کوانٹم کمپیوٹنگ پروٹوکول ایک صف میں انفرادی ایٹموں کو نشانہ بنانے سے گریز کرتا ہے - فزکس ورلڈ

کولڈ ایٹم پر مبنی کوانٹم بٹس (کوبٹس) کوانٹم کمپیوٹنگ کے لیے تیزی سے پرکشش امیدوار ہیں۔ تاہم، کوانٹم معلومات کی پروسیسنگ کے لیے انفرادی طور پر جوڑ توڑ کے لیے لیزرز کے ساتھ ایک صف میں واحد ایٹموں کو نشانہ بنانا ایک چیلنج ہے۔ ابھی، فرانسسکو سیزا اور ہنیس پچر آسٹریا کی یونیورسٹی آف انسبرک نے کوانٹم کمپیوٹیشن کے لیے ایک نیا پروٹوکول ڈیزائن کیا ہے جو انفرادی ایٹموں کو نشانہ بنانے پر انحصار نہیں کرتا ہے۔ دوسرے محققین اب لیب میں پروٹوکول کو نافذ کرنے کی کوشش کر رہے ہیں۔

کوانٹم کمپیوٹرز کو کچھ ایسے حسابات کرنے کے قابل ہونا چاہیے جو سب سے زیادہ طاقتور روایتی سپر کمپیوٹرز کی صلاحیت سے باہر ہیں۔ تاہم، ٹیکنالوجی اب بھی ترقی کے ابتدائی مرحلے میں ہے اور یہ واضح نہیں ہے کہ کس قسم کی کوبٹس بہترین ہیں۔ آج، سپر کنڈکٹنگ سرکٹس پر مبنی کوئبٹس سب سے زیادہ ترقی یافتہ ہیں - لیکن کولڈ آئنوں کی صفوں پر مبنی کوئبٹس کو بھی کامیابی ملی ہے۔

ابھی حال ہی میں، الٹرا کولڈ نیوٹرل ایٹموں کی صفوں کی بھی کوئبٹس کے طور پر استعمال کے لیے چھان بین کی گئی ہے۔ ایٹم پرکشش ہیں کیونکہ وہ مستحکم، توسیع پذیر، فطرت میں یکساں اور لیزر ٹیکنالوجیز میں ترقی کی بدولت قابل کنٹرول ہیں۔ ایٹم Rydberg ریاستوں کے لیے پرجوش ہو سکتے ہیں، جو ایٹموں کو بات چیت کرنے اور الجھنے کی اجازت دیتے ہیں - جو کوانٹم کمپیوٹنگ میں ایک اہم عمل ہے۔

کوانٹم ایڈجسٹمنٹ

جوہری صفوں میں، لیزر ایٹموں کو جگہ پر رکھنے کے لیے باقاعدگی سے فاصلہ رکھنے والے آپٹیکل چمٹی بناتے ہیں۔ دوسرے لیزر ایٹموں کی کوانٹم حالتوں کو یا تو پرجوش کرکے ایڈجسٹ کرنے کے لیے استعمال کیے جاتے ہیں۔ انہیں توانائی چھوڑنے اور اپنی زمینی حالت میں واپس آنے کے لیے دباؤ ڈالنا؛ یا ایٹم کو توانائی کی حالتوں کے سپرپوزیشن میں چھوڑنا۔ سپرپوزیشن کوانٹم کمپیوٹنگ کے لیے مفید ہے۔

لیزر جو ایٹموں کی حالتوں میں ہیرا پھیری کرتے ہیں وہ عام طور پر پوری صف کو روشن کرتے ہیں، جس سے انفرادی ایٹموں میں موجود کوانٹم معلومات پر کارروائی کرنا مشکل ہو جاتا ہے۔ تاہم 2022 میں، امریکہ اور برطانیہ میں محققین کی ایک ٹیم نے اس کا مظاہرہ کیا۔ واحد ایٹموں کو نشانہ بنانا لیزر بیم کے ساتھ. اس سال بھی، ایک ٹیم جس میں پِلچر شامل تھا، نے ایک مختلف طریقہ اختیار کیا۔ ایک صف کے اندر واحد ایٹموں کو منتقل کرنا

"میں اس نقطہ نظر کا ایک بڑا پرستار ہوں،" Pichler بتاتا ہے طبیعیات کی دنیا، لیکن وہ مزید کہتے ہیں کہ اس نقطہ نظر کے فوائد ہوسکتے ہیں جس کے لئے انفرادی ایٹموں کے اتنے زیادہ کنٹرول کی ضرورت نہیں ہے۔

Cesa اتفاق کرتا ہے، "درحقیقت، مقامی ایڈریسنگ پر موجودہ نتائج بہت امید افزا ہیں - اور بہت ہی دلچسپ - لیکن یہ Rydberg ایٹموں کے ساتھ حساب کے سب سے نازک پہلوؤں میں سے ایک ہے،"۔ وہ مزید کہتے ہیں، "یہ سمجھا جاتا ہے کہ کوئی بھی ایسے نازک آلے کو جتنا ممکن ہو کم استعمال کرنے کو ترجیح دے گا، اور زیادہ تر عالمی کنٹرول پر انحصار کرے گا۔"

ساتھ مضبوط

ان کے نئے پروٹوکول میں، ہر کوئبٹ ایٹموں کی ایک تار ہے جسے تار کہتے ہیں۔ ہر تار دو کوانٹم حالتوں میں سے کسی ایک میں یا دونوں کی سپر پوزیشن میں موجود ہو سکتا ہے۔ Cesa وضاحت کرتا ہے، "حساب کے ہر قدم پر، معلومات کو ایٹموں کے ذیلی سیٹ میں ذخیرہ کیا جاتا ہے" ہر تار میں۔ یہ ذیلی سیٹ "انٹرفیس ایٹم" پر مشتمل ہے جو ایٹموں سے بنے تار کے دو حصوں کے درمیان پڑے ہیں جو ان کی پرجوش اور زمینی حالتوں کے لحاظ سے مختلف طریقے سے ترتیب دیے گئے ہیں۔ معیاری ترتیب میں، ایک انٹرفیس کے ایک طرف کے ایٹم زمین اور پرجوش رائڈبرگ ریاستوں کے درمیان متبادل ہوتے ہیں اور دوسری طرف کے ایٹم سب زمینی حالت میں ہوتے ہیں۔

ایک تار کے اندر، ایک ایٹم اس وقت پرجوش نہیں ہو سکتا جب وہ دوسرے پرجوش ایٹم سے ایک مخصوص فاصلے کے اندر ہوتا ہے - ایک فاصلہ جسے "رائیڈبرگ بلاکیڈ ریڈیئس" کہا جاتا ہے۔ اس کا مطلب یہ ہے کہ ایک واقعہ نبض انٹرفیس کے صرف ایک طرف ایٹموں کو اکسائے گی۔ آیا انٹرفیس ایٹم کے بعد پہلا ایٹم حالت بدلتا ہے اس کا انحصار انٹرفیس ایٹم کی حالت پر ہوتا ہے۔ اس طرح سے انٹرفیس اور جو معلومات اس کو انکوڈ کرتا ہے وہ تار کو اوپر لے جا سکتا ہے کیونکہ سسٹم پلس ہوتا ہے – یا اگر دالیں الٹی ہوتی ہیں تو تار کو پیچھے کر سکتے ہیں۔

اب تک، لائن کے اوپر اور نیچے جانے والی معلومات میں کوئی تبدیلی نہیں ہوئی ہے۔ تبدیلی اس وقت ہوتی ہے جب انٹرفیس ایٹم کا سامنا "سپراٹومس" سے ہوتا ہے۔ یہ تاروں کی ایک صف میں بعض جگہوں پر یا ان کے درمیان ایٹموں کے جھرمٹ ہیں جو کیوبٹ کی حالت کو تبدیل کر سکتے ہیں۔ یہ مؤثر طریقے سے ایک صف کے اندر موجود کوانٹم معلومات پر کارروائی کرتا ہے۔

"آپ اسے یا تو [سپر ایٹمز کی] ترتیب میں الگورتھم کو انکوڈنگ کے طور پر دیکھ سکتے ہیں یا آپ کی معلومات کے گرد گھومنے والی نبض کی ترتیب میں،" Pichler وضاحت کرتا ہے۔ وہ مزید کہتے ہیں، "میرے خیال میں یہ خوبصورت ہے کہ یہ کوانٹم بہت سے باڈی سسٹمز کی قدرتی حرکیات کو کوانٹم انفارمیشن پروسیسنگ سے انتہائی شفاف طریقے سے جوڑتا ہے"۔

تکمیلی پروٹوکول

Pichler بتاتے ہیں کہ ان کا پروٹوکول ان تکنیکوں کی تکمیل کر سکتا ہے جو انفرادی ایٹموں کو "کوانٹم پروسیسرز کو ڈیزائن کرنے میں ایک اضافی نوب کے طور پر" نشانہ بناتی ہیں۔ کچھ عمل ٹارگٹڈ اپروچ استعمال کر سکتے ہیں، جبکہ دیگر سب روٹینز پوری صف کو عالمی سطح پر ایڈریس کر کے موثر طریقے سے حاصل کی جا سکتی ہیں۔ "ہمارے خیالات کو بروئے کار لا کر، کوئی شخص انفرادی ایٹم کنٹرول پر آنے والی کالز کو کافی حد تک کم کر سکتا ہے، اور اسے کب استعمال کرنا ہے اس کا فیصلہ درست طریقے سے کر سکتا ہے،" سیسا مزید کہتے ہیں۔

مارک سیف مین میڈیسن کی یونیورسٹی آف وسکونسن میں واحد ایٹم کو نشانہ بنانے کے ماہر ہیں۔ انہوں نے نئے پروٹوکول کو "رائیڈبرگ انٹرایکٹنگ ایٹموں کی عالمی سطح پر کنٹرول شدہ صفوں کے ساتھ عالمگیر کوانٹم کمپیوٹیشن کے حصول کے لیے ایک غیر متوقع حل" کے طور پر بیان کیا۔

نیا نیوٹرل ایٹم کوئبٹ کوانٹم کمپیوٹنگ کے لیے فوائد فراہم کرتا ہے۔

انہوں نے کہا طبیعیات کی دنیا کہ انفرادی ایٹموں کی پوزیشن اور کوانٹم حالت کو کنٹرول کرنے کی ضرورت "آپٹیکل کنٹرول سسٹم کی ضروریات پر بہت زیادہ بوجھ ڈالتی ہے۔ Cesa اور Pichler کی طرف سے عالمی نقطہ نظر اس ضرورت کو دور کرتا ہے، جس سے اسکیل ایبلٹی کا راستہ چھوٹا ہو سکتا ہے۔" تاہم، وہ یہ بھی بتاتا ہے کہ "فن تعمیر میں ابھی تک غلطی کی اصلاح شامل نہیں ہے، جو بلاشبہ سب سے زیادہ مطالبہ کرنے والی ایپلی کیشنز کے لیے کوانٹم فائدہ تک پہنچنے کے لیے درکار ہو گی"۔

Pichler اور Cesa متفق ہیں، اور وہ اگلے کلیدی کام کے طور پر غلطی کی اصلاح کو دیکھتے ہیں۔ "یہ کوانٹم پروسیسنگ کا ایک نیا طریقہ ہے اور اس کے لیے غلطیوں کو دبانے کے طریقے کے بارے میں سوچنے کا ایک نیا طریقہ درکار ہے،" Pichler کہتے ہیں۔ وہ نوٹ کرتا ہے کہ چونکہ ہر کوئبٹ ایٹموں کی ایک تار کا استعمال کرتا ہے - نہ صرف ایک ایٹم - اس عمل کو آسانی سے غلطیوں کے لیے زیادہ حساس سمجھا جا سکتا ہے۔ تاہم، غلطیوں کے اثرات دیکھنا باقی ہیں۔

Cesa اور Pichler نے پہلے سے ہی ایسی خصوصیات کی نشاندہی کی ہے جن سے غلطی کی اصلاح میں مدد کے لیے فائدہ اٹھایا جا سکتا ہے، اس بات کی نشاندہی کرتے ہوئے کہ ہر تار کوبٹ میں موجود زیادہ تر ایٹموں کے پاس ان سے متعلق معلومات نہیں ہوتی ہیں۔ "آپ کو اس طرح کے بیکار ایٹم پر غلطیوں کو درست کرنے کے لئے مکمل طور پر تیار شدہ کوانٹم غلطی کی اصلاح کی ضرورت نہیں ہے،" Pichler وضاحت کرتا ہے.

Pichler اور Cesa تجویز کرتے ہیں کہ پروٹوکول دوسرے کوانٹم کمپیوٹنگ پلیٹ فارمز کو بھی فائدہ پہنچا سکتا ہے جیسے کہ سپر کنڈکٹنگ سرکٹس پر مبنی۔

پروٹوکول a میں بیان کیا گیا ہے۔ کاغذ جو اس میں ظاہر ہوگا۔ جسمانی جائزہ لینے کے خطوط اور ایک میں پری پرنٹ پر دستیاب arxiv.

• 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/quantum-computing-protocol-avoids-targeting-individual-atoms-in-an-array/