کوانٹم فائدہ کیا ہے؟ وہ لمحہ جب انتہائی طاقتور کوانٹم کمپیوٹرز آئیں گے۔

کوانٹم فائدہ کیا ہے؟ وہ لمحہ جب انتہائی طاقتور کوانٹم کمپیوٹرز آئیں گے۔

ٹائم سٹیمپ: 17 نومبر 2023 3:03 PM

کوانٹم فائدہ وہ سنگ میل ہے جس کی طرف کوانٹم کمپیوٹنگ کا شعبہ پوری شدت سے کام کر رہا ہے، جب ایک کوانٹم کمپیوٹر ایسے مسائل کو حل کر سکتا ہے جو انتہائی طاقتور نان کوانٹم، یا کلاسیکل، کمپیوٹرز کی پہنچ سے باہر ہیں۔

کوانٹم سے مراد ایٹموں اور مالیکیولز کے پیمانے ہیں جہاں طبیعیات کے قوانین جیسا کہ ہم تجربہ کرتے ہیں ٹوٹ جاتے ہیں اور قوانین کا ایک مختلف، متضاد سیٹ لاگو ہوتا ہے۔ کوانٹم کمپیوٹر مسائل کو حل کرنے کے لیے ان عجیب و غریب رویوں سے فائدہ اٹھاتے ہیں۔

مسائل کی کچھ قسمیں ہیں۔ کلاسیکی کمپیوٹرز کے لیے حل کرنا غیر عملی، جیسے جدید ترین خفیہ کاری الگورتھم کو کریک کرنا. حالیہ دہائیوں میں ہونے والی تحقیق سے معلوم ہوا ہے کہ کوانٹم کمپیوٹرز ان میں سے کچھ مسائل کو حل کرنے کی صلاحیت رکھتے ہیں۔ اگر ایک کوانٹم کمپیوٹر بنایا جا سکتا ہے جو درحقیقت ان مسائل میں سے کسی ایک کو حل کرتا ہے، تو اس نے کوانٹم فائدہ کا مظاہرہ کیا ہوگا۔

میں ہوں ایک طبیعیات دان جو کوانٹم انفارمیشن پروسیسنگ اور کوانٹم سسٹمز کے کنٹرول کا مطالعہ کرتا ہے۔ مجھے یقین ہے کہ سائنسی اور تکنیکی جدت طرازی کا یہ محاذ نہ صرف کمپیوٹیشن میں اہم پیشرفت کا وعدہ کرتا ہے بلکہ کوانٹم ٹیکنالوجی میں وسیع تر اضافے کی بھی نمائندگی کرتا ہے، بشمول کوانٹم کرپٹوگرافی اور کوانٹم سینسنگ میں اہم پیشرفت۔

کوانٹم کمپیوٹنگ کی طاقت کا ماخذ

کوانٹم کمپیوٹنگ کا مرکزی حصہ کوانٹم بٹ ہے، یا کوئٹہ. کلاسیکی بٹس کے برعکس، جو صرف 0 یا 1 کی حالتوں میں ہو سکتا ہے، ایک qubit کسی بھی حالت میں ہو سکتا ہے جو کہ 0 اور 1 کا کچھ مجموعہ ہو۔ نہ صرف 1 یا صرف 0 کی یہ حالت کوانٹم سپرپوزیشن. ہر اضافی qubit کے ساتھ، ریاستوں کی تعداد جو qubits کی طرف سے نمائندگی کی جا سکتی ہے دوگنی ہو جاتی ہے۔

اس خاصیت کو اکثر کوانٹم کمپیوٹنگ کی طاقت کے ماخذ کے لیے غلط سمجھا جاتا ہے۔ اس کے بجائے، یہ سپرپوزیشن کے ایک پیچیدہ تعامل پر آتا ہے، مداخلت ، اور داخلہ.

مداخلت میں qubits میں ہیرا پھیری شامل ہوتی ہے تاکہ ان کی ریاستیں صحیح حل کو بڑھانے کے لیے کمپیوٹیشن کے دوران تعمیری طور پر یکجا ہو جائیں اور غلط جوابات کو دبانے کے لیے تباہ کن طریقے سے۔ تعمیری مداخلت وہ ہوتی ہے جب دو لہروں کی چوٹیاں جیسے آواز کی لہریں یا سمندری لہریں مل کر ایک اونچی چوٹی بناتی ہیں۔ تباہ کن مداخلت وہ ہوتی ہے جب لہر کی چوٹی اور لہر گرت ایک دوسرے کو یکجا اور منسوخ کر دیتی ہے۔ کوانٹم الگورتھم، جو بہت کم ہیں اور وضع کرنا مشکل ہیں، مداخلت کے نمونوں کی ایک ترتیب ترتیب دیتے ہیں جو کسی مسئلے کا صحیح جواب دیتے ہیں۔

الجھن qubits کے درمیان ایک منفرد طور پر کوانٹم ارتباط قائم کرتی ہے: ایک کی حالت کو دوسروں سے آزادانہ طور پر بیان نہیں کیا جا سکتا، اس سے کوئی فرق نہیں پڑتا کہ qubits کتنے ہی فاصلے پر ہوں۔ یہ وہی ہے جسے البرٹ آئن اسٹائن نے مشہور طور پر "فاصلے پر ڈراونا عمل" کے طور پر مسترد کیا تھا۔ کوانٹم کمپیوٹر کے ذریعے ترتیب دیا گیا، الجھن کا اجتماعی رویہ، کمپیوٹیشنل اسپیڈ اپس کو قابل بناتا ہے جو کلاسیکی کمپیوٹرز کی پہنچ سے باہر ہیں۔

[سرایت مواد]

کوانٹم کمپیوٹنگ کی ایپلی کیشنز

کوانٹم کمپیوٹنگ میں ممکنہ استعمال کی ایک حد ہے جہاں یہ کلاسیکی کمپیوٹرز کو پیچھے چھوڑ سکتی ہے۔ کرپٹوگرافی میں، کوانٹم کمپیوٹر ایک موقع اور چیلنج دونوں کا باعث بنتے ہیں۔ سب سے مشہور، ان کے پاس ہے۔ موجودہ خفیہ کاری الگورتھم کو سمجھنے کی صلاحیت، جیسے وسیع پیمانے پر استعمال کیا جاتا ہے۔ آر ایس اے اسکیم.

اس کا ایک نتیجہ یہ ہے کہ آج کے انکرپشن پروٹوکولز کو مستقبل کے کوانٹم حملوں کے خلاف مزاحم ہونے کے لیے نئے سرے سے تیار کرنے کی ضرورت ہے۔ اس پہچان کی وجہ سے میدان میں تیزی آگئی ہے۔ پوسٹ کوانٹم خفیہ نگاری. ایک طویل عمل کے بعد، نیشنل انسٹی ٹیوٹ آف اسٹینڈرڈز اینڈ ٹیکنالوجی نے حال ہی میں چار کوانٹم ریزسٹنٹ الگورتھم کا انتخاب کیا ہے اور انہیں تیار کرنے کا عمل شروع کر دیا ہے تاکہ دنیا بھر کی تنظیمیں انہیں اپنی انکرپشن ٹیکنالوجی میں استعمال کر سکیں۔

اس کے علاوہ، کوانٹم کمپیوٹنگ ڈرامائی طور پر کوانٹم سمولیشن کو تیز کر سکتی ہے: کوانٹم دائرے میں کام کرنے والے تجربات کے نتائج کی پیش گوئی کرنے کی صلاحیت۔ مشہور طبیعیات دان رچرڈ فین مین اس امکان کا تصور کیا۔ 40 سال سے زیادہ پہلے. کوانٹم سمولیشن کیمسٹری اور میٹریل سائنس میں خاطر خواہ ترقی کے امکانات پیش کرتا ہے، جو کہ ادویات کی دریافت کے لیے مالیکیولر ڈھانچے کی پیچیدہ ماڈلنگ اور ناول کی خصوصیات کے ساتھ مواد کی دریافت یا تخلیق کو فعال کرنے جیسے شعبوں میں مدد فراہم کرتا ہے۔

کوانٹم انفارمیشن ٹیکنالوجی کا ایک اور استعمال ہے۔ کوانٹم سینسنگ: برقی مقناطیسی توانائی، کشش ثقل، دباؤ، اور درجہ حرارت جیسے جسمانی خصوصیات کا پتہ لگانا اور اس کی پیمائش کرنا زیادہ حساسیت اور درستگی غیر کوانٹم آلات کے مقابلے میں۔ کوانٹم سینسنگ کے شعبوں میں بے شمار ایپلی کیشنز ہیں جیسے ماحولیاتی نگرانی, ارضیاتی ریسرچ, طبی عکس زنی، اور نگرانی.

کی ترقی جیسے اقدامات کوانٹم انٹرنیٹ جو کہ کوانٹم کمپیوٹرز کو آپس میں جوڑتا ہے، کوانٹم اور کلاسیکی کمپیوٹنگ کی دنیا کو ختم کرنے کی جانب اہم قدم ہیں۔ اس نیٹ ورک کو کوانٹم کرپٹوگرافک پروٹوکولز جیسے کوانٹم کلیدی تقسیم کا استعمال کرتے ہوئے محفوظ کیا جا سکتا ہے، جو انتہائی محفوظ مواصلاتی چینلز کو قابل بناتا ہے جو کمپیوٹیشنل حملوں سے محفوظ ہوتے ہیں- بشمول کوانٹم کمپیوٹر استعمال کرنے والے۔

کوانٹم کمپیوٹنگ کے لیے بڑھتے ہوئے ایپلیکیشن سوٹ کے باوجود، نئے الگورتھم تیار کرنا جو کوانٹم فائدہ کا بھرپور استعمال کرتے ہیں—خاص طور پر مشین لرننگ میں- جاری تحقیق کا ایک اہم علاقہ ہے۔

پس منظر میں سبز لیزر لائٹ کے ساتھ ایک دھاتی اپریٹس
MIT محققین کی طرف سے تیار کردہ ایک پروٹو ٹائپ کوانٹم سینسر برقی مقناطیسی لہروں کی کسی بھی تعدد کا پتہ لگا سکتا ہے۔ تصویری کریڈٹ: گووکنگ وانگ, CC BY-NC-ND

ہم آہنگ رہنا اور غلطیوں پر قابو پانا

۔ کوانٹم کمپیوٹنگ فیلڈ ہارڈ ویئر اور سافٹ ویئر کی ترقی میں اہم رکاوٹوں کا سامنا کرنا پڑتا ہے۔ کوانٹم کمپیوٹرز اپنے ماحول کے ساتھ کسی بھی غیر ارادی تعامل کے لیے انتہائی حساس ہوتے ہیں۔ یہ decoherence کے رجحان کی طرف لے جاتا ہے، جہاں qubits تیزی سے کلاسیکی بٹس کی 0 یا 1 حالتوں میں گر جاتے ہیں۔

کوانٹم اسپیڈ اپس کے وعدے کو پورا کرنے کے قابل بڑے پیمانے پر کوانٹم کمپیوٹنگ سسٹم بنانے کے لیے ڈیکوہرنس پر قابو پانے کی ضرورت ہے۔ کلید کے موثر طریقوں کو تیار کرنا ہے۔ کوانٹم کی غلطیوں کو دبانا اور درست کرنا, ایک ایسا علاقہ جس پر میری اپنی تحقیق مرکوز ہے۔.

ان چیلنجوں کو نیویگیٹ کرنے میں، بے شمار کوانٹم ہارڈویئر اور سافٹ ویئر اسٹارٹ اپس گوگل اور آئی بی ایم جیسے اچھی طرح سے قائم ٹیکنالوجی انڈسٹری کے کھلاڑیوں کے ساتھ ساتھ ابھرے ہیں۔ یہ صنعت کی دلچسپی، دنیا بھر کی حکومتوں کی جانب سے نمایاں سرمایہ کاری کے ساتھ مل کر، کوانٹم ٹیکنالوجی کی تبدیلی کی صلاحیت کی اجتماعی شناخت کو اجاگر کرتی ہے۔ یہ اقدامات ایک بھرپور ماحولیاتی نظام کو فروغ دیتے ہیں جہاں اکیڈمیا اور صنعت باہم تعاون کرتے ہیں، میدان میں پیشرفت کو تیز کرتے ہیں۔

کوانٹم ایڈوانٹیج منظر عام پر آ رہا ہے۔

کوانٹم کمپیوٹنگ ایک دن کی آمد کی طرح خلل ڈالنے والا ہو سکتا ہے۔ پیدا کرنے والا AI. فی الحال، کوانٹم کمپیوٹنگ ٹیکنالوجی کی ترقی ایک اہم موڑ پر ہے۔ ایک طرف، فیلڈ نے پہلے ہی مختصر طور پر مخصوص کوانٹم فائدہ حاصل کرنے کے ابتدائی آثار دکھائے ہیں۔ گوگل کے محققین اور بعد میں a چین میں محققین کی ٹیم کوانٹم فائدہ کا مظاہرہ کیا۔ بے ترتیب نمبروں کی فہرست بنانے کے لیے مخصوص خصوصیات کے ساتھ۔ میری ریسرچ ٹیم نے کوانٹم سپیڈ اپ کا مظاہرہ کیا۔ بے ترتیب تعداد کا اندازہ لگانے والے کھیل کے لئے.

دوسری طرف، "کوانٹم ونٹر" میں داخل ہونے کا ایک واضح خطرہ ہے، اگر عملی نتائج قریب کی مدت میں سامنے نہیں آتے ہیں تو سرمایہ کاری میں کمی کی مدت ہے۔

جب کہ ٹیکنالوجی کی صنعت قریبی مدت میں مصنوعات اور خدمات میں کوانٹم فائدہ پہنچانے کے لیے کام کر رہی ہے، تعلیمی تحقیق اس نئی سائنس اور ٹیکنالوجی کے بنیادی اصولوں کی چھان بین پر مرکوز ہے۔ یہ جاری بنیادی تحقیق، جس قسم کے نئے اور ذہین طلبا کے پرجوش کیڈرز کی مدد سے تقریباً ہر روز سامنا ہوتا ہے، اس بات کو یقینی بناتا ہے کہ میدان ترقی کرتا رہے گا۔

یہ مضمون شائع کی گئی ہے گفتگو تخلیقی العام لائسنس کے تحت. پڑھو اصل مضمون.

تصویری کریڈٹ: xx/xx

ٹائم اسٹیمپ:

سے زیادہ یکسانیت مرکز