ہیرے کے کرسٹل میں انفرادی الیکٹرانک اور جوہری گھماؤ کو حل کرنے کی ایک تکنیک جاپان میں محققین نے تیار کی ہے۔ یہ اسکیم آپٹیکل اور مائیکرو ویو کے عمل کو یکجا کرتی ہے اور کوانٹم معلومات کے ذخیرہ اور پروسیسنگ کے لیے بڑے پیمانے پر نظام کی تخلیق کا باعث بن سکتی ہے۔
کچھ ٹھوس ریاست کے کرسٹل میں الیکٹرانک اور جوہری گھماؤ بڑے پیمانے پر کوانٹم کمپیوٹرز اور یادوں کے لیے امید افزا پلیٹ فارم ہیں۔ یہ گھماؤ کمرے کے درجہ حرارت پر اپنے مقامی ماحول کے ساتھ کمزوری سے تعامل کرتے ہیں، جس کا مطلب ہے کہ وہ کوانٹم بٹس (کوبِٹس) کے طور پر کام کر سکتے ہیں جو کوانٹم کی معلومات کو بہت لمبے عرصے تک محفوظ کرتے ہیں۔ مزید برآں، ایسے گھماؤ کو بغیر کسی نقصان کے کنٹرول کیا جا سکتا ہے۔ عام طور پر، گھماؤ آپٹیکل لائٹ اور مائکروویو دونوں کا جواب دیتے ہیں۔ آپٹیکل لائٹ اپنی چھوٹی طول موج کی وجہ سے انفرادی گھماؤ کو حل کرنے میں مقامی درستگی کے لیے اچھی ہے۔ دوسری طرف لمبی مائیکرو ویوز بغیر کسی مقامی ریزولوشن کی قیمت پر کرسٹل میں تمام گھماؤ کا اعلیٰ سطحی کنٹرول فراہم کرتی ہیں۔
اب، ہیدیو کوساکا اور جاپان میں یوکوہاما نیشنل یونیورسٹی کے ساتھیوں نے انفرادی گھماؤ کو حل کرنے کا ایک طریقہ تیار کیا ہے جو آپٹیکل اور مائکروویو کنٹرول دونوں کی طاقتوں کو یکجا کرتا ہے۔ انہوں نے مائیکرو ویوز کا استعمال آپٹیکل لائٹ کا استعمال کرتے ہوئے ہیرے کے انفرادی گھماؤ کو درست طریقے سے "اسپاٹ لائٹنگ" کرکے کنٹرول کرنے کے لیے کیا۔ انہوں نے انفارمیشن پروسیسنگ کے لیے سائٹ کے انتخابی آپریشنز کا مظاہرہ کیا اور معلومات کی منتقلی کے لیے الیکٹرانک اور نیوکلیئر اسپنز کے درمیان الجھاؤ پیدا کیا۔
ڈائمنڈ NV مراکز
اس کے گھماؤ کے لیے، ٹیم نے ڈائمنڈ کرسٹل میں نائٹروجن – ویکینسی (NV) مراکز کا استعمال کیا۔ یہ اس وقت ہوتا ہے جب ہیرے کی جالی میں دو ہمسایہ کاربن ایٹموں کو نائٹروجن ایٹم اور خالی جگہ سے تبدیل کیا جاتا ہے۔ NV سینٹر کی زمینی حالت ایک اسپن-1 الیکٹرانک سسٹم ہے جسے معلومات کو انکوڈ کرنے کے لیے بطور qubit استعمال کیا جا سکتا ہے۔
کمپیوٹیشن کو انجام دینے کے لیے، کسی کو کیوبٹس کی اسپن حالت کو کنٹرول شدہ طریقے سے تبدیل کرنے کے قابل ہونا چاہیے۔ ایک واحد کوبٹ کے لیے، ایسا کرنے کے لیے چار کارڈینل آپریشنز کا سیٹ ہونا کافی ہے۔ یہ شناختی آپریشن اور پاؤلی ایکس، وائی، زیڈ گیٹس ہیں، جو ریاست کو بلوچ کرہ کے تین محوروں کے گرد گھومتے ہیں۔
یونیورسل ہولوونومک گیٹس
ان کارروائیوں کو متحرک ارتقاء کا استعمال کرتے ہوئے لاگو کیا جا سکتا ہے، جہاں ایک دو سطحی نظام کو ایک فیلڈ کے ذریعے یا اس کے قریب گونج کے ذریعے مطلوبہ حالت میں کیوبٹ کو "گھومنے" کے لیے منتقل کیا جاتا ہے۔ ایک اور طریقہ ہولونومک گیٹ کو لاگو کرنا ہے، جہاں ایک بڑی بنیاد پر ریاست کے مرحلے کو تبدیل کیا جاتا ہے تاکہ اس کا اثر دو سطح کے کوئبٹ سب اسپیس پر مطلوبہ گیٹ کا ہو۔ متحرک ارتقاء کے مقابلے میں، یہ طریقہ ڈیکوہرنس میکانزم کے لیے زیادہ مضبوط سمجھا جاتا ہے کیونکہ حاصل شدہ مرحلہ بڑی ریاست کے درست ارتقاء کے راستے پر منحصر نہیں ہوتا ہے۔
اس تازہ ترین تحقیق میں، کوساکا اور ساتھی سب سے پہلے ایک مخصوص NV مرکز پر لیزر کو فوکس کرکے اپنی تکنیک کی سائٹ کے انتخاب کا مظاہرہ کرتے ہیں۔ یہ اس سائٹ پر منتقلی کی فریکوئنسی کو اس طرح تبدیل کرتا ہے کہ جب پورا نظام درست فریکوئنسی پر مائیکرو ویوز چلاتا ہے تو کوئی دوسری سائٹ جواب نہیں دیتی۔ اس تکنیک کا استعمال کرتے ہوئے، ٹیم مائیکرو ویوز کے ذریعے روشن ہونے والے بہت بڑے علاقوں کے بجائے چند سو نینو میٹر کے علاقوں کو نمایاں کرنے میں کامیاب رہی۔
اس طرح سائٹس کا انتخاب کرکے، محققین نے ظاہر کیا کہ وہ پاؤلی-ایکس، وائی اور زیڈ ہولونومک گیٹ آپریشنز کو اچھی مخلصی (90% سے زیادہ) کے ساتھ نافذ کر سکتے ہیں۔ گیٹ فیڈیلیٹی اس بات کا پیمانہ ہے کہ لاگو گیٹ کی کارکردگی ایک مثالی گیٹ کے کتنی قریب ہے۔ وہ ایک مائیکرو ویو پلس استعمال کرتے ہیں جو اپنے مرحلے کو درمیان میں پلٹتا ہے جس سے پروٹوکول طاقت میں غیر یکسانیت کے لیے مضبوط ہوتا ہے۔ وہ یہ بھی ظاہر کرتے ہیں کہ گیٹ آپریشنز کے بعد بھی تقریباً 3 ایم ایس کا اسپن ہم آہنگی کا وقت برقرار رہتا ہے جس میں تقابلی وقت لگتا ہے۔
کوانٹم یادیں اور نیٹ ورکس
الیکٹرانک اسپن ریاستوں کے علاوہ، ایک NV-مرکز میں نائٹروجن نیوکلئس سے منسلک نیوکلیئر اسپن ریاستیں بھی ہوتی ہیں۔ یہاں تک کہ کمرے کے درجہ حرارت پر بھی، یہ ریاستیں ماحول سے الگ تھلگ رہنے کی وجہ سے بہت زیادہ زندہ رہتی ہیں۔ نتیجے کے طور پر، NV-مرکز نیوکلیئر اسپن ریاستوں کو کوانٹم کی یادداشتوں کے طور پر کوانٹم معلومات کو طویل عرصے تک ذخیرہ کرنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ یہ سپر کنڈکٹنگ سرکٹس پر مبنی کوئبٹس کے برعکس ہے، جنہیں تھرمل شور پر قابو پانے کے لیے ذیلی ملیکیلون درجہ حرارت پر ہونا ضروری ہے اور ماحول کے ساتھ تعاملات کی وجہ سے ہونے والے تعامل کے لیے زیادہ حساس ہوتے ہیں۔
ہائی ریزولوشن ڈائمنڈ سینسر دل میں برقی رو کا نقشہ بناتا ہے۔
کوساکا اور ساتھی NV مرکز میں الیکٹرانک اسپن اور نیوکلیئر اسپن کے درمیان الجھاؤ پیدا کرنے کے قابل بھی تھے۔ یہ کوانٹم معلومات کی ایک واقعہ فوٹون سے NV سینٹر کے الیکٹرانک اسپن اور پھر نیوکلیئر اسپن کوانٹم میموری میں منتقلی کے قابل بناتا ہے۔ اس طرح کی صلاحیت تقسیم شدہ پروسیسنگ کے لئے اہم ہے جہاں فوٹوون کو کوانٹم نیٹ ورک میں ایک ہی یا مختلف سسٹمز میں کیوبٹس کے درمیان معلومات کی منتقلی کے لئے استعمال کیا جاسکتا ہے۔
میں لکھنا فطرت فوٹوونکس، محققین کا کہنا ہے کہ ان کے آپٹیکل ایڈریسنگ کے عمل میں ترمیم کے ساتھ، اس کے مقامی ریزولوشن کو بہتر بنانا اور متعدد NV مراکز کے درمیان مربوط تعاملات کا استعمال بھی ممکن ہونا چاہیے۔ کچھ مختلف تکنیکوں کو یکجا کرنے سے "10,000×10×10 µm میں 10 سے زیادہ کیوبٹس تک منتخب رسائی ممکن ہو سکتی ہے۔3 حجم، بڑے پیمانے پر کوانٹم اسٹوریج کی راہ ہموار کرتا ہے۔ کوساکا کا کہنا ہے کہ ان کا گروپ اب دو قریبی NV-سینٹرز کا استعمال کرتے ہوئے دو کوئبٹ گیٹس بنانے کے چیلنجنگ کام پر کام کر رہا ہے۔
