کوانٹم عمر میں خوش آمدید
2012 کے ایک مضمون میں، ایک نظریاتی طبیعیات دان جان پریسکل نے درج ذیل سوال پوچھا: "کیا بڑے پیمانے پر کوانٹم سسٹمز کا ارتقاء محض بہت، بہت مشکل ہے، یا یہ مضحکہ خیز حد تک مشکل ہے؟" سات سال بعد ہمارے پاس جواب ہے: یہ بہت، بہت مشکل ہے۔
حال ہی میں اس موضوع پر ایک تحقیقی مقالہ بہت کم وقت اور خوش قسمتی سے آن لائن شائع ہوا۔ "نیچر"، ایک اعلیٰ سطحی سائنسی جریدے نے اس مقالے کو شائع کرنے پر رضامندی ظاہر کی تھی جو، تاہم، عارضی اشاعت کے وقت، اب بھی خفیہ تھا۔
مقالے نے انکشاف کیا ہے کہ گوگل نے اسے حاصل کیا ہے جسے پریسکل نے "کوانٹم بالادستی" کہا ہے۔ کوانٹم کمپیوٹر کا استعمال کرتے ہوئے، انٹرنیٹ دیو کے محققین نے تین منٹ میں ایک حساب کتاب کیا جس کے لیے Summit، دنیا کا موجودہ سب سے طاقتور IBM سپر کمپیوٹر، 10.000 سال کی پروسیسنگ کی ضرورت ہوگی۔
کوانٹم بالادستی کا قطعی اظہار۔ اس بات پر اتفاق رائے ہے کہ یہ خفیہ دستاویز واقعی ٹیکنالوجی کی تاریخ میں ایک سنگ میل کی نمائندگی کرتی ہے۔
یہ دو ادوار کے درمیان واٹرشیڈ ہو سکتا ہے: ایک "پہلے"، جب کوانٹم کمپیوٹرز پر انحصار کیا جاتا تھا کہ وہ سلیکون سے آگے نکل جائیں، اور ایک "بعد"، جب یہ واقعتاً ہوا تھا۔ دوسرے دور کے بارے میں اب تک بہت کچھ کہا جا چکا ہے۔ اب یہ آچکا ہے۔
کافی آگے
گوگل کا تجربہ "سرکٹ سیمپلنگ" پر مشتمل تھا۔ ٹیسٹ اس بات کی تصدیق کرتا ہے کہ آیا مشین کے ذریعے کی جانے والی پروسیسنگ، بے ترتیب ان پٹس سے شروع ہو کر، کسی مخصوص ماڈل کے مطابق ہو سکتی ہے۔
یہ عجیب و غریب کام کوانٹم کمپیوٹر کی خصوصیات کو فٹ کرنے کے لیے منتخب کیا گیا تھا، بلکہ کلاسیکل کمپیوٹر پر اسی پروسیسنگ کا موازنہ کرنے کے لیے بھی کیا گیا تھا۔
تھوڑا سا عملی مطابقت کا ایک تجربہ، یہاں تک کہ اگر وسیع پیمانے پر یہ یقین ہو کہ کوانٹم کمپیوٹر، وقت کے ساتھ ساتھ، عام لوگوں کی زندگی کے لیے عملی اہمیت کے اور زیادہ معمول کے معاملات کو سنبھالنے کے قابل ہو سکتے ہیں۔
یہ نئی ادویات اور مواد یا مشین لرننگ کے ڈیزائن سے متعلق ہو سکتے ہیں۔ مزید برآں، وہ کرپٹوگرافک کوڈز کو متروک کر سکتے ہیں جو آج دنیا کے رازوں کی حفاظت کرتے ہیں۔
بٹس سے کوئبٹس تک
کوانٹم کمپیوٹر تین تصورات کو ملازمت دیتے ہیں۔ ایک "کوانٹم سپرپوزیشن" ہے، یعنی شروڈنگر کی مشہور مردہ اور زندہ بلی کے پیچھے نظریہ۔ کلاسک بٹس کے برعکس، جس میں صرف دو حالتیں ہو سکتی ہیں — ایک یا صفر — qubits دونوں کا مجموعہ ہو سکتا ہے۔
مثال کے طور پر، گوگل کی مشین میں 53 کیوبٹس ہیں، جو ان کے درمیان تقریباً دس ملین ممکنہ اوورلیپنگ ریاستوں کی نمائندگی کر سکتے ہیں۔
دوسرا "الجھنا" ہے۔ یہ کوانٹم ذرات کو وقت اور جگہ کے ساتھ جوڑتا ہے۔ معیاری کمپیوٹرز میں ہر بٹ کا تعلق اگلے کی حالت سے سختی سے ہوتا ہے۔
کوانٹم کمپیوٹنگ میں کیوبٹس بہت زیادہ جڑے ہوئے ہیں۔ اوور لیپنگ اور الجھے ہوئے کوئبٹس پر ریاضی کی کارروائیاں ایک ہی کمپیوٹیشنل عمل میں تمام کوئبٹس پر، زیادہ یا کم حد تک بیک وقت کام کر سکتی ہیں۔
کوانٹم کمپیوٹر کیسے کام کرتا ہے۔
ایک کوانٹم کمپیوٹیشن ایک ایک کرکے کوئبٹس کے قریب پہنچ کر شروع ہوتی ہے۔ زیادہ سے زیادہ آسان بنانے کے لیے، یہ کہا جا سکتا ہے کہ یہ ایک کوبٹ کو ایک یا صفر بناتا ہے، اور پھر اسے اپنے پڑوسی کے ساتھ کاٹتا ہے۔ ایک بار یہ ہو جانے کے بعد، وہ کوانٹم فزکس کے قواعد کو وقت کے ساتھ ساتھ تیار ہونے والی کوبٹس کی ریاستوں اور ربط کے ساتھ کام کرنے دیتا ہے۔
آخر میں (لیکن اس سے پہلے نہیں، جیسا کہ اس سے کمپیوٹیشن خراب ہو جائے گی)، جواب کے لیے qubits کا بیک وقت جائزہ لیا جاتا ہے۔
اہم کام ایک ارب غلط جوابات میں سے صحیح جواب کی نشاندہی کرنا ہے۔ یہ وہ جگہ ہے جہاں تیسرا خیال، انسداد بدیہی، عمل میں آتا ہے۔
کلاسیکی طبیعیات میں، امکانات کو مثبت اعداد میں ظاہر کیا جانا چاہیے۔ مان لیں کہ بارش کا 30% امکان ہے۔ کوانٹم میکینکس ایک متعلقہ تصور کا استعمال کرتا ہے جسے "طول و عرض" کہا جاتا ہے۔ یہ منفی اور مثبت دونوں ہو سکتے ہیں۔
آپ کو غلط جوابات کی نمائندگی کرنے والے طول و عرض کو ایک دوسرے کو منسوخ کرنا ہے، جبکہ صحیح جوابات کی نمائندگی کرنے والے ابھرتے ہیں۔ اس طرح، ڈویلپرز درست حل کے لیے قابل قبول قربت کے ساتھ رجوع کر سکتے ہیں۔
لیبارٹری میں یہ زیادہ پیچیدہ ہے۔
یہ وہ وضاحت ہے جو درسی کتب میں ملتی ہے۔ لیبارٹری میں چیزیں زیادہ پیچیدہ ہو جاتی ہیں۔ کوانٹم سپرپوزیشنز اور کوانٹم الجھاؤ انتہائی نازک مظاہر ہیں۔
مثال کے طور پر، ملحقہ مالیکیولز کی لہر کی حرکت ان میں خلل ڈال سکتی ہے اور حساب کو مشکل بنا سکتی ہے۔
کوانٹم کمپیوٹرز پر تیار کیے گئے زیادہ تر پراجیکٹس کا تقاضا ہے کہ مشینوں کو بیرونی خلا کے درجہ حرارت سے کم درجہ حرارت پر رکھا جائے اور انہیں خصوصی کمروں میں رکھا جائے۔
پروسیسنگ کے عمل پر نظر رکھنے کے لیے بہت زیادہ خصوصی افراد کی ضرورت ہوتی ہے۔
خرابی کا پتہ لگانے کا مسئلہ
تاہم، نہ تو سائنسدانوں کی انتہائی مہارت اور نہ ہی لیبارٹری کے مثالی حالات غلطیوں کو ہونے سے روک سکتے ہیں۔
کوانٹم سائنسدانوں کو درپیش سب سے بڑا مسئلہ کمپیوٹنگ میں غلطیوں کو تلاش کرنا اور درست کرنا ہے۔ جیسا کہ ہم نے کہا، کوانٹم کمپیوٹنگ کے ساتھ عملی ایپلی کیشنز تیار کرنے کے لیے روایتی آلات کے مقابلے میں بہت زیادہ پروسیسنگ کی ضرورت ہوتی ہے۔ اس پیمانے پر، غلطیوں کا خطرہ بہت بڑھ جاتا ہے۔
اس صورتحال نے کمپیوٹر انڈسٹری کی بڑی کمپنیوں، جیسے IBM، Intel اور Microsoft، اور Chad Rigetti جیسے روشن دماغوں کو ہمیشہ بہتر اور کم خامیوں والی ترقیاتی کٹس بنانے پر اکسایا ہے۔
موثر الگورتھم
بہتر مشینیں بنانے کی اس دوڑ کو متوازی کرنا موثر کوانٹم الگورتھم تیار کرنے کی دوڑ ہے۔ اب تک کا سب سے مشہور معاملہ شاید فیکٹرنگ الگورتھم ہے جسے پیٹر شور نے بیل لیبز میں 1994 میں وضع کیا تھا۔
شور نے کوانٹم ٹربو چارجر کے ساتھ ایک ریاضیاتی الگورتھم تیار کیا ہے جو انٹیجرز کو ان کے اجزاء کے پرائمز میں تیزی سے فیکٹرائز کرنے کی اجازت دیتا ہے۔
ایسی چیز جو کرپٹوگرافروں کو خوفزدہ کرتی ہے، سائنس دانوں کا ایک گروپ جس کی قدر کو انجام دینے میں دشواری کے سلسلے میں سراہا جاتا ہے جو شور کا الگورتھم کرتا ہے۔
لیکن اگر کوانٹم کمپیوٹر واقعی اسے بنانا چاہتے ہیں تو پھر نئے الگورتھم کی ضرورت ہے۔ اس طرح کے الگورتھم کی ترقی کو اس حقیقت سے سہولت فراہم کی جائے گی کہ بہت سے عملی استعمال (منشیات، مواد وغیرہ کا ڈیزائن) خود کوانٹم عمل پر منحصر ہے۔
درحقیقت یہ بھی یہی وجہ ہے کہ اب تک اس قسم کی ایپلی کیشنز تیار کرنا مشکل رہا ہے۔
کچھ آلات؟
کوانٹم کمپیوٹنگ کے وعدے کے باوجود، اس شعبے میں بہت سے محققین "کوانٹم بالادستی" کے جملے سے بے چین ہیں۔ میں غیر آرام دہ ہوں کیونکہ کوانٹم بالادستی کی آمد کا مطلب ایک اہم نقطہ ہے جو ایک بار عبور کرنے کے بعد عشروں کی لاگو کمپیوٹنگ کو کسی عجیب اور حیرت انگیز چیز کے نام پر اٹاری میں بھیج دیتا ہے۔
اور، "پہلے" اور "بعد" کے باوجود کہ گوگل دستاویز طے کرتی ہے، عملی ایپلی کیشنز کے لیے موثر کوانٹم ڈیوائسز بنانا کوئی آسان راستہ نہیں ہوگا۔
زیادہ تر لوگوں کا خیال ہے کہ یہ پیش گوئی کرنا ایک جوا ہے کہ کوانٹم کمپیوٹنگ کلاسیکی کمپیوٹنگ کی جگہ لے لے گی۔ بہت کم درجہ حرارت پر کوانٹم کمپیوٹرز کے آپریشن سے متعلق عملی پہلو ایک مثال ہیں۔
حکومتوں، بڑی کارپوریشنوں اور امیر ترین یونیورسٹیوں کے پاس، بلا شبہ، اپنی کاریں ہوں گی۔ دوسرے کلاؤڈ کے کوانٹم ورژن سے منسلک آلات پر وقت کرائے پر لیں گے۔ کسی بھی صورت میں، کوانٹم کمپیوٹرز کی کل تعداد محدود ہو گی۔
اور یہ اچھی بات ہے کہ یہ ہے۔ کسی بھی صورت میں، ہمیں اس پیشین گوئی کے بارے میں کچھ شکوک و شبہات ہو سکتے ہیں، کلاسیکی کمپیوٹنگ کے آغاز کو دیکھتے ہوئے جو کہ منتخب لوگوں کے لیے ایک چیز تھی۔ 1943 میں IBM کے اس وقت کے سربراہ تھامس واٹسن نے کہا: "میرے خیال میں، شاید، پانچ کمپیوٹرز کے لیے عالمی منڈی ہو سکتی ہے۔" کسی عنصر کی غلط پیشین گوئی، شاید ایک ارب عوامل۔
26 ستمبر 2019 کے دی اکانومسٹ سے
