مصنوعی ہیرا: مواد کی جدت کس طرح کوانٹم نیٹ ورکنگ کے اصولوں کو دوبارہ لکھ رہی ہے - فزکس ورلڈ

جب کہ آج کے فائبر آپٹک نیٹ ورک کلاسیکی معلومات کو عالمی طول و عرض کے پیمانے پر تقسیم کرتے ہیں، کل کے کوانٹم نیٹ ورکس اسی عالمی پیمانے پر اختتامی صارفین کے درمیان کوانٹم معلومات کو محفوظ طریقے سے منتقل کرنے کے لیے الجھاؤ اور سپرپوزیشن کی غیر ملکی خصوصیات کا فائدہ اٹھائیں گے۔ یہ صلاحیت حکومتوں اور بینکوں سے لے کر صحت کی دیکھ بھال فراہم کرنے والوں اور فوج تک تمام طرح کی تنظیموں کے لیے کوانٹم-انکرپٹڈ مواصلات کو قابل بنائے گی اور ناگزیر طور پر متوازی کوانٹم کمپیوٹنگ وسائل کے نفاذ کا راستہ کھولے گی، ریموٹ کمپیوٹنگ نوڈس سے منسلک کوانٹم کے ساتھ۔ میکانکی طور پر پورے نیٹ ورک میں۔

اگرچہ ابھی بھی ترقی کے مراحل میں ہے، کوانٹم ریپیٹرز ایک بنیادی فعال کرنے والی ٹیکنالوجی کی نمائندگی کرتے ہیں کیونکہ کوانٹم انٹرنیٹ نظر میں آتا ہے، کلاسیکی آپٹیکل نیٹ ورکس میں فائبر یمپلیفائر کی طرح کام کرتے ہوئے نقصان اور بے وفائی کو درست کرتے ہوئے جو کہ کوانٹم معلومات طویل فاصلے تک پھیلتی ہیں (حالانکہ اس کے بغیر۔ نیٹ ورک سے گزرتے ہی روشنی کی کوانٹم حالت میں خلل ڈالنا)۔

کوانٹم ریپیٹر فوٹان پر انکوڈ شدہ معلومات کو اسٹیشنری میموری کوبٹ پر منتقل کرکے کام کرتے ہیں جہاں معلومات کو محفوظ اور درست کیا جاسکتا ہے۔ ڈیفیکٹ کوئبٹس، جیسے کہ مصنوعی ہیرے میں رنگین مراکز، اس کام کے لیے قابل اعتبار امیدواروں کے طور پر تشکیل دے رہے ہیں کیونکہ ان کے پاس روشنی (ان کے رنگ کا ماخذ) کے ساتھ ایک موثر انٹرفیس ہے اور اس لیے کہ یہ نقائص طویل المدت "اسپن" میموری رکھ سکتے ہیں۔ ڈائمنڈ ڈیفیکٹ کوئبٹس کی دو کلاسیں اس سلسلے میں R&D کی شدید دلچسپی کا مرکز ہیں: نائٹروجن ویکینسی اسپن سینٹر (NV) اور سلکان ویکینسی اسپن سینٹر (SiV)، یہ دونوں ملحقہ کاربن ایٹموں کو ہٹا کر تشکیل پاتے ہیں۔ ایک مصنوعی ہیرے کی کرسٹل جالی اور ان کی جگہ بالترتیب ایک ہی نائٹروجن یا سلکان ایٹم لگانا۔

یہاں Bart Machielse، سینئر کوانٹم ریسرچ سائنسدان AWS سینٹر برائے کوانٹم نیٹ ورکنگبتاتا ہے طبیعیات کی دنیا کس طرح ان کی ٹیم ریسرچ پارٹنر کی سرکردہ مواد کی سائنس اور فیبریکیشن صلاحیتوں تک رسائی حاصل کر رہی ہے۔ عنصر چھ مصنوعی ہیرے کا استعمال کرتے ہوئے آپٹیکل مواصلاتی نظام میں "کوانٹم فائدہ" کا احساس کرنا۔

AWS کوانٹم نیٹ ورکنگ پروگرام کے لیے ہیڈ لائن کا مقصد کیا ہے؟

AWS سینٹر فار کوانٹم نیٹ ورکنگ بوسٹن، میساچوسٹس میں واقع ہے اور اس کے پاس کوانٹم کمیونیکیشنز میں ایک آزاد R&D اقدام کی حمایت کرنے کے لیے درکار تمام ٹولز موجود ہیں۔ اس طرح، ہم طویل فاصلے کے کوانٹم نیٹ ورکنگ تجربات میں تصور کے ثبوت کی جانچ کے لیے اپنے آلات کو من گھڑت، جانچ، خصوصیت اور بہتر بناتے ہیں۔ اپنے کردار میں، میں ڈیوائسز اور پیکیجنگ ٹیم کی قیادت کرتا ہوں تاکہ تعیناتی گریڈ کوانٹم نیٹ ورکنگ ٹیکنالوجیز کے اعلیٰ درجے کے تحقیقی مظاہروں میں کوانٹم فوٹوونکس (بشمول مصنوعی ڈائمنڈ فوٹوونکس) کے پیمانے اور انضمام کو آگے بڑھایا جا سکے۔

شاید، اس طرح کے مسابقتی میدان میں تعاون کیا جاتا ہے؟

یہ لازمی ہے۔ ہم R&D پارٹنرز پر بھروسہ کرتے ہیں جو منفرد تکنیکی صلاحیتوں، گہرے ڈومین کا علم اور ماہر علم کو میز پر لا سکتے ہیں۔ ایلیمنٹ سکس کے ساتھ ہمارا تعاون، مثال کے طور پر، کوانٹم میموریز اور کوانٹم ریپیٹرز میں ایپلی کیشنز کے لیے تیار کردہ فوٹوونک ڈیوائسز کے لیے ایک مادی پلیٹ فارم کے طور پر مصنوعی ہیرے کو دوبارہ تصور کرنے اور تبدیل کرنے کے بارے میں ہے۔ مختصراً، اس کا مطلب ہے کہ ہم جہاں ہیں وہاں سے آگے بڑھنا - ایک ایسا سبسٹریٹ جس کے ساتھ کام کرنا مشکل ہے جب بات نینو فوٹوونک فیبریکیشن کی ہو - ایک ایسے مواد تک جو توسیع پذیر، تولیدی اور لاگت سے موثر سیمی کنڈکٹر طرز کی مینوفیکچرنگ کے ساتھ ہم آہنگ ہو۔

عنصر چھ کے ساتھ تعاون عملی طور پر کیسے کام کرتا ہے؟

عنصر سکس کے ساتھ کام کرنا ایک حقیقی R&D تعاون ہے۔ شروعات کرنے والوں کے لیے، ایلیمنٹ سکس کے مادی ماہرین اور AWS میں کوانٹم فوٹوونکس ٹیم کے درمیان سخت انضمام ہے۔ ایلیمنٹ سکس میں آلے کی سطح کی بہتر کارکردگی میں بیس لائن مواد کے کامیاب ترجمہ کے لیے اجتماعی گفتگو کلید ہے۔

یہ سب اس سلسلے میں پائپ لائن کے بارے میں ہے: AWS میں ہمارا کام ہیرے کے ذیلی ذخائر لینا ہے جو ایلیمنٹ سکس تیار کرتا ہے اور ہمارے ماہر آپٹیکل، فیبریکیشن، مائیکرو ویو اور کرائیوجینک ٹولز کو استعمال کرنا ہے تاکہ اس مواد کی کوانٹم کارکردگی کو بہتر طور پر سمجھا جا سکے جب اسے فوٹوونک میں بنایا جا رہا ہو۔ آلات - خاص طور پر، کس طرح آپٹیکل اخراج کے نقشے بمقابلہ بنیادی مواد کی خصوصیات جیسے کہ ڈسلوکیشن کثافت، تناؤ، سطح کی ہمواری اور اس طرح کے۔

جب کوانٹم نیٹ ورکنگ سسٹم میں مصنوعی ہیرے کی تعیناتی کی بات آتی ہے تو مینوفیکچرنگ اور انجینئرنگ کے اہم چیلنجز کیا ہیں؟

اس وقت، مصنوعی ہیرے کی فوٹوونکس میں ہم جو کچھ کرتے ہیں اس کا بہت زیادہ امکان ہے - مثال کے طور پر، نمونے کی پاکیزگی، نقائص کی تشکیل، ان نقائص کا صحیح مقام اور سبسٹریٹ مواد کی میکرو اسکیل کرسٹل خصوصیات کے لحاظ سے۔ مختصراً، درخواست کے لیے درکار خصوصیات کو مادی خصوصیات سے جوڑنے کے لیے بہت زیادہ سمجھ کی ضرورت ہے تاکہ اسے مکمل طور پر پیمانہ بنایا جا سکے۔ ایلیمنٹ سکس کے ساتھ مل کر، AWS یہ سمجھنے کی کوشش کر رہا ہے کہ وہ کون سے عوامل ہیں جو مصنوعی ڈائمنڈ کوانٹم گریڈ بناتے ہیں۔ یہ بھی کہ جب مٹیریل پروسیسنگ کی لاگت/پیچیدگی کو کم کرنے کی بات آتی ہے تو کیا حدیں ہوتی ہیں تاکہ آپ کو وہ چیز مل جائے جس کی آپ کو ضرورت ہے، نہ کہ جس کی آپ کو ضرورت ہے۔

ایک بات یقینی ہے: عنصر چھ کا پلازما سے بڑھے ہوئے کیمیائی بخارات جمع کرنے (PECVD) کی ترقی کی تکنیکوں میں جاری سرمایہ کاری کا عزم کوانٹم نیٹ ورکنگ ایپلی کیشنز کے لیے ڈائمنڈ ڈیوائسز کے ڈیزائن، ترقی اور بڑے پیمانے پر فیبریکیشن کے لیے اہم ہوگا۔ ترجیحات پہلے ہی واضح ہیں: مصنوعی ہیرے کی نشوونما کے دوران پیدا ہونے والے نقائص کی اقسام اور مواد پر کنٹرول کو بہتر بنانا؛ ہیروں کی مختلف شکلوں کو وسیع کرنا جو بڑے پیمانے پر تیار کیے جا سکتے ہیں۔ اور ساتھ ہی مینوفیکچرنگ کی لاگت کو کم کرنا۔

تو ایک اور طریقہ ڈالیں: مواد کی جدت طرازی کنٹرول کے بغیر کچھ بھی نہیں ہے؟

یہ درست ہے. آگے بڑھنے کا کام مصنوعی ڈائمنڈ فیبریکیشن کے عمل سے تمام تغیرات کو ہٹانا ہے تاکہ ہم نیٹ ورک میں موجود کوانٹم فوٹوونک ڈیوائسز اور سب سسٹمز کے ڈیزائن، انضمام اور کارکردگی کو بہتر بنا سکیں۔ اس سے بھی زیادہ بنیادی: آج جب ہم مصنوعی ڈائمنڈ فوٹوونک ڈیوائس بناتے ہیں، تو ہم 0.5 ملی میٹر موٹے ہیرے کے اوپری چند مائکرون استعمال کرتے ہیں، اس لیے ہمیں بہت زیادہ موثر ہونے کے طریقے تلاش کرنے کی ضرورت ہے۔ مینوفیکچریبلٹی کے بارے میں سوچیں، لاگت میں کمی کے بارے میں سوچیں اور بالآخر، مصنوعی ہیرے کے ذیلی ذخیرے جو زیادہ "فیب ایبل" ہیں - یعنی معیاری سیمی کنڈکٹر فیبریکیشن تکنیک کے ساتھ ہم آہنگ۔

کوانٹم نیٹ ورکنگ میں AWS ٹیکنالوجی کا روڈ میپ کیسا لگتا ہے؟

وقت گزرنے کے ساتھ، حجم میں، ڈائمنڈ فوٹوونک ڈیوائسز کو تعینات کرنا ممکن ہونا چاہیے جن میں کوانٹم یادیں شامل ہوں جو کوانٹم ریپیٹرز کے طور پر کام کرتی ہیں - اس کے لیے ضروری تعمیراتی بلاکس جسے ہم "انٹینگلمنٹ ڈسٹری بیوشن نیٹ ورک" کہتے ہیں۔ قریب کی مدت میں، R&D کی ترجیح ایلیمنٹ سکس جیسی کمپنیوں کے ساتھ کام کرنا ہے تاکہ کوانٹم گریڈ کے مصنوعی ڈائمنڈ سبسٹریٹس فراہم کیے جائیں جو ڈیوائس کی سطح کی انجینئرنگ اور سسٹمز کے انضمام کو زیادہ قابل اعتماد، توسیع پذیر اور نیٹ ورک کے لیے تیار بنائیں گے۔ ہماری امید ہے کہ مصنوعی ڈائمنڈ فیبریکیشن میں ہونے والی پیشرفت، بعد میں ہونے کی بجائے جلد ہی، ڈاون اسٹریم ٹیکنالوجی کی اختراعات کو جنم دے گی جو AWS کوانٹم کمیونیکیشن سسٹمز کو ہمارے کارپوریٹ صارفین کے نیٹ ورک سیکیورٹی اور رازداری کے ہتھیاروں میں ایک لازمی آلہ بناتی ہے۔

کوانٹم 'گیم چینجر' کی تلاش

کوانٹم گریڈ مصنوعی ہیرے کو کوانٹم کمپیوٹنگ، کوانٹم میٹرولوجی اور کوانٹم نیٹ ورکنگ میں فوٹوونک ایپلی کیشنز کی ایک پوری نئی رینج کے لیے تیار کیا جا رہا ہے – جن میں سے بہت سے موجودہ مواد میں کوئی ینالاگ نہیں ہیں۔ تعلیمی برادری، اپنی طرف سے، اس مواد کے ساتھ کیا کیا جا سکتا ہے اس کی حدود کو آگے بڑھانے پر توجہ مرکوز کر رہا ہے، جس سے کوانٹم کارکردگی میں پیرا ڈائم تبدیلیاں آتی ہیں، جب کہ صنعت موجودہ جدید ترین حالات کو اپنانے اور یہ جاننے کے بارے میں ہے کہ کس طرح انجینئرڈ مصنوعی ہیرے کو اگلی نسل کے کوانٹم آلات میں پیک کرنا اور انٹیگریٹ کرنا بہترین ہے۔

ریسرچ لیب سے مارکیٹ میں اب سامنے اور مرکز میں ترجمہ کے ساتھ، کوانٹم ڈائمنڈ ڈیوائسز کے لیے کامیابی کے اقدامات قابل اعتماد، مضبوطی، مینوفیکچریبلٹی، اسکیل ایبلٹی اور لاگت/کارکردگی کے تناسب جیسے نقاط کے ساتھ تیزی سے بیان کیے جاتے ہیں۔ ذہنیت اور ترجیح میں یہ تبدیلی ایلیمینٹ سکس میں کوانٹم ڈیولپمنٹ ٹیم کے کام سے آگاہ کرتی ہے، جو کہ پی ای سی وی ڈی فیبریکیشن میں اپنی پیٹنٹ شدہ ٹکنالوجی اور جانکاری کا استعمال کر رہی ہے، پیمانے پر، سنگل کرسٹل ڈائمنڈ کے کوانٹم گریڈ جس میں NV کی کنٹرول لیولز شامل ہیں۔ کوانٹم نیٹ ورکنگ سسٹمز اور اس سے آگے ایپلی کیشنز کے لیے SiV سپن سینٹرز۔

"مصنوعی ہیرا گیم بدلنے والے حل پیش کر سکتا ہے اور ہمارے صارفین اور شراکت داروں کو کچھ ایسا کرنے کی اجازت دیتا ہے جو پہلے نہیں کیا جا سکتا تھا - بے مثال پاور کثافت کے ساتھ لیزر بنانے سے لے کر غیر معمولی اعلی تعدد خصوصیات کے ساتھ مصنوعی ہیرے کے 'صوتی گنبد' تک،" وضاحت کرتا ہے۔ ایلیمنٹ سکس کے چیف ٹیکنولوجسٹ ڈینیئل ٹویچن۔

"Bart Machielse اور AWS میں اس کی ٹیم ایک اہم معاملہ ہے،" وہ مزید کہتے ہیں۔ "وہ ہمارے پاس آئے کیونکہ، سالوں کے دوران، ہم نے مصنوعی ہیرے کی اختراعی صلاحیتوں کا ایک بڑا ٹول باکس تیار کیا ہے۔ ہماری جمع شدہ معلومات تکنیکی چیلنجوں سے ہم آہنگ ہے جنہیں ڈائمنڈ کوانٹم نیٹ ورکنگ پلیٹ فارم کا احساس کرنے کے لیے حل کیا جانا چاہیے، نیز ہم نے مصنوعی ہیرے کو پیداواری ماحول میں پیمانہ کرنے کی صلاحیت کا مظاہرہ کیا ہے۔

ایک ہی وقت میں، ایلیمنٹ سکس کو یہ احساس ہوتا ہے کہ مصنوعی ہیرے کے لیے نئی ترقی کی منڈیوں کو ایسے حل کی ضرورت ہوگی جو مواد کے استعمال میں آسانی پیدا کریں - ابھرتی ہوئی کوانٹم سپلائی چین کے اندر اور کہیں اور۔ "بالآخر، ضرورت اور موقع صرف کوانٹم گریڈ مصنوعی ہیرا بنانے میں نہیں ہے، بلکہ اسے فوٹوونک آلات میں پروسیسنگ اور انضمام کرنے میں ہے،" Twitchen نوٹ کرتا ہے۔ "اور، ایسا کرتے ہوئے، مصنوعی ہیرے کو اپنانے کی راہ میں حائل رکاوٹوں کو کم کرنا۔"

ابھی، Twitchen اور اس کے Element Six کے ساتھیوں کی توجہ کوانٹم نیٹ ورکنگ کے شعبے میں کمپنی کی صنعتی شراکت داری کو بڑھانا ہے، جس نے پہلے ہی معروف کوانٹم نیٹ ورکنگ گروپس کے ساتھ علمی تعاون میں مصنوعی ہیرے کی صلاحیت کو قائم کیا ہے۔ تم ڈیلٹ نیدرلینڈز میں بھی ایم ائی ٹی اور ہارورڈ یونیورسٹی امریکہ میں

"آج تک کیا غائب ہے،" Twitchen اختتام کرتا ہے، "صنعت کا ایک بڑا کھلاڑی ہے جس کا کہنا ہے کہ وہ اپنے صارفین کے لیے کوانٹم سیکیور نیٹ ورک سروسز کی ایک نئی نسل کو متعارف کروا کر کوانٹم کمیونیکیشن سسٹم کو رول آؤٹ کر سکتا ہے۔ وہ AWS سے زیادہ بڑے نہیں ہوتے، اس لیے کوانٹم گریڈ ڈائمنڈ میں اپنی مہارت کو AWS کی فوٹوونکس کے علم کے ساتھ جمع کرنا بہت پرجوش ہے تاکہ اس وژن کو حقیقت بنایا جا سکے۔"

• SEO سے چلنے والا مواد اور PR کی تقسیم۔ آج ہی بڑھا دیں۔
• پلیٹو ڈیٹا ڈاٹ نیٹ ورک ورٹیکل جنریٹو اے آئی۔ اپنے آپ کو بااختیار بنائیں۔ یہاں تک رسائی حاصل کریں۔
• پلیٹوآئ اسٹریم۔ ویب 3 انٹیلی جنس۔ علم میں اضافہ۔ یہاں تک رسائی حاصل کریں۔
• پلیٹو ای ایس جی۔ کاربن، کلین ٹیک، توانائی ، ماحولیات، شمسی، ویسٹ مینجمنٹ یہاں تک رسائی حاصل کریں۔
• پلیٹو ہیلتھ۔ بائیوٹیک اینڈ کلینیکل ٹرائلز انٹیلی جنس۔ یہاں تک رسائی حاصل کریں۔
• ماخذ: https://physicsworld.com/a/synthetic-diamond-how-materials-innovation-is-rewriting-the-rules-of-quantum-networking/