میں بیل کی عدم مساوات کی پیمائش کا استعمال کرتا ہے تاکہ اس بات کی تصدیق کی جا سکے کہ کلیدی نسل کے عمل کو دھوکہ نہیں دیا گیا ہے۔ جولائی میں، محققین کے دو آزاد گروپوں نے پہلی بار تجرباتی طور پر DIQKD کا مظاہرہ کیا - ایک معاملے میں آٹھ گھنٹے کے عرصے میں 1.5 ملین الجھے ہوئے بیل جوڑے بنا کر اور ان کا استعمال کرتے ہوئے مشترکہ کلید 95 884 بٹس لمبا بنایا۔ اگرچہ DIQKD کو حقیقی دنیا کے خفیہ کردہ نیٹ ورکس کے لیے عملی بنانے کے لیے کلیدی جنریشن کی شرح زیادہ ہونے کی ضرورت ہے، لیکن اصول کا ثبوت شاندار ہے۔
اس جھلکیوں کی فہرست میں دوسرے الجھے ہوئے ذرات سب ایک جیسے ہیں: دوسرے فوٹون کے ساتھ الجھے ہوئے فوٹون، دوسرے آئنوں کے ساتھ آئن، دوسرے ایٹموں کے ساتھ ایٹم۔ لیکن کوانٹم تھیوری میں ایسی کوئی چیز نہیں ہے جو اس قسم کی ہم آہنگی کا مطالبہ کرتی ہو، اور "ہائبرڈ" کوانٹم ٹیکنالوجیز کی ابھرتی ہوئی نئی کلاس دراصل چیزوں کو ملانے پر انحصار کرتی ہے۔ کی قیادت میں محققین درج کریں ارمین فیسٹ جرمنی میں میکس پلانک انسٹی ٹیوٹ فار ملٹی ڈسپلنری سائنسز کے، جنہوں نے اگست میں دکھایا تھا کہ وہ انگوٹھی کے سائز کے آپٹیکل مائیکرو ریزونیٹر اور ہائی انرجی الیکٹرانوں کی ایک شہتیر کا استعمال کرتے ہوئے ایک الیکٹران اور فوٹوون کو الجھا سکتے ہیں جو رنگ کو ٹینجنٹ سے گزرتا ہے۔ اس تکنیک میں کوانٹم پروسیس کے لیے ایپلی کیشنز ہیں جسے "ہیرالڈنگ" کہا جاتا ہے جس میں الجھے ہوئے جوڑے میں ایک ذرہ کا پتہ لگانا اس بات کی نشاندہی کرتا ہے کہ دوسرا ذرہ کوانٹم سرکٹ میں استعمال کے لیے دستیاب ہے - اس بات کی ایک بہترین مثال کہ آج کی بنیادی ترقی کل کی اختراعات کو کس طرح آگے بڑھاتی ہے۔
کوانٹم عجیب و غریب پن کا ایک بیگ
آخر میں، جیسا کہ روایتی ہے (ہم نے یہ کر لیا ہے۔ میں دو بارلہذا یہ ایک روایت ہے)، کوانٹم ہائی لائٹس کی کوئی بھی فہرست ان تمام چیزوں کی منظوری کے بغیر مکمل نہیں ہوتی جو میدان میں عجیب و غریب اور ذہن کو حیران کر دیتے ہیں۔ تو آئیے اسے امریکی محققین کے لئے سنتے ہیں جنہوں نے کوانٹم پروسیسر استعمال کیا۔ اسپیس ٹائم میں ورم ہول کے ذریعے معلومات کے ٹیلی پورٹیشن کی تقلید کریں۔; اٹلی اور فرانس میں ایک گروپ جس نے سخت نمبر لگائے غیر امتیازی فوٹونز کی غیر امتیازی صلاحیت; ایک بین الاقوامی ٹیم جس نے کلاسیکی وجہ کی کوانٹم خلاف ورزیوں کا استعمال کیا۔ وجہ اور اثر کی نوعیت کو بہتر طور پر سمجھنا; اور یونیورسٹی آف ایڈنبرا، برطانیہ میں طبیعیات دانوں کی ایک نڈر جوڑی، جس نے ظاہر کیا کہ کوانٹم سگنلز کے لیے ایک اچھا طریقہ ہو گا۔ رابطہ قائم کرنے کے لیے تکنیکی طور پر ترقی یافتہ اجنبی انٹرسٹیلر فاصلوں پر۔ کوانٹم کو عجیب رکھنے کا شکریہ!
