کوانٹم کمپیوٹر لیگو کی طرح بنائے جائیں گے۔

کوانٹم کمپیوٹرز کوانٹم میکانکس کے اصولوں کی بنیاد پر حسابات انجام دے سکتے ہیں، اور ان سے توقع کی جاتی ہے کہ وہ مخصوص قسم کی اصلاح اور پروسیسنگ کے کاموں میں کلاسیکی کمپیوٹرز کو پیچھے چھوڑ دیں گے۔

اگرچہ طبیعیات دانوں اور انجینئروں نے پچھلی دہائیوں کے دوران مختلف کوانٹم کمپیوٹنگ سسٹمز کا مظاہرہ کیا ہے، لیکن ان سسٹمز کو قابل اعتماد طریقے سے سکیل کرنا تاکہ وہ عملی مسائل کو حل کر سکیں جبکہ کمپیوٹنگ کے دوران پیدا ہونے والی غلطیوں کو درست کرنا اب تک ایک چیلنج رہا ہے۔

Việc liên kết các qubit bên trong máy tính lượng tử vẫn là một vấn đề. — کوانٹم کمپیوٹرز کے اندر کیوبٹس کو جوڑنا ایک مسئلہ ہے۔

کوانٹم کمپیوٹر کو ایک واحد، متحد ڈیوائس کے طور پر بنانا انتہائی مشکل ثابت ہوا ہے۔ یہ مشینیں کوانٹم معلومات کی بنیادی اکائیوں، لاکھوں کیوبٹس کی ہیرا پھیری پر انحصار کرتی ہیں، لیکن اتنی بڑی تعداد کو ایک نظام میں جمع کرنا ایک بڑا چیلنج ہے۔

جس طرح چھوٹے LEGO بلاکس بڑے، زیادہ پیچیدہ ڈیزائن بنانے کے لیے ایک ساتھ فٹ ہوتے ہیں، محققین چھوٹے، اعلیٰ معیار کے ماڈیول بنا سکتے ہیں اور پھر انہیں ایک ساتھ جوڑ کر ایک مکمل کوانٹم سسٹم بنا سکتے ہیں۔

Urbana-Champaign میں الینوائے یونیورسٹی کے محققین نے حال ہی میں ایک نیا ماڈیولر کوانٹم فن تعمیر متعارف کرایا ہے جو سپر کنڈکٹنگ کوانٹم پروسیسرز کی غلطی برداشت کرنے والا، توسیع پذیر، اور دوبارہ ترتیب دینے کے قابل بناتا ہے۔ کوانٹم اثرات کو برقرار رکھنے اور طویل مدتی کوانٹم کمپیوٹیشنز کو انجام دینے کے لیے ضروری شرائط کو برقرار رکھنے کے لیے فالٹ ٹولرنٹ اسکیلنگ ضروری ہے۔

انٹر کنکشن کیبل پروٹوکول LEGO اینٹوں کی طرح کوئبٹ بلاکس کو آپس میں جوڑتا ہے۔

نیچر الیکٹرانکس جریدے میں شائع ہونے والے ایک مقالے میں ان کا تجویز کردہ نظام کئی ماڈیولز پر مشتمل ہے (یعنی سپر کنڈکٹنگ کوئبٹ ڈیوائسز) جو آزادانہ طور پر کام کر سکتے ہیں اور دوسرے ماڈیولز سے باہم جڑے ہوئے ہیں اور ایک بڑے کوانٹم نیٹ ورک کی تشکیل کرتے ہیں۔

سیدھے الفاظ میں، ان کنکشنز کے ساتھ، سسٹم میں ہر کوئبٹ کو صرف "پلگ اینڈ پلے" ہونے کی ضرورت ہوگی جیسے ہم ایک باقاعدہ کمپیوٹر میں پیریفرل ڈیوائسز شامل کرتے ہیں۔ اس قسم کی انٹرکنیکٹ کیبل سسٹم کی حساب کی غلطی کو 1% سے کم کرنے کا اثر بھی رکھتی ہے۔

"اس تحقیق کا نقطہ آغاز سپر کنڈکٹنگ کوانٹم کمپیوٹنگ کے میدان میں موجودہ تفہیم تھا کہ ہمیں پروسیسر کو ایک سے زیادہ آزاد آلات میں تقسیم کرنے کی ضرورت ہوگی - ایک نقطہ نظر جسے ہم 'ماڈیولر کوانٹم کمپیوٹنگ' کہتے ہیں،" مطالعہ کے شریک مصنف وولف گینگ پیفف بیان کرتے ہیں۔

حالیہ برسوں میں، یہ ایک مقبول عقیدہ بن گیا ہے، اور یہاں تک کہ IBM جیسی کمپنیاں بھی اس پر عمل پیرا ہیں۔ یہ تحقیق ماڈیولر اپروچ سے انجینئرنگ دوستانہ کنکشن کا احساس کر سکتی ہے۔

بنیادی طور پر، پیفاف اور ان کے ساتھی کوانٹم ڈیوائسز کو جوڑنے کے لیے ایک حکمت عملی وضع کر رہے ہیں جبکہ سگنل کے انحطاط یا بجلی کے نقصان کو کم کرتے ہوئے کوانٹم کی معلومات ان کے درمیان منتقل ہوتی ہیں۔ مزید برآں، وہ آلات کو آسانی سے مربوط، منقطع اور دوبارہ ترتیب دینے کے قابل ہونا چاہتے ہیں۔

"آسان الفاظ میں، ہمارے طریقہ کار میں ایک اعلی معیار کی سپر کنڈکٹنگ کواکسیئل کیبل کا استعمال شامل ہے جسے بس ریزونیٹر کہتے ہیں،" پیفف بتاتے ہیں۔

وہ اپنی مرضی کے کنیکٹر کے ذریعے ایک کیپسیٹو کوئبٹ کو کیبل سے جوڑتے ہیں، کیبل کو کیوبٹ کے بہت قریب (سب-ملی میٹر درستگی) رکھتے ہیں اور پھر ایک سے زیادہ کیوبٹس اگر ایک ہی کیبل سے جڑے ہوتے ہیں۔

ماڈیولر کوانٹم نیٹ ورکس بنانے کے لیے محققین کا نیا نقطہ نظر کوانٹم سسٹمز کو اسکیلنگ کرنے کے لیے پچھلے طریقوں کے مقابلے میں اہم فوائد رکھتا ہے۔

ابتدائی ٹیسٹوں میں، انہوں نے پایا کہ اس طریقہ نے انہیں سپر کنڈکٹر پر مبنی کوانٹم ڈیوائسز کو محفوظ طریقے سے جوڑنے کی اجازت دی اور بعد میں انہیں نقصان پہنچائے بغیر، کوانٹم گیٹس میں سگنل کو نمایاں نقصان پہنچائے بغیر ان کا رابطہ منقطع کر دیا۔

"ہمارے نقطہ نظر کے ساتھ، مجھے لگتا ہے کہ ہمارے پاس شروع سے دوبارہ قابل ترتیب کوانٹم سسٹمز بنانے کا موقع ہے، مثال کے طور پر، وقت کے ساتھ ساتھ کوانٹم ڈیوائسز کے نیٹ ورک میں مزید پروسیسر ماڈیولز کو 'پلگ' کرنے کے اختیار کے ساتھ،" پیفاف نے مزید کہا۔

"ہم فی الحال ایک ڈیزائن پر کام کر رہے ہیں کہ آیا ہم منسلک عناصر کی تعداد میں اضافہ کر سکتے ہیں، اپنے نیٹ ورک کو بڑا بنا سکتے ہیں۔ ہم یہ بھی دیکھ رہے ہیں کہ کس طرح سسٹم میں ہونے والے نقصانات کی بہتر تلافی کی جائے اور فن تعمیر کو کوانٹم غلطی کی اصلاح کے ساتھ ہم آہنگ بنایا جائے۔"