تھری کیوبٹ کمپیوٹنگ پلیٹ فارم الیکٹران اسپن سے بنایا گیا ہے - فزکس ورلڈ

ایک کوانٹم کمپیوٹنگ پلیٹ فارم جو ایک سے زیادہ اسپن پر مبنی کوانٹم بٹس (کوبٹس) کے بیک وقت آپریشن کے قابل ہے جنوبی کوریا کے محققین نے بنایا ہے۔ کی طرف سے ڈیزائن یوجیونگ بی, سو ہیون فارک, اینڈریاس ہینرک اور سیئول میں انسٹی ٹیوٹ فار بیسک سائنس کے ساتھیوں کے ساتھ، سسٹم کو اسکیننگ ٹنلنگ مائیکروسکوپ (STM) کا استعمال کرتے ہوئے ایٹم بہ ایٹم جمع کیا جاتا ہے۔

اگرچہ مستقبل کے کوانٹم کمپیوٹرز کو کچھ کاموں میں روایتی کمپیوٹرز سے بہتر کارکردگی کا مظاہرہ کرنے کے قابل ہونا چاہئے، آج کے نوزائیدہ کوانٹم پروسیسرز ابھی بھی بہت چھوٹے ہیں اور عملی حساب کتاب کرنے کے لیے شور نہیں کرتے۔ قابل عمل کوبٹ پلیٹ فارم بنانے کے لیے اور بھی بہت کچھ کرنا ہوگا جو کوانٹم کمپیوٹرز کے قابل عمل ہونے کے لیے معلومات کو کافی دیر تک برقرار رکھ سکیں۔

Qubits پہلے ہی کئی مختلف ٹیکنالوجیز کا استعمال کرتے ہوئے تیار کیے جا چکے ہیں، بشمول سپر کمپیوٹنگ سرکٹس اور پھنسے ہوئے آئنوں۔ کچھ طبیعیات دان انفرادی الیکٹرانوں کے گھماؤ کا استعمال کرتے ہوئے کیوبٹس بنانے کے خواہشمند بھی ہیں - لیکن اس طرح کے کوئبٹس اتنے ترقی یافتہ نہیں ہیں جتنے ان کے کچھ ہم منصب ہیں۔ تاہم، اس کا مطلب یہ نہیں ہے کہ اسپن پر مبنی کوئبٹس چل رہے ہیں۔

"اس وقت، کوانٹم کمپیوٹنگ کے تمام موجودہ پلیٹ فارمز میں بڑی خرابیاں ہیں، لہذا یہ ضروری ہے کہ نئے طریقوں کی چھان بین کی جائے،" ہینرک بتاتے ہیں۔

عین مطابق اسمبلی

ایک قابل عمل اسپن پر مبنی پروسیسر بنانے کے لیے، qubits کو درست طریقے سے جمع کیا جانا چاہیے، قابل اعتماد طریقے سے ایک ساتھ جوڑا جانا چاہیے، اور ایک ہی پلیٹ فارم پر کوانٹم مربوط انداز میں چلنا چاہیے۔ سیئول میں مقیم ٹیم کے مطابق یہ وہ چیز ہے جو اب تک محققین کو نظر انداز کر چکی ہے۔

محققین نے ایس ٹی ایم کی مدد سے اپنا ملٹی کوبٹ پلیٹ فارم بنایا، جو ایٹم اسکیلز پر مادے کی تصویر کشی اور ہیرا پھیری کے لیے ایک طاقتور ٹول ہے۔ جب ایس ٹی ایم کی کنڈکٹنگ ٹِپ کو نمونے کی سطح کے بہت قریب لایا جاتا ہے، تو الیکٹران ٹپ اور نمونے کی سطح کے درمیان کوانٹم میکانکی طور پر سرنگ کرنے کے قابل ہوتے ہیں۔

چونکہ سرنگ کا امکان مضبوطی سے ٹپ اور سطح کے درمیان فاصلے پر منحصر ہے، اس لیے ایک STM ان ٹنلنگ الیکٹرانوں کے کرنٹ کی پیمائش کرکے نمونے کی نانوسکل ٹپوگرافی کا نقشہ بنا سکتا ہے۔ سطح پر موجود انفرادی ایٹموں کو بھی نوک کے ذریعہ لاگو نانوسکل قوتوں کے ذریعہ ان کے ارد گرد دھکیل کر جوڑ توڑ اور جمع کیا جاسکتا ہے۔

ہینرک کے مطابق، ان صلاحیتوں کا استعمال کرتے ہوئے ٹیم نے "جوہری پیمانے کی درستگی کے ساتھ پہلے کوئبٹ پلیٹ فارم کا مظاہرہ کیا ہے"۔ "یہ سطحوں پر الیکٹران کے گھماؤ پر مبنی ہے، جو ایک دوسرے سے جوہری طور پر درست فاصلے پر رکھا جا سکتا ہے۔"

سینسر کوئبٹ

ایس ٹی ایم کا استعمال کرتے ہوئے، محققین نے اپنے نظام کو میگنیشیم آکسائڈ بیلیئر فلم کی قدیم سطح پر جمع کیا۔ اس نظام میں ایک "سینسر" کیوبٹ شامل ہے، جو ایک اسپن-1/2 ٹائٹینیم ایٹم ہے جو STM ٹپ کے نیچے واقع ہے۔ نوک لوہے کے ایٹموں میں لیپت ہے، جس کا مطلب ہے کہ اسے مقامی مقناطیسی میدان لگانے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے (شکل دیکھیں)۔

نوک کے دونوں طرف "ریموٹ" کیوبٹس کا ایک جوڑا ہے - اسپن-1/2 ٹائٹینیم ایٹم بھی۔ یہ سینسر کیوبٹ سے قطعی فاصلے پر رکھے جاتے ہیں، اس علاقے سے باہر جہاں ایٹموں کے درمیان الیکٹران کی سرنگ ہو سکتی ہے۔

سینسر کوئبٹ کے ساتھ بیک وقت ریموٹ کیوبٹس کو کنٹرول کرنے کے لیے، ٹیم نے لوہے کے ایٹموں کو قریب رکھ کر ایک مقناطیسی فیلڈ گریڈینٹ بنایا۔ لوہے کے ایٹم واحد ایٹم میگنےٹ کے طور پر برتاؤ کرتے ہیں کیونکہ ان کے گھماؤ کے آرام کے اوقات انفرادی کیوبٹس کے آپریشن کے اوقات سے کہیں زیادہ ہوتے ہیں۔

اس طرح، لوہے کے ایٹم ہر ایک ریموٹ کیوبٹ کے گھماؤ کو سیدھ میں لانے کے لیے ایک جامد، مقامی مقناطیسی میدان فراہم کرنے میں STM ٹپ کے متبادل کے طور پر کام کرتے ہیں۔ کوئبٹس کی سپن حالتوں کے درمیان ٹرانزیشن ایس ٹی ایم ٹپ کا استعمال کرتے ہوئے سسٹم میں ریڈیو فریکوئنسی پلس کو لاگو کرنے کے ذریعے کی جاتی ہے - ایک تکنیک جسے الیکٹران اسپن گونج کہتے ہیں۔

مخاطب اور جوڑ توڑ

ٹیم نے اپنے qubits کو 0.4 K پر ٹھنڈا کر کے شروع کیا، پھر ایک بیرونی مقناطیسی فیلڈ کا استعمال کرتے ہوئے انہیں ایک ہی گھماؤ والی حالت میں لایا اور انہیں ایک ساتھ جوڑا۔ اس کے بعد، سینسر کیوبٹ کی حالت قابل اعتماد طور پر دونوں ریموٹ کیوبٹس کی حالتوں پر منحصر تھی، لیکن پھر بھی STM ٹپ کے ذریعے انفرادی طور پر اس پر توجہ دی جا سکتی ہے اور جوڑ توڑ کی جا سکتی ہے۔

مجموعی نتیجہ مکمل طور پر نیا کوبٹ پلیٹ فارم تھا جس نے ایک ساتھ متعدد کیوبٹس کو چلانے کی اجازت دی۔ "ہمارے مطالعہ نے اچھے کوانٹم ہم آہنگی کے ساتھ سنگل کوئبٹ، دو کوئبٹ، اور تین کوئبٹ گیٹس حاصل کیے ہیں،" ہینرک کہتے ہیں۔

انہوں نے مزید کہا کہ، "پلیٹ فارم کے اپنے فوائد اور نقصانات ہیں۔ پیشہ پر، یہ جوہری طور پر عین مطابق ہے اور اس لیے اسے آسانی سے نقل کیا جا سکتا ہے۔ نقصانات پر، کوانٹم ہم آہنگی اچھی ہے لیکن اسے مزید بہتر کرنے کی ضرورت ہے۔

اگر ان چیلنجوں پر قابو پایا جا سکتا ہے، تو ہینرک اور ساتھی اپنے نظام کا روشن مستقبل دیکھتے ہیں۔

"ہم یقین رکھتے ہیں کہ اس نقطہ نظر کو نسبتا آسانی سے دسیوں الیکٹران کیوبٹس تک بڑھایا جا سکتا ہے،" ہینریچ کہتے ہیں. "ان الیکٹران گھماؤ کو بھی کنٹرول کے ساتھ جوہری گھماؤ کے ساتھ جوڑا جا سکتا ہے جو کوانٹم کی غلطیوں کو درست کرنے کے قابل بنا سکتا ہے اور کوانٹم آپریشنز کے لیے دستیاب ہلبرٹ کی جگہ کو بڑھا سکتا ہے۔ ہم نے ابھی سطح کو کھرچ لیا ہے!

تحقیق میں بیان کیا گیا ہے۔ سائنس.

• 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/three-qubit-computing-platform-is-made-from-electron-spins/