ریاضی دانوں کا کہنا ہے کہ مائع کرسٹل میں ٹاپولوجیکل نقائص کوانٹم بٹس سے ملتے جلتے ہیں

مائع کرسٹل میں ٹاپولوجیکل نقائص ریاضی کے لحاظ سے کوانٹم بٹس کے مشابہ ہیں، امریکہ میں محققین نے نظریاتی طور پر دکھایا ہے۔ اگر اس اصول پر مبنی نظام کو عملی طور پر لاگو کیا جا سکتا ہے، تو کوانٹم کمپیوٹرز کے بہت سے فوائد کو کلاسیکی سرکٹ میں محسوس کیا جا سکتا ہے - عملی کوانٹم کمپیوٹر تیار کرنے کی کوشش کرنے والوں کو درپیش کافی چیلنجوں سے بچتے ہوئے

نیومیٹک مائع کرسٹل چھڑی کی شکل کے مالیکیولز ہیں جو ایک دوسرے کے ساتھ لائن میں ہوتے ہیں اور جن کی سیدھ میں برقی فیلڈز کے ذریعے ہیرا پھیری کی جا سکتی ہے۔ وہ ڈسپلے سسٹم میں استعمال ہوتے ہیں جو موبائل فون، گھڑیاں اور دیگر الیکٹرانک گیجٹس میں بڑے پیمانے پر پائے جاتے ہیں۔ ٹاپولوجیکل نقائص نیومیٹک مائع کرسٹل میں پائے جاتے ہیں جہاں سیدھ میں تبدیلی آتی ہے۔ کوانٹم دنیا میں ان نظاموں کی مماثلت کچھ عرصے سے معلوم ہے۔ 1991 میں، Pierre-Gilles de Gennes طبیعیات کا نوبل انعام اس کے احساس کے لیے جیتا کہ سپر کنڈکٹرز کی فزکس کو مائع کرسٹل میں موجود نقائص پر بھی لاگو کیا جا سکتا ہے۔

اب، لاگو ریاضی دان Žiga Kos اور جورن ڈنکل میساچوسٹس انسٹی ٹیوٹ آف ٹیکنالوجی نے اس بات پر غور کیا ہے کہ آیا نیومیٹک مائع کرسٹل ایک نئے کمپیوٹنگ پلیٹ فارم کے طور پر کارآمد ثابت ہو سکتے ہیں۔

اعلی جہتی ریاست کی جگہ

ڈنکل کہتے ہیں، "ہم سب ڈیجیٹل کمپیوٹرز کو جانتے اور استعمال کرتے ہیں، اور بہت عرصے سے لوگ جانتے ہیں کہ لوگ متبادل حکمت عملیوں جیسے مائع پر مبنی کمپیوٹرز یا کوانٹم سسٹمز کے بارے میں بات کر رہے ہیں جن میں اعلی جہتی ریاست کی جگہ ہوتی ہے تاکہ آپ مزید معلومات کو ذخیرہ کر سکیں،" ڈنکل کہتے ہیں۔ "لیکن پھر سوال یہ ہے کہ اس تک کیسے رسائی حاصل کی جائے اور اس میں ہیرا پھیری کیسے کی جائے۔"

گوگل اور آئی بی ایم نے سپر کنڈکٹنگ کوانٹم بٹس (کوبٹس) کا استعمال کرتے ہوئے کوانٹم کمپیوٹرز تیار کیے ہیں، جن کو ڈیکوہرنس کو روکنے کے لیے کرائیوجینک درجہ حرارت کی ضرورت ہوتی ہے، جب کہ ہنی ویل اور IonQ نے پھنسے ہوئے آئنوں کا استعمال کیا ہے، جن کو الیکٹریکل ٹریپس میں آئنوں کے درمیان گیٹ آپریشن کرنے کے لیے انتہائی مستحکم لیزر کی ضرورت ہوتی ہے۔ دونوں نے قابل ذکر پیش رفت کی ہے، اور دوسرے پروٹوکول جیسے نیوٹرل ایٹم کیوبٹس ترقی کے ابتدائی مراحل میں ہیں۔ تاہم، یہ سب انتہائی مخصوص، نازک پروٹوکول کو ملازمت دیتے ہیں جو مائع کرسٹل سسٹم میں لاگو نہیں ہوتے ہیں۔

اپنے نئے کام میں، محققین یہ ظاہر کرتے ہیں کہ، اگرچہ طبیعیات مختلف ہیں، لیکن کوئی بھی مائع کرسٹل میں ٹاپولوجیکل خرابی کے رویے اور کوئبٹ کے رویے کے درمیان ریاضیاتی مشابہت پیدا کر سکتا ہے۔ اس لیے ان "این بٹس" (نیمیٹک بٹس) کا علاج کرنا نظریاتی طور پر ممکن ہے، جیسا کہ محققین نے انہیں کہا ہے، جیسے کہ وہ کوبٹس ہیں - اور ان کا استعمال کوانٹم کمپیوٹنگ الگورتھم کو انجام دینے کے لیے، حالانکہ ان کے رویے کو کنٹرول کرنے والی اصل طبیعیات کلاسیکی طور پر وضاحت کی جائے۔

کلاسیکی کمپیوٹنگ سے آگے

یا کم از کم، یہ منصوبہ ہے. محققین نے یہ ظاہر کیا کہ سنگل این بٹس کو بالکل سنگل کوئبٹس کی طرح برتاؤ کرنا چاہیے، اور اس لیے سنگل این بٹ گیٹس نظریاتی طور پر سنگل کوئبٹ گیٹس کے مساوی تھے: "کوانٹم کمپیوٹنگ میں دوسرے گیٹس ہیں جو ایک سے زیادہ کوئبٹس پر کام کرتے ہیں،" ڈنکل بتاتے ہیں۔ اور یہ یونیورسل کوانٹم کمپیوٹنگ کے لیے درکار ہیں۔ یہ وہ چیزیں ہیں جو ہمارے پاس اس وقت مائع کرسٹل گیٹس کے لیے نہیں ہیں۔ اس کے باوجود، ڈنکل کہتے ہیں، "ہم ایسی چیزیں کر سکتے ہیں جو کلاسیکی کمپیوٹنگ سے آگے نکل جائیں۔"

محققین ایک سے زیادہ qubits اور متعدد n-bits کے درمیان ریاضیاتی نقشہ سازی کی بہتر تفہیم حاصل کرنے کی امید میں اپنا نظریاتی کام جاری رکھے ہوئے ہیں تاکہ یہ معلوم کیا جا سکے کہ مشابہت واقعی کتنی قریب ہے۔ وہ نرم مادے کے طبیعیات دانوں کے ساتھ بھی کام کر رہے ہیں جو لیبارٹری میں دروازے بنانے کی کوشش کر رہے ہیں۔ "ہمیں امید ہے کہ اگلے ایک یا دو سالوں میں ایسا ہو جائے گا،" ڈنکل کہتے ہیں۔

ڈنکل اور کوس نے ایک مقالے میں اپنے مطالعے کی وضاحت کی ہے۔ سائنس ایڈوانسز. نظریاتی اور کمپیوٹیشنل ماہر طبیعیات ڈینیئل بیلر امریکہ کی جانز ہاپکنز یونیورسٹی سے محتاط انداز میں متاثر ہوا: "مجھے یہ مقالہ بہت پسند ہے،" وہ کہتے ہیں۔ "مجھے لگتا ہے کہ یہ ممکنہ طور پر بہت اہم ہے۔" وہ ان دعوؤں کو نوٹ کرتا ہے جو کوانٹم کمپیوٹرز کی صلاحیتوں کے لیے بہت زیادہ وسائل استعمال کرتے ہوئے الگورتھم کو چلانے کے لیے تیار کیے گئے ہیں یا انھیں کلاسیکی کمپیوٹر پر قابل عمل بنانے کے لیے بہت زیادہ لمبا کیا گیا ہے اور کہا گیا ہے کہ "یہ کام تجویز کرتا ہے کہ وہ تصورات قابل آزمائش ہو سکتے ہیں اور وہ کمپیوٹیشنل۔ ایک ایسے نظام میں رفتار حاصل کی جا سکتی ہے جو انتہائی سرد درجہ حرارت یا کوانٹم ڈیکوہرنس کو روکنے پر منحصر نہیں ہے۔ انہوں نے مزید کہا کہ "یہ ایک عظیم نظریاتی اور کمپیوٹیشنل مظاہرہ ہے، کیونکہ طبیعیات ایک تجرباتی سائنس ہے، اس کے بعد اسے تجربے کے ذریعے جانچا جانا چاہیے۔" وہ متنبہ کرتا ہے، مثال کے طور پر، کہ ماڈل میں استعمال ہونے والے کچھ مفروضوں کا ادراک کرنا، جیسے کہ ان کے ارد گرد مائع کرسٹل کے بہاؤ کے دوران نقائص ساکت رہتے ہیں، "تجربات میں کچھ ڈیزائن پر غور کرنے" کی ضرورت ہوگی۔