کوانٹم کمپیوٹنگ: معنی، فوائد اور مزید

کوانٹم کمپیوٹنگ کوانٹم مکینیکل اصولوں کا اطلاق شماریات کو انجام دینے میں ہوتا ہے۔ یہاں کام کرنے والے بنیادی مظاہر ہیں۔ داخلہ اور superposition کے.

اگرچہ کوانٹم کمپیوٹنگ نسبتا new نیا بز ورڈ ہے، کوانٹم میکینکس کافی عرصے سے موجود ہے۔ یہ الیکٹرانکس کی صنعت میں اہم پیشرفت کا ذمہ دار تھا اور اس کے علاوہ بنی نوع انسان کے بہت سے اسرار کے جوابات پیش کرتا ہے۔

کوانٹم میکینکس اس بات پر توجہ مرکوز کرتا ہے کہ ایٹم اور ذیلی جوہری ذرات کیسے کام کرتے ہیں، جبکہ لفظ کوانٹم سے مراد سب سے چھوٹا ذرہ ہے جس کے ساتھ کوئی کام کرسکتا ہے۔ یہ کسی بھی جسمانی شے کا سب سے بنیادی تعمیراتی بلاک ہے۔

میکس پلانک سے لے کر البرٹ آئن سٹائن، نیلس بوہر، اور ایرون شروڈنگر تک، بہت سے عظیم سائنس دان کوانٹم میکانکس کی ترقی اور کوانٹم کمپیوٹنگ کی دوڑ میں اس کے حتمی خاتمے میں شامل تھے – جو ہمارے وقت کی سب سے بڑی ٹیکنالوجی ریس میں سے ایک ہے۔

یہ پوسٹ آپ کو کوانٹم مظاہر کی جادوئی دنیا میں لے جاتی ہے، آپ کو دکھاتی ہے کہ اس سے کمپیوٹر کیسے بنایا جائے، اور اس کے متعلقہ شعبوں کو دریافت کیا جائے۔

ایک فاصلے پر ڈراونا ایکشن

کوانٹم مظاہر روایتی تفہیم سے انکار کرتے ہیں اور کلاسیکی طبیعیات سے بالکل مختلف اصطلاحات پر کام کرتے ہیں۔ لہذا، 1930 کی دہائی میں، آئن سٹائن نے کوانٹم اینگلمنٹ کے مظاہر کو بیان کرنے کے لیے "فاصلے پر ڈراونا عمل" کے الفاظ استعمال کیے اور یہ کہ یہ روایتی سائنس میں کیسے فٹ نہیں بیٹھتا۔

کوانٹم الجھن کوئی نئی بات نہیں ہے۔ اگر آپ ایک ہی جگہ اور فوری طور پر دو ذرات بناتے ہیں تو وہ آپس میں الجھ جاتے ہیں۔ اس کا مطلب یہ ہے کہ جو کچھ ایک کے ساتھ ہوتا ہے، دوسرے پر اثر انداز ہوتا ہے۔

یہ محبت میں پڑنے اور جب بھی آپ اپنے پریمی کے بارے میں سوچتے ہیں ایک کال کرنے کے مترادف ہے۔ یا کال کرنا اور "میں آپ کو کال کرنے ہی والا تھا" سننا۔ ایک جیسے جڑواں بچے ایک ہی وقت میں بیمار پڑنے کے لیے بھی جانا جاتا ہے۔

کوانٹم الجھن کا سب سے خوفناک حصہ یہ ہے کہ آپ الجھے ہوئے ذرات میں سے ایک کو بہت دور لے جا سکتے ہیں۔ اور جو بھی حالات آپ اسے تابع کریں گے وہ دوسرے ذرے کو فوری طور پر متاثر کرے گا، یہاں تک کہ آدھی کہکشاں سے بھی۔

کوانٹم کمپیوٹرز اس خاصیت کو ایک ساتھ متعدد ذرات پر بھاری مقدار میں معلومات ذخیرہ کرنے کے لیے استعمال کرتے ہیں۔ ان ذرات کو qubits یا کوانٹم بٹس کہا جاتا ہے، لیکن سب سے پہلے، دوسرے کوانٹم مکینیکل رجحان پر ایک نظر۔

ایرون شروڈنگر اور اس کی بلی۔

ایک اور ابتدائی کوانٹم محقق آسٹریا کے ماہر طبیعیات ایرون شروڈنگر تھے، جنہوں نے البرٹ آئن سٹائن کی طرح کوانٹم مظاہر کے کچھ حصوں کو بھی مضحکہ خیز پایا۔ لہذا، اس نے کوانٹم سپرپوزیشن کے تضاد کو تصور کرنے کے لیے "شروڈنگر کی بلی" کے نام سے ایک مشہور فکری تجربہ پیش کیا۔

اگرچہ یہ تجربہ یہ بتاتا ہے کہ اگر آپ ایک بلی اور ایسی چیز ڈالتے ہیں جو بلی کو مار سکتا ہے ایک ڈبے میں اور اسے سیل کر دیتا ہے۔ آپ کو معلوم نہیں ہوگا کہ بلی مردہ ہے یا زندہ ہے جب تک کہ آپ باکس نہیں کھولیں گے۔ لہذا، منطقی طور پر، بلی مردہ اور زندہ دونوں تھی جب تک کہ آپ باکس نہیں کھولتے۔

سپرپوزیشن دوسرا رجحان ہے جو کوانٹم کمپیوٹنگ کو ممکن بناتا ہے۔ جہاں کلاسیکی کمپیوٹر معلومات کے بٹس کے ساتھ کام کرتے ہیں جو کسی بھی وقت 1 یا 0 کی نمائندگی کر سکتے ہیں، کوانٹم کمپیوٹرز qubits (کوانٹم بٹس) کے ساتھ کام کرتے ہیں جو ایک ہی وقت میں 0 اور 1 دونوں کی نمائندگی کر سکتے ہیں، بالکل اسی طرح جو بلی مردہ تھی اور دونوں زندہ

یہاں qubits پر ایک قریبی نظر ہے.

دی بٹ بمقابلہ دی کیوبیٹ

qubit وہ ہے جو کوانٹم کمپیوٹنگ کو ممکن بناتا ہے۔ کوانٹم بٹ یا کیوبٹ بھی کہا جاتا ہے، ایک کوئبٹ توانائی کی سب سے چھوٹی اکائی ہے جس سے آپ معلومات کو بچانے اور بازیافت کرنے کے لیے جوڑ توڑ کر سکتے ہیں۔

ایک باقاعدہ کمپیوٹر بٹ کسی بھی وقت صرف 0 یا 1 ہو سکتا ہے۔ جبکہ ایک کوانٹم بٹ ایک ہی وقت میں دونوں ہو سکتا ہے۔ دو باقاعدہ بٹس، اس لیے، کسی بھی وقت 00، 01، 10، اور 11 رکھ سکتے ہیں۔ لیکن دو کوانٹم بٹس ایک ہی وقت میں چاروں حالتوں کو پکڑ سکتے ہیں۔ اس کا مطلب ہے 4x تیز کمپیوٹ سائیکل۔

3 ریگولر بٹس کے ساتھ، آپ کسی بھی وقت 000، 001، 010، 011، 100، 101، 110، اور 111 حاصل کر سکتے ہیں۔ لیکن 3 کیوبٹس ایک ہی وقت میں تمام آٹھ ریاستوں کو اپنے پاس رکھیں گے، جس سے آپ کو 8x تیز کمپیوٹ سائیکل ملیں گے۔ جیسا کہ آپ دیکھ سکتے ہیں، یہ رشتہ کفایتی ہے، پھر ہر اضافی بٹ دستیاب معلومات کی مقدار کو دوگنا کر دیتا ہے۔

لہذا، 5 کیوبٹس کے ساتھ، آپ بیک وقت 32 ریاستوں کو دیکھ رہے ہیں، 10 کیوبٹس کے ساتھ یہ 1,000 ریاستوں سے زیادہ ہے، اور 20 کیوبٹس پر، ایک ملین سے زیادہ۔ اب غور کریں کہ کتنی ریاستیں ہیں۔ 1,000 کیوبٹ کوانٹم کمپیوٹر کہ IBM اور Google ترقی کر رہے ہیں ایک ساتھ ہو سکتے ہیں۔

آپ سے qubits بنا سکتے ہیں فوٹو گرافیالیکٹران، جوہری نیوکللی، کمانٹم نقطہ نظر, سپر کنڈکٹرز، اور دیگر نفاذات۔ مقصد توانائی کے کوانٹم بٹس کا ایک مستحکم مجموعہ بنانا ہے جسے آپ آسانی سے ترتیب دے سکتے ہیں اور اپنی مرضی سے پیمائش کر سکتے ہیں۔

کوانٹم کمپیوٹنگ کے فوائد

کوانٹم کمپیوٹنگ کا سب سے بڑا فائدہ پیچیدہ مسائل کے فوری نتائج ہیں۔ یہ بنیادی طور پر ایسے حالات میں ہوتا ہے جہاں آپ کو بہت سے امکانات میں سے صحیح جواب کا انتخاب کرنا ہوتا ہے۔ اور یہ انہیں مصنوعی ذہانت میں نمبر فیکٹرنگ، بڑے پیمانے پر نقالی، اور پیٹرن کی شناخت کے لیے بہترین بناتا ہے۔

کلاسیکی کمپیوٹرز کے لیے معیاری طریقہ یہ ہے کہ ہر ایک امکان کی چھان بین اس وقت تک کی جائے جب تک کہ آپ کو وہ چیز نہ مل جائے جس کی آپ تلاش کر رہے ہیں۔ گھاس کے کھونٹے کی تلاش میں اکثر اسے سوئی کہا جاتا ہے، اس آپریشن میں کتنا وقت لگے گا اس کا انحصار اس بات پر ہے کہ آپ کو کتنی گھاس یا ریکارڈ کو چھاننا ہے۔ اور آپ کی مشین کتنی تیز ہے۔

سپر کمپیوٹر ہر امکان کو جانچنے کی رفتار بڑھا کر اس طرح کے مسائل کو آسان بنا دیتے ہیں۔ کوانٹم کمپیوٹرز، دوسری طرف، تمام امکانات بیک وقت پیدا کر سکتے ہیں، اگر کافی مقداریں دستیاب ہوں۔ یہی وجہ ہے کہ وہ چند گھنٹوں میں ایسے مسائل کا حساب لگا سکتے ہیں جن کی گنتی کرنے میں عام کمپیوٹرز کو سینکڑوں سے ہزاروں سال لگ جاتے ہیں۔

کوانٹم کمپیوٹنگ کے مسائل اور حدود

اگرچہ آپ کلاسیکی کمپیوٹر میں بٹس کی آسانی سے پیمائش کر سکتے ہیں، لیکن کوئبٹ کی پیمائش کرنے سے اس کی حالت اور اس کے الجھے ہوئے کیوبٹس کی حالت تباہ ہو جاتی ہے۔

نیز، کلاسیکی بٹس سیمی کنڈکٹر مواد کی ایک وسیع رینج سے بنائے جاتے ہیں جن کو صرف چارج (1) رکھنا ہوتا ہے یا نہیں (0)۔ Qubits، تاہم، بہت زیادہ پیچیدہ اور لاگو کرنے کے لئے مشکل ہیں. اور کوبٹ کو مقامی طور پر الگ تھلگ کرنے کے علاوہ، آپ کو اسے ماحولیاتی مداخلت، جیسے درجہ حرارت اور الیکٹرو سٹیٹک اتار چڑھاو سے بچانے کی ضرورت ہے۔ کیونکہ اس طرح کی چھوٹی ماحولیاتی تبدیلیاں ان ریاستوں کو بھی بگاڑ دیں گی۔

الجھنے یا سسٹم کے توازن کے اس نقصان کو کوانٹم ڈیکوہرنس کہا جاتا ہے اور یہ ایک بڑا مسئلہ ہے جسے زیادہ تر محققین حل کرنے کی کوشش کر رہے ہیں۔ یہ اتنا شدید ہے کہ گوگل کی آنے والی 1,000-کوبٹ مشین کو ہر کوئبٹ کی غلطی کی اصلاح کے لیے 1,000 کیوبٹس تک کی ضرورت ہوگی۔ اس طرح اسے 1 ملین کیوبٹس مشین بنا دیا گیا۔

اس کا مطلب یہ بھی ہے کہ آپ فی الحال کوانٹم کمپیوٹر نہیں سنبھال سکتے جیسا کہ آپ لیپ ٹاپ یا اسمارٹ فون کرتے ہیں۔ کمپیوٹر کو لیبارٹری کے حالات کی ضرورت ہوتی ہے تاکہ اس کے کیوبٹس کے لیے محفوظ سطح کا استحکام برقرار رہے۔

ایک اور خرابی نام نہاد کوانٹم بالادستی کا محدود دائرہ کار ہے، کیونکہ کمپیوٹنگ کے ہر مسئلے میں بڑی تعداد یا امکانات شامل نہیں ہوتے۔ لہذا، زیادہ تر دیگر آپریشنز میں کمپیوٹیشنل فروغ کوانٹم کمپیوٹنگ اپروچ کا جواز پیش کرنے کے لیے بہت معمولی ہے۔ اور جب تک کہ کوانٹم کمپیوٹرز کلاسیکی کمپیوٹرز کے مقابلے سستے ختم نہ ہوں، وہ جلد ہی ان کی جگہ بھی نہیں لے رہے ہیں۔

ان تمام خرابیوں کے باوجود، کوانٹم کمپیوٹرز اور ان کے qubits کمپیوٹر انڈسٹری میں بہت زیادہ صلاحیت رکھتے ہیں کیونکہ وہ بڑی تعداد میں آسانی سے سنبھال سکتے ہیں۔

کیا کوانٹم کمپیوٹنگ سے خطرات ہیں؟

جی ہاں ہر اچھا ہیکر جانتا ہے کہ ہر ٹیکنالوجی میں ایک خامی ہوتی ہے۔ آپ کو صرف اسے ڈھونڈنا ہے۔ لہذا، مستقبل میں کوانٹم کمپیوٹرز کے حقیقی نفاذ سے کوئی فرق نہیں پڑتا، ٹیکنالوجی کے ساتھ مسائل اب بھی ہوں گے۔ اور اداکار ان سے فائدہ اٹھانے کے لیے تیار ہیں۔

اس منظر نامے سے مراد بینکنگ، مالیات، حکومت اور اسی طرح کی عوامی سرگرمیاں ہیں۔ دوسرا منظر نامہ وہ ہوتا ہے جب ایک بدنیتی پر مبنی اداکار ایک اچھے کوانٹم کمپیوٹر کی حیرت انگیز طاقت کو استعمال کرتا ہے تاکہ کوئی کارنامہ انجام دے سکے۔ اور ہمیشہ کی طرح، لوگ عمل کے مکمل ہونے کے بعد ہی اس طرح کے امکان سے واقف ہوں گے۔

کوانٹم کمپیوٹنگ نمبروں کے ساتھ اچھی کارکردگی کا مظاہرہ کرتی ہے۔ لہذا، غیر متناسب خفیہ کاری الگورتھم جو فیکٹرائزیشن کا استعمال کرتے ہیں، جیسے کہ عوامی کلید RSA محفوظ نہیں ہیں۔ دوسری طرف AES-256 اور 512 کے ساتھ ساتھ SHA-256 اور 512 جیسی ہیشنگ اور سمیٹرک کرپٹوگرافی نسبتاً محفوظ ہیں۔

کوانٹم میکینکس کی دیگر ایپلی کیشنز

کوانٹم کمپیوٹنگ کی دنیا جتنی دلچسپ ہے، یہ اب بھی کوانٹم میکانکس کا صرف ایک حصہ ہے۔ تو، دوسرے لفظوں میں، کوانٹم پارٹی ابھی شروع ہو رہی ہے۔

کوانٹم میکانکس سیمی کنڈکٹر اور جدید الیکٹرانکس کی ترقی میں اہم کردار ادا کرتا رہا ہے۔ کوانٹم نیٹ ورکنگ اور کرپٹوگرافی کے لیے بھی کام جاری ہے، جیسا کہ سوئس کی بنیاد پر کوانٹم-کرپٹوگرافی کا علمبردار ID Quantique. اس کے علاوہ، کوانٹم مظاہر نے متعدد تحقیقی شعبوں میں بھی وعدہ دکھایا ہے، بشمول فتوسنتھیس، سونگھنے والے، اور یہاں تک کہ وقت کی ہماری سمجھ.

حقیقی دنیا کے کوانٹم کمپیوٹرز

وہاں بہت سے کوانٹم کمپیوٹرز اور اسی طرح کی ایپلی کیشنز موجود ہیں۔ وہ گوگل اور آئی بی ایم جیسی بڑی ملٹی نیشنلز کے ساتھ ساتھ حکومتوں اور ریگیٹی جیسے چھوٹے کھلاڑیوں سے آتے ہیں۔

کوانٹم کمپیوٹنگ اس وقت کرہ ارض پر سب سے گرم تحقیقی شعبوں میں سے ایک ہے۔ تو شاید اس سے کہیں زیادہ خفیہ پروگرام موجود ہیں جتنا آپ تصور کر سکتے ہیں۔ ذیل میں کچھ بڑے منصوبے ہیں:

• گوگل 54-کوبٹ اور 72-کوبٹ مشینوں کا مالک ہے۔
• IBM دنیا بھر میں بکھری ہوئی 30 سے ​​زیادہ مشینوں کا مالک ہے، بشمول 65-کوبٹ مین ہٹن
• چین بہت سے کوانٹم کمپیوٹرز کا گھر ہے، جس میں 76 کیوبٹ مشین اور حتیٰ کہ کوانٹم سیٹلائٹ کمیونیکیشن بھی شامل ہے۔
• گوگل کی 54 کیوبٹ سائکامور سے چلنے والی مشین نے صرف 200 سیکنڈ کا وقت صرف کیا جس کی گنتی کرنے کے لیے سپر کمپیوٹرز کو 10,000 سال درکار ہوں گے۔
• آئی بی ایم 1,000 تک 2023 کیوبٹ مشین تیار کر رہا ہے۔
• Rigetti Computing چار کا مالک ہے، بشمول ایک 31-qubit مشین
• گوگل 1,000 تک 2029 کیوبٹ کمپیوٹر بنانے کے لیے ایک نیا کوانٹم سنٹر بنا رہا ہے۔ غلطی کو درست کرنے کے لیے، اس کمپیوٹر کے کل qubits کی تعداد 1 ملین تک پہنچ سکتی ہے۔

نتیجہ

کوانٹم کمپیوٹر یہاں رہنے کے لیے موجود ہیں۔ جیسا کہ وہ بہت سے مواقع پیدا کریں گے اور حقیقی دنیا کے مسائل کو حل کریں گے جن کے ساتھ کلاسیکی کمپیوٹر دہائیوں سے جدوجہد کر رہے ہیں۔

تاہم، ابھی بہت کام کرنا باقی ہے اور وہاں پہنچنے سے پہلے چیلنجز پر قابو پانا ہے۔ اور اس وقت تک، چین دنیا کو حیران کر سکتا ہے۔