کوانٹم کلوبرنگ کے بعد، ایک نقطہ نظر غیر محفوظ رہتا ہے۔

کوانٹم کمپیوٹرز کو بہت زیادہ مقبولیت ملتی ہے، لیکن سچ یہ ہے کہ ہمیں ابھی تک یقین نہیں ہے کہ وہ کس چیز کے لیے اچھے ہوں گے۔ یہ آلات ذیلی ایٹمی دنیا کی مخصوص طبیعیات کا فائدہ اٹھاتے ہیں اور ان میں ایسے حسابات کرنے کی صلاحیت ہوتی ہے جو باقاعدہ، کلاسیکی کمپیوٹرز نہیں کر سکتے۔ لیکن واضح "کوانٹم فائدہ" کے ساتھ کسی الگورتھم کی مثالیں تلاش کرنا مشکل ثابت ہوا ہے جو کلاسیکی مشینوں کی پہنچ سے باہر کارکردگی کو قابل بناتا ہے۔

زیادہ تر 2010 کے دہائیوں میں، بہت سے کمپیوٹر سائنسدانوں نے محسوس کیا کہ ایپلی کیشنز کے ایک خاص گروپ نے اس فائدہ کو تلاش کرنے میں بہت اچھا کام کیا ہے. اعداد و شمار کے تجزیہ کے کچھ حسابات تیزی سے تیز ہوں گے جب انہیں کوانٹم کمپیوٹر کے ذریعے کچل دیا جائے گا۔

اس کے بعد ایون تانگ آیا۔ 18 میں ایک 2018 سالہ حالیہ کالج گریجویٹ کے طور پر، اس نے کلاسیکل کمپیوٹرز کے لیے ان مسائل کو حل کرنے کے لیے ایک نیا طریقہ تلاش کیا، نیچے smacking فائدہ جس کا کوانٹم الگورتھم نے وعدہ کیا تھا۔ کوانٹم کمپیوٹرز پر کام کرنے والے بہت سے لوگوں کے لیے، تانگکا کام ایک حساب تھا۔ "ایک ایک کرکے، یہ انتہائی دلچسپ استعمال کے معاملات ابھی ختم ہوگئے،" کہا کرس کیڈ، ڈچ کوانٹم کمپیوٹنگ ریسرچ سنٹر QuSoft میں ایک نظریاتی کمپیوٹر سائنسدان۔

لیکن ایک الگورتھم بغیر کسی نقصان کے بچ گیا: ڈیٹا کی "شکل" کا مطالعہ کرنے کے لیے ایک مخصوص ریاضیاتی نقطہ نظر پر ایک کوانٹم موڑ، جسے ٹاپولوجیکل ڈیٹا اینالیسس (TDA) کہا جاتا ہے۔ ستمبر میں کاغذات کی ہلچل کے بعد، محققین کو اب یقین ہے کہ ٹی ڈی اے کے یہ حساب کتاب کلاسیکل کمپیوٹرز کی سمجھ سے باہر ہیں، شاید کوانٹم فزکس سے پوشیدہ تعلق کی وجہ سے۔ لیکن یہ کوانٹم فائدہ صرف انتہائی مخصوص حالات میں ہوسکتا ہے، اس کی عملییت کو سوالیہ نشان بناتا ہے۔

میساچوسٹس انسٹی ٹیوٹ آف ٹکنالوجی کے کوانٹم مکینیکل انجینئر سیٹھ لائیڈ جس نے کوانٹم ٹی ڈی اے الگورتھم کو مشترکہ طور پر بنایا تھا، اس کی اصلیت کو واضح طور پر یاد کرتے ہیں۔ وہ اور ساتھی طبیعیات دان پاولو زنارڈی 2015 میں پیرینیز پہاڑوں کے ایک خوبصورت قصبے میں کوانٹم فزکس ورکشاپ میں شرکت کر رہے تھے۔ کانفرنس کے چند دن بعد، وہ ہوٹل کے آنگن میں گھومنے کے لیے بات چیت چھوڑ رہے تھے جب انہوں نے ایک "پاگل تجریدی" ریاضیاتی تکنیک کے گرد اپنا سر لپیٹنے کی کوشش کی۔ انہوں نے ڈیٹا کا تجزیہ کرنے کے بارے میں سنا تھا۔

زنارڈی کو ریاضی کے بنیادی TDA سے پیار ہو گیا تھا، جس کی جڑیں تھیں۔ ٹاپولوجی، ریاضی کی ایک شاخ جس کا تعلق ان خصوصیات سے ہے جو اس وقت باقی رہتی ہیں جب شکلیں ٹکرا دی جاتی ہیں، کھینچی جاتی ہیں یا مڑ جاتی ہیں۔ "یہ ریاضی کی ان شاخوں میں سے ایک ہے جو ہر چیز کو صرف کر دیتی ہے،" کہا ویدران ڈنجکولیڈن یونیورسٹی میں کوانٹم کمپیوٹنگ محقق۔ "یہ ہر جگہ ہے۔" فیلڈ کے مرکزی سوالات میں سے ایک چیز میں سوراخوں کی تعداد ہے، جسے بیٹی نمبر کہتے ہیں۔

ٹوپولوجی ہماری واقف تین جہتوں سے آگے بڑھ سکتی ہے، جس سے محققین کو چار، 10- اور یہاں تک کہ 100 جہتی اشیاء میں بیٹی نمبروں کا حساب لگانے کی اجازت دیتی ہے۔ یہ ٹوپولوجی کو بڑے ڈیٹا سیٹس کی شکلوں کا تجزیہ کرنے کے لیے ایک پرکشش ٹول بناتا ہے، جس میں سیکڑوں جہتوں اور رابطوں کو بھی شامل کیا جا سکتا ہے۔

فی الحال، کلاسیکی کمپیوٹر صرف چار جہتوں کے بٹی نمبروں کا حساب لگا سکتے ہیں۔ اس پیرینین ہوٹل کے آنگن پر، لائیڈ اور زنارڈی نے اس رکاوٹ کو توڑنے کی کوشش کی۔ تقریباً ایک ہفتے کی بحث اور لکھی ہوئی مساوات کے بعد، ان کے پاس ایک کوانٹم الگورتھم کی ننگی ہڈیاں تھیں جو بہت ہی اعلیٰ جہتوں کے ڈیٹا سیٹوں میں بیٹی نمبروں کا اندازہ لگا سکتی تھیں۔ وہ شائع اسے 2016 میں، اور محققین نے ڈیٹا کے تجزیہ کے لیے کوانٹم ایپلی کیشنز کے گروپ میں اس کا خیرمقدم کیا جس کے بارے میں ان کے خیال میں کوانٹم کا ایک بامعنی فائدہ ہے۔

دو سالوں کے اندر، TDA واحد تھا جو تانگ کے کام سے متاثر نہیں ہوا تھا۔ جب کہ تانگ نے اعتراف کیا کہ TDA "دوسروں سے حقیقی طور پر مختلف ہے"، وہ اور دیگر محققین کو یہ سوچنے پر چھوڑ دیا گیا کہ اس کا فرار کس حد تک ایک فلک ثابت ہو سکتا ہے۔

ڈنجکو اور اس کے ساتھیوں نے TDA کے لیے ایک کلاسیکل الگورتھم تلاش کرنے کے لیے ایک اور شاٹ لینے کا فیصلہ کیا جو اس کے کوانٹم فائدہ کو ختم کر سکے۔ ایسا کرنے کے لیے، انہوں نے تانگ کے طریقوں کو اس مخصوص ایپلی کیشن پر لاگو کرنے کی کوشش کی، نہ جانے کیا ہو گا۔ "ہمیں واقعی یقین نہیں تھا۔ اس بات پر یقین کرنے کی وجوہات تھیں کہ شاید یہ 'Tangization' سے بچ جائے،'' اس نے یاد کیا۔

زندہ رہو یہ کیا۔ نتائج میں سب سے پہلے 2020 میں پری پرنٹ کے طور پر شائع کیا گیا اور اس اکتوبر میں شائع ہوا۔ کوانٹم، ڈنجکو کی ٹیم سے ظاہر ہوا کہ ٹی ڈی اے کی بقاءکوئی نقصان نہیں تھا۔ ایک کلاسیکی الگورتھم کو تلاش کرنے کے لیے جو کوانٹم الگورتھم کے ساتھ رفتار برقرار رکھ سکے، "آپ کو سیٹھ لائیڈ کے الگورتھم پر Ewin Tang کے [عمل] کو آنکھیں بند کرکے لاگو کرنے کے بجائے کچھ مختلف کرنا پڑے گا،" کیڈ نے کہا، مقالے کے شریک مصنفین میں سے ایک۔

ہم یقینی طور پر نہیں جانتے کہ کلاسیکی الگورتھم TDA کے ساتھ نہیں پکڑ سکتے، لیکن ہم جلد ہی وہاں پہنچ سکتے ہیں۔ "اس بات کو ثابت کرنے کے لیے ہمیں چار مراحل میں سے… شاید ہم نے تین کیے ہوں،" کہا مارکوس کرچیگنوسٹارٹ اپ QC ویئر میں ایک نظریاتی طبیعیات دان۔ اب تک کا بہترین ثبوت اس کاغذ سے ملتا ہے جو اس نے پچھلے سال کیڈ کے ساتھ پوسٹ کیا تھا جس میں دکھایا گیا ہے کہ اسی طرح کا ٹاپولوجیکل حساب کتاب ہے۔ مؤثر طریقے سے حل نہیں کیا جا سکتا کلاسیکی کمپیوٹرز کے ذریعے۔ Crichigno فی الحال خاص طور پر TDA کے لیے اسی نتیجہ کو ثابت کرنے کے لیے کام کر رہا ہے۔

کرچیگنو کو شبہ ہے کہ ٹی ڈی اے کی لچک کو کوانٹم میکینکس سے مربوط - اور مکمل طور پر غیر متوقع - کی طرف اشارہ کرتی ہے۔ یہ ربط supersymmetry سے آتا ہے، پارٹیکل فزکس کا ایک نظریہ جو مادے کو بنانے والے ذرات اور قوتیں لے جانے والے ذرات کے درمیان گہری ہم آہنگی تجویز کرتا ہے۔ یہ پتہ چلتا ہے، جیسا کہ ماہر طبیعیات ایڈ وٹین نے 1980 کی دہائی میں وضاحت کی تھی، کہ ٹوپولوجی کے ریاضیاتی اوزار آسانی سے ان سپر سیمیٹک نظاموں کو بیان کر سکتے ہیں۔ Witten کے کام سے متاثر ہو کر، Crichigno رہا ہے۔ اس کنکشن کو تبدیل کرنا ٹاپولوجی کا مطالعہ کرنے کے لیے سپر سمیٹری کا استعمال کرتے ہوئے

"یہ پاگل ہے. یہ واقعی، واقعی، واقعی ایک عجیب تعلق ہے،" ڈنجکو نے کہا، جو کرچیگنو کے کام میں شامل نہیں تھے۔ "مجھے ہنس کے ٹکرانے لگتے ہیں۔ لفظی."

کیڈ نے کہا، جس نے کرچیگنو کے ساتھ اس پر کام کیا ہے، یہ پوشیدہ کوانٹم کنکشن ٹی ڈی اے کو باقی چیزوں سے الگ کر سکتا ہے۔ "یہ واقعی، جوہر میں، ایک کوانٹم مکینیکل مسئلہ ہے، اگرچہ یہ ایسا نہیں لگتا،" انہوں نے کہا۔

لیکن جب کہ TDA ابھی تک کوانٹم فائدہ کی ایک مثال بنی ہوئی ہے، حالیہ تحقیق سے ایمیزون ویب سروسز، گوگل اور لائیڈ کی لیبارٹری MIT میں ممکنہ منظرناموں کو کافی حد تک محدود کر دیا گیا ہے جس میں فائدہ سب سے زیادہ واضح ہے۔ الگورتھم کو کلاسیکی تکنیکوں کے مقابلے میں تیزی سے چلانے کے لیے - ایک کوانٹم فائدہ کے لیے معمول کی بار - کھربوں کی ترتیب پر، اعلی جہتی سوراخوں کی تعداد ناقابل تصور حد تک بڑی ہونی چاہیے۔ بصورت دیگر، الگورتھم کی قربت کی تکنیک صرف موثر نہیں ہے، کلاسیکی کمپیوٹرز پر کسی بھی معنی خیز بہتری کو ختم کر دیتی ہے۔

یہ حقیقی دنیا کے اعداد و شمار میں "تلاش کرنے کے لیے حالات کا ایک مشکل مجموعہ" ہے، کیڈ نے کہا، جو تینوں کاغذات میں سے کسی میں شامل نہیں تھا۔ یہ یقینی طور پر جاننا مشکل ہے کہ آیا یہ حالات بالکل موجود ہیں، اس لیے فی الحال ہمارے پاس صرف اپنی وجدان ہے، کہا۔ ریان بابش, Google کے مطالعہ کے سینئر مصنفین میں سے ایک ہے، اور نہ ہی وہ اور نہ ہی Cade توقع کرتے ہیں کہ یہ حالات عام ہوں گے۔

تانگ، جو اب یونیورسٹی آف واشنگٹن میں ڈاکٹریٹ کے طالب علم ہیں، ان حدود کو دیکھتے ہوئے، ٹی ڈی اے کو عملی طور پر کوانٹم ایپلی کیشن نہیں سمجھتے۔ "میرے خیال میں الگورتھم شکار سے دور جانے کے لیے مجموعی طور پر فیلڈ کو نئی شکل دی گئی ہے"، اس نے کہا۔ وہ توقع کرتی ہے کہ کوانٹم کمپیوٹرز خود کوانٹم سسٹمز کے بارے میں سیکھنے کے لیے سب سے زیادہ کارآمد ہوں گے، نہ کہ کلاسیکی ڈیٹا کا تجزیہ کرنے کے لیے۔

لیکن حالیہ کام کے پیچھے محققین TDA کو ڈیڈ اینڈ کے طور پر نہیں دیکھتے ہیں۔ گوگل کی ٹیم کے ساتھ کام کرنے والے ڈنجکو نے کہا کہ حالیہ پری پرنٹس کے بعد تمام ریسرچ ٹیموں کے درمیان زوم میٹنگ کے دوران، "ہم میں سے ہر ایک کو اندازہ تھا کہ آگے کیا کرنا ہے۔" کرچیگنو، مثال کے طور پر، امید کرتا ہے کہ ٹوپولوجی اور کوانٹم میکانکس کے درمیان اس تعلق سے پوچھ گچھ کرنے سے زیادہ غیر متوقع طور پر کوانٹم مسائل پیدا ہوں گے جو خاص طور پر کوانٹم کمپیوٹیشن کے لیے موزوں ہو سکتے ہیں۔

ہمیشہ ایک تخلیقی نئے کلاسیکی نقطہ نظر کا خطرہ رہتا ہے جو تانگ اور ڈنجکو نہیں کر سکے، اور آخر کار TDA کو نیچے لے آئے۔ ڈنجکو نے کہا، "میں اپنے گھر، نہ اپنی گاڑی، نہ ہی اپنی بلی پر شرط لگاؤں گا،" کہ ایسا نہیں ہوگا۔ "لیکن کہانی مری نہیں ہے۔ مجھے لگتا ہے کہ یہ بنیادی وجہ ہے کہ میں بالکل پریشان نہیں ہوں۔