کوانٹم کمپیوٹنگ کیا ہے اور یہ قواعد کو کیوں توڑتا ہے
روایتی کمپیوٹر بٹس کا استعمال کرتے ہوئے معلومات پر کارروائی کرتے ہیں: اقدار جو 0 یا 1 ہیں. یہ سب یا کچھ بھی نہیں ہے، درمیانی زمین کے بغیر. ایک کلاسیکی 3 بٹ کمپیوٹر ایک وقت میں 0s اور 1s کے مجموعہ پر کارروائی کرسکتا ہے. ایک کوانٹم کمپیوٹر، تاہم، کے ساتھ کام کرتا ہے کیوبٹس (کوانٹم بٹس)، جو ہم جانتے فزکس سے بالکل مختلف اصولوں پر عمل کرتے ہیں۔.
بڑا فرق ایک تصور میں ہے جسے کہا جاتا ہے۔ سپر پوزیشن. ایک qubit 0 اور 1 بیک وقت پیمائش کرنے تک ہوسکتا ہے. یہ ناممکن لگتا ہے؟ بالکل اسی وجہ سے یہ کلاسیکی منطق کو توڑتا ہے. ایک عام کمپیوٹر کو ایک ایک کرکے ہر امکان کو جانچنے کی ضرورت ہوتی ہے، ایک کوانٹم کمپیوٹر ایک ہی وقت میں متعدد امکانات کو تلاش کرتا ہے. سپرپوزیشن میں صرف 300 کوئبٹس کے ساتھ، آپ کائنات میں موجود ایٹموں سے زیادہ ممکنہ حالتوں میں ہوں گے.
یہ کفایتی پروسیسنگ پاور یہی وجہ ہے کہ گوگل، آئی بی ایم اور مائیکروسافٹ جیسے جنات کوانٹم ریسرچ میں اربوں کی سرمایہ کاری کرتے ہیں۔.
کوانٹم کمپیوٹیشن کے ستون۔
سپرپوزیشن: ایک ہی وقت میں دو جگہوں پر ہونا۔
سپرپوزیشن کوانٹم کمپیوٹنگ کی سب سے زیادہ بدیہی بنیاد ہے. جب آپ کلاسیکی بٹ کی پیمائش کرتے ہیں تو یہ پہلے سے ہی 0 یا 1 ہے. جب آپ کوئبٹ کی پیمائش کرتے ہیں، تو یہ 0 یا 1 پر پایا جاتا ہے، لیکن پیمائش سے پہلے، یہ دونوں ریاستوں میں بیک وقت موجود ہے. یہ اصل قدر 0 یا 1 کیا ہے کے بارے میں کوئی لاعلمی نہیں ہے. یہ واقعی دونوں ریاستوں میں ہے۔ مشاہدہ کرنے تک۔.
اس رویے کو مشہور ڈبل سلٹ تجربے میں ظاہر کیا گیا تھا: ایک ذرہ ایک ہی وقت میں دو راستوں سے گزر سکتا ہے، اپنے آپ میں مداخلت کر سکتا ہے۔ یہ کوانٹم میکانکس کی بنیاد ہے، اور کوانٹم کمپیوٹرز بالکل اسی اصول کو تلاش کرتے ہیں۔ سپرپوزیشن میں جتنے زیادہ کیوبٹس ہوں گے، امکانات کی اتنی ہی زیادہ جگہ بیک وقت تلاش کی جائے گی۔.
الجھاؤ: فوری ناقابل فہم ارتباط۔
الجھاؤ (الجھنا) سپرپوزیشن سے بھی زیادہ اجنبی ہے۔ جب دو یا دو سے زیادہ کیوبٹس الجھ جاتے ہیں تو ایک کی حالت فوری طور پر دوسرے کی حالت کو متاثر کرتی ہے، چاہے ان کے درمیان فاصلہ ہی کیوں نہ ہو۔ آئن سٹائن نے اسے "فاصلے پر ڈراونا عمل" کہا اور یقین نہیں کیا کہ یہ حقیقی ہے۔.
لیکن یہ حقیقی ہے، اور یہ ہے کوانٹم پاور کے لیے ضروری ہے۔ایک الجھے ہوئے کوانٹم کمپیوٹر میں، ایک qubit کی پیمائش اس کے ساتھیوں کے بارے میں معلومات فراہم کرتی ہے، جس سے ایسے ارتباط پیدا ہوتے ہیں جنہیں کلاسیکی کمپیوٹر دوبارہ پیدا نہیں کر سکتے۔.
کوانٹم مداخلت: صحیح جوابات کو بڑھانا
کوانٹم مداخلت کوانٹم الگورتھم کو درست جوابات کے امکانات کو بڑھانے اور غلط جوابات کو منسوخ کرنے کی اجازت دیتی ہے۔ یہ لہروں کو ایڈجسٹ کرنے کے مترادف ہے تاکہ ریزز (صحیح جوابات) بلند ہو جائیں اور وادیاں (غلط جوابات) غائب ہو جائیں۔ امکانات کے اس ہیرا پھیری کے بغیر، کوئبٹ سے صحیح جواب پڑھنا صرف قسمت کا معاملہ ہوگا۔.
کوانٹم کمپیوٹر پریکٹس میں کیسے کام کرتا ہے۔
ایک جسمانی کوانٹم کمپیوٹر انتہائی نازک ہوتا ہے۔ کیوبٹس عام طور پر ایٹم، فوٹون یا الیکٹران ہوتے ہیں جو شدید برقی مقناطیسی شعبوں میں پھنسے ہوتے ہیں۔ گرمی، کمپن، تابکاری اور تابکاری میں کوئی بھی خلل سپرپوزیشن کو تباہ کر دیتا ہے۔ لہذا زیادہ تر کوانٹم کمپیوٹر کوانٹم ماحول میں کام کرتے ہیں۔ درجہ حرارت مطلق صفر کے قریب۔273°C کے بارے میں.
پروسیسنگ واضح اقدامات کی پیروی کرتی ہے بوٹسٹریپ (سپرپوزیشن میں کیوبٹس کی تیاری)، اور۔ آپریشن (کوانٹم پورٹس لگائیں جو کوئبٹس کو جوڑ توڑ کرتے ہیں)، یا۔ الجھاؤ ( ارتباط پیدا کرنے کے لیے کیوبٹس کو جوڑنا) اور۔ پیمائش (نتیجہ حاصل کریں، جو سپرپوزیشن کو 0 یا 1 سے گرا دیتا ہے)۔ چیلنج یہ ہے کہ کیوبٹس کو ہر وقت مستحکم رکھا جائے، کیونکہ کوئی بھی غلطی حساب سے سمجھوتہ کرتی ہے۔.
فی الحال، سب سے زیادہ جدید کوانٹم کمپیوٹرز میں 50 اور 433 کوئبٹس کے درمیان ہیں. IBM 2022 میں 433 کوئبٹس تک پہنچ گیا، لیکن وہ اب بھی اعلی غلطی کی شرح کا سامنا کرتے ہیں. حقیقی دنیا کے مسائل کو حل کرنے کے لئے، یہ لاکھوں منطقی کوئبٹس تک پہنچنے اور غلطیوں کو تیزی سے کم کرنے کی ضرورت ہوگی 'شاید ایک دہائی یا اس سے زیادہ تحقیق.
کوانٹم کمپیوٹنگ کے مسائل حل کر سکتے ہیں
روزمرہ کے کاموں جیسے انٹرنیٹ پر سرفنگ یا دستاویزات میں ترمیم کرنے کے لیے، کلاسیکی کمپیوٹر مثالی رہیں گے۔ لیکن ایسے مخصوص شعبے ہیں جہاں کیوبٹس کو کفایتی فائدہ حاصل ہے۔.
خفیہ کاری اور سیکورٹی: کوانٹم کمپیوٹرز آج کل استعمال ہونے والے زیادہ تر انکرپشن سسٹم کو منٹوں میں توڑ سکتے ہیں۔ اس کی وجہ سے پوسٹ کوانٹم کرپٹوگرافی، الگورتھم جو کلاسیکی اور کوانٹم کمپیوٹرز دونوں کے خلاف مزاحمت کرتے ہیں، کی ترقی ہوئی ہے۔.
مالیکیولر سمولیشن:۔ پیچیدہ مالیکیولز کی تقلید سب سے زیادہ امید افزا استعمال میں سے ایک ہے۔ نئی ادویات، کھادوں یا مخصوص خصوصیات کے ساتھ مواد تیار کرنے میں اربوں مجموعوں کی جانچ شامل ہے۔ ایک کوانٹم کمپیوٹر یہ ڈرامائی طور پر تیزی سے کر سکتا ہے، ممکنہ طور پر طبی دریافتوں کو تیز کر سکتا ہے۔.
اصلاح: ڈسٹری بیوشن نیٹ ورک میں سب سے زیادہ موثر راستہ تلاش کرنا، سرمایہ کاری کے پورٹ فولیوز کو بہتر بنانا، یا سینکڑوں وسائل کو شیڈول کرنا جیسے مسائل کوانٹم الگورتھم جیسے QAOA (کوانٹم اپروکسیمیٹ آپٹیمائزیشن الگورتھم) کے ساتھ تیزی سے حل کیے جا سکتے ہیں۔.
مشین لرننگ: کچھ مشین لرننگ الگورتھم کو مقداری طور پر تیز کیا جا سکتا ہے۔ اربوں پیرامیٹرز کے ساتھ ماڈلز کی تربیت کمپیوٹیشنل طور پر مہنگی ہے۔ کوانٹم نفاذ اس لاگت کو نمایاں طور پر کم کر سکتا ہے۔.
موجودہ چیلنجز اور مستقبل کا راستہ۔
سب سے بڑا چیلنج ہے۔ ڈیکوہرنس: مداخلت کے سامنے آنے پر سپرپوزیشن کوئبٹس تیزی سے اپنی کوانٹم حالت کھو دیتے ہیں۔ ایک عام کوئبٹ گرنے سے پہلے صرف مائیکرو سیکنڈز کے لیے اپنی سپر پوزیشن کو برقرار رکھتا ہے۔ اس وقت کمپیوٹر کو اربوں آپریشن کرنے کی ضرورت ہے۔.
ایک اور مسئلہ ہے کوانٹم غلطی کی اصلاح۔کلاسیکی بٹس کے برعکس، آپ کو صرف اس کی قدر کی جانچ پڑتال کرنے کے لئے ایک کوئبٹ کاپی نہیں کر سکتے ہیں، کیونکہ پیمائش اسے تباہ کر دیتی ہے. آپ کو ایک منطقی کوئبٹ کی حفاظت کے لئے متعدد جسمانی کوئبٹس کا استعمال کرتے ہوئے کوانٹم فالتو پن کے ساتھ نظام بنانے کی ضرورت ہوگی. یہ اندازہ لگایا گیا ہے کہ ہر قابل اعتماد منطقی کوئبٹ کے لئے 1000 جسمانی کوئبٹس کی ضرورت ہوتی ہے.
ان چیلنجوں کے باوجود، ترقی تیز ہے. کلاؤڈ کوانٹم کمپیوٹر پہلے سے ہی دستیاب ہیں اور IBM Qiskit پلیٹ فارم کے ذریعے اپنے سسٹمز تک مفت رسائی فراہم کرتا ہے۔ دنیا بھر کے محققین الگورتھم اور ریفائننگ تکنیکوں کی جانچ کر رہے ہیں۔ یہ توقع کی جاتی ہے کہ اگلی دہائی میں ہم دواسازی، مالیات اور توانائی جیسی صنعتوں میں حقیقی مسائل کو حل کرنے کی عملی صلاحیت کے ساتھ پہلے کوانٹم کمپیوٹرز دیکھیں گے۔.
کوانٹم کمپیوٹنگ کے مستقبل کے اثرات۔
جب کوانٹم کمپیوٹنگ پختہ ہو جائے گی تو یہ پوری صنعتوں کو تبدیل کر دے گی۔ صحت کی دیکھ بھال میں، منشیات کی ترقی کو سالوں سے مہینوں تک تیز کیا جائے گا۔ توانائی میں، شمسی پینل اور بیٹریوں کی اصلاح بہت زیادہ موثر ٹیکنالوجیز کا باعث بن سکتی ہے۔ مصنوعی ذہانت میں، زیادہ پیچیدہ اور طاقتور اعصابی نیٹ ورک قابل عمل ہو جائیں گے۔.
لیکن خطرات بھی ہیں: روایتی خفیہ نگاری کا ٹوٹنا ایک حقیقی خطرہ ہے۔ حکومتیں اور کمپنیاں پہلے ہی کوانٹم کمپیوٹرز کے خلاف مزاحم کرپٹوگرافک معیارات کی طرف ہجرت کر رہی ہیں۔ اس کے علاوہ، کوانٹم کمپیوٹنگ عدم مساوات کو بڑھا دے گی۔.
جو بات یقینی ہے وہ یہ ہے کہ ہم ایک تاریخی لمحے میں رہتے ہیں۔ ہم ایک نظریاتی وہم سے تکنیکی حقیقت کی طرف منتقلی کا مشاہدہ کر رہے ہیں۔ کوانٹم کمپیوٹر طبیعیات کے قوانین کو نہیں توڑتے ہیں۔ درحقیقت، وہ آخر کار ان کا صحیح طریقے سے استحصال کرتے ہیں۔ معلومات پر کارروائی کرنے کے لیے کوانٹم میکانکس میں مہارت حاصل کرنا ان سب سے بڑی سائنسی کامیابیوں میں سے ایک ہے جسے انسانیت حاصل کر سکتی ہے، اور یہ انقلاب ابھی شروع ہو رہا ہے۔.
