کیا کوانٹم کمپیوٹنگ حقیقت کے قریب ہے؟

کوانٹم کمپیوٹنگ computers ایسے کمپیوٹرز کے ساتھ کام کرنے کا نظریہ جو کوانٹم خصوصیات کو ظاہر کرتا ہے ، جیسے کہ ایک ہی وقت میں متعدد ریاستیں رکھنے کے قابل a ، ایک طویل عرصے سے زیر بحث رہا ہے ، لیکن اب حقیقت میں قریب تر ہوتا جارہا ہے ، جس میں کچھ بڑی پیشرفت ہوئی ہے۔ گذشتہ ہفتے کی ٹیکونومی کانفرنس میں ، مجھے اس موقع پر کچھ کمپنیوں کے رہنماؤں کے ساتھ اس پینل کی میزبانی کرنے کا موقع ملا تھا جو اس موضوع پر لفافے کو آگے بڑھا رہی ہیں ، جس میں ڈی ویو اور آئی بی ایم بھی شامل ہیں۔

برانئین اینڈ کمپنی کے ایک کنسلٹنٹ برائن جیکبس ، جو کوانٹم کمپیوٹنگ کے بارے میں مشورے پیش کرتے ہیں ، نے وضاحت کی کہ آج ہم جن الیکٹرانکس کو استعمال کرتے ہیں ، ان میں معلومات الیکٹران کے معاوضے کے ذریعہ محفوظ کی جاتی ہیں جو یا تو بند ہے یا بند ہے۔ دوسرے لفظوں میں ، تھوڑا سا۔ لیکن اگر آپ کوانٹم ریاست میں معلومات کو کسی ایک الیکٹران یا فوٹوون کی طرح انکوڈ کرتے ہیں تو ، آپ اسے باقاعدہ کلاسیکی بٹ کی طرح صفر اور ایک میں نقشہ بناسکتے ہیں ، جہاں ایک ساتھ بیک وقت صفر اور ایک ہوسکتا ہے۔ . انہوں نے وضاحت کی کہ دلچسپ خیال یہ ہے کہ اگر آپ کے پاس ایک کوانٹم کمپیوٹر ہے جس میں ان کوانٹم بٹس کی ایک بڑی تعداد ہے۔ جسے اکثر کوئٹس کہا جاتا ہے تو آپ اسے ایک ہی وقت میں ہر ممکن ان پٹس کی ایک سپر پوزیشن میں شروع کرسکتے ہیں ، اور پھر ، اگر آپ کوانٹم مربوط طریقے سے معلومات پر کارروائی کریں ، کچھ معنوں میں آپ بیک وقت تمام ممکنہ آدانوں پر ایک ہی فنکشن کا حساب لگاسکتے ہیں۔ یہ کوانٹم ہم آہنگی کے نام سے جانا جاتا ہے۔ انہوں نے نوٹ کیا کہ لوگ آج کل کچھ مختلف طریقوں کی کوشش کر رہے ہیں۔ ایک گیٹ پر مبنی ہے ، جو روایتی ڈیجیٹل کمپیوٹرز کی طرح ہے ، اور دوسرا ینالاگ عمل کے مترادف ہے ، جسے کوانٹم اینیلنگ کہا جاتا ہے۔

ورن براونیل ، ڈی ویو سسٹمز کے سی ای او ، جس نے واقعی کچھ مشینیں فراہم کی ہیں جو کوانٹم اینلنگ کا استعمال کرتی ہیں ، نے کہا کہ ان کی کمپنی نے پہلے اس نقطہ نظر کو استعمال کرنے کا انتخاب کیا "کیونکہ ہمارا خیال تھا کہ اس سے ہمیں کسی بھی دوسرے قسم کے کوانٹم کے مقابلے میں تیزی سے صلاحیت ملنے والی ہے۔ کمپیوٹنگ نفاذ۔ " انہوں نے کہا کہ ڈی واو نے کوانٹم کمپیوٹنگ کے دیگر ماڈلز کو بھی دیکھا ، لیکن یہ نقطہ نظر سب سے زیادہ عملی تھا۔

انہوں نے وضاحت کی کہ ان کے پاس ایک ہزار کوئبٹس کے ساتھ کوانٹم ایینیئلر موجود ہے جو دو نمبر سے نمبروں کے مختلف نمبروں کے جوابی خلا کی تلاش کرسکتے ہیں۔ بنیادی طور پر یہ پیچیدہ اصلاحی دشواریوں پر کام کرتا ہے ، اور اس اصلاح کے مسئلے کے لئے کم ترین توانائی یا بہترین جواب تلاش کرنے لگتا ہے۔ براونیل نے نوٹ کیا کہ گوگل نے اس کے کوانٹم مصنوعی ذہانت لیبارٹری کے لئے پہلے خریدی گئی مشین کو اپ گریڈ کیا ہے ، اور جانچ پڑتال کی ہے کہ اس سے مشین سیکھنے میں کس طرح مدد مل سکتی ہے۔ ایک اور صارف لاک ہیڈ ہے ، جو سافٹ ویئر کی توثیق اور توثیق نامی کسی مسئلے کو دیکھ رہا ہے۔

براونیل نے اعتراف کیا کہ ان میں سے کوئی بھی واقعی ابھی تک پیداوار میں نہیں آسکی ہے ، لیکن ان کا کہنا ہے کہ انھوں نے حقیقی ایپلی کیشنز چلائیں جو پیمانے پر حقیقی مسائل حل کررہی ہیں۔ دوسرے لفظوں میں ، وہ ابھی تک اس نقطہ تک نہیں پہنچ سکے ہیں جہاں ڈی ویو مشین کلاسیکل سپر کمپیوٹرز کو بہتر کارکردگی کا مظاہرہ کررہی ہے ، لیکن انہوں نے کہا کہ "ہم اس کے بہت قریب ہیں۔" اگلے چند مہینوں میں ، کمپنی یہ دکھائے گی کہ "کلاسیکل کمپیوٹنگ کیا کرسکتا ہے اس کا ایک کوانٹم کمپیوٹر بہتر کارکردگی کا مظاہرہ کرسکتا ہے۔ ہم ابھی اس قبضہ کے مقام پر ہیں۔"

آئی بی ایم ٹی جے واٹسن ریسرچ سینٹر میں جسمانی سائنس کے شعبے میں ممتاز ریسرچ اسٹاف ممبر اور سینئر منیجر ، مارک رائٹر نے وضاحت کی کہ ان کی ٹیم متعدد مختلف کوانٹم منصوبے انجام دے رہی ہے ، لیکن اس نے گیٹ بیسڈ کوانٹم کمپیوٹنگ اور غلطی کی اصلاح پر اپنا کام مرکوز کیا ہے۔ .

ان کی ٹیم کے ایک نظریہ نگار ، سرگے براوی نے "ایک ٹاپولوجیکل پیرٹی کوڈ" ایجاد کیا۔ انہوں نے وضاحت کی کہ ہم روایتی کمپیوٹرز میں بھی غلطی سے متعلق اصلاحی کوڈ استعمال کرتے ہیں ، لیکن اس کوانٹم کی معلومات بہت نازک ہوتی ہے ، لہذا گیٹ پر مبنی سسٹم بنانے کے ل you ، آپ کو اس نازک کوانٹم معلومات کی حفاظت کے لئے کوڈ کی ضرورت ہوتی ہے۔ ان کی ٹیم نے "ٹرانسمونز" کے نام سے کوئبٹس کے ساتھ ایک 4 کوبٹ سسٹم تشکیل دیا ، جو کوانٹم کی کچھ معلومات کو طویل عرصے تک برقرار رکھ سکتا ہے اور غلطی تصحیح کوڈ کی مدد سے گیٹ بیسڈ کوانٹم کمپیوٹنگ تشکیل دے سکتا ہے۔ انہوں نے کہا کہ یہ ایک مربع جالی کی طرح ہے جہاں پر لکڑیاں گراف پیپر کی چوٹی پر ہیں۔ پھر ایک الگورتھم اس کوڈ کو کوئبٹس کے اوپر سپرپوز کردیتا ہے۔ آئی بی ایم کا مقصد یہ ہے کہ اس الگورتھم میں زیادہ سے زیادہ قطعات کو شامل کیا جاسکے۔ انہوں نے کہا کہ جلد ہی یہ کوانٹم ریاست کو غیر معینہ مدت کے لئے محفوظ رکھنے کے قابل ہوسکتا ہے۔

انہوں نے بتایا کہ کس طرح کوانٹم گیٹ تمام کوبس میں پھنسے ہوئے استعمال کرتے ہیں اور تمام امکانی ریاستوں کو دیکھتے ہیں اور اس کا موازنہ اس مداخلت کے نمونے سے کرتے ہیں جب آپ دیکھتے ہیں کہ جب آپ کسی تالاب میں بہت سارے پتھر گرتے ہیں ، اور تعمیری اور تباہ کن مداخلت کرتے ہیں۔ انہوں نے کہا کہ بہترین جواب میں تعمیری مداخلت کی جائے گی ، اور اگر اس مسئلے کا کوئی جواب ہو تو یہ جواب آپ کے ساتھ ختم ہوجائے گا۔ گیٹ پر مبنی کوانٹم کمپیوٹر میں ، انہوں نے کہا ، اس عمل کے اختتام پر جواب حاصل کرنے کے ل you آپ اس کوڈنگ میں مداخلت کا استعمال کرسکتے ہیں ، اور یہ کہ کچھ الگورتھموں میں تیزی سے اضافہ کیا جانا چاہئے۔

اگرچہ یہ ابھی بھی راستہ نہیں ہوسکتا ہے ، رائٹر نے کہا کہ لوگ انضمام کی تقلید کو اعلی یکجہتی کے ساتھ چلانے کے ل the کوئٹیس کو استعمال کرنے کے بارے میں بھی سوچ رہے ہیں ، جیسے مختلف انووں کی نقالی۔ جیکبز نے کوانٹم تخروپن کے بارے میں اتفاق کیا ، اور منشیات ڈھونڈنے کے لئے مستحکم انووں کے کیمیائی نقالی کے بارے میں بات کی۔

میں نے شور کے الگورتھم کے بارے میں پوچھا ، جس سے پتہ چلتا ہے کہ کوانٹم کمپیوٹر کے ذریعہ ، آپ روایتی خفیہ نگاری کا زیادہ حصہ توڑ سکتے ہیں۔ جیکبز نے خلانوردوں کو چاند پر بھیجنے کی کوشش کرنے والے راکٹ جہاز کی مشابہت کا استعمال کیا۔ جیکبز نے کہا کہ الگورتھم جو مسئلہ کو حل کرنے کی کوشش کر رہا ہے ، جیسے شور کا الگورتھم ، راکٹ جہاز کے کمانڈ ماڈیول سے ملتا جلتا ہے ، اور یہ کہ غلطی کی اصلاح - جیسے کہ رائٹر کی ٹیم جس پر کام کر رہی ہے the اس طرح ہے۔ راکٹ کا لیکن ، انہوں نے کہا ، فی الحال ہمارے پاس جو قسم کے ایندھن یا راکٹ انجن موٹرز ہیں وہ کسی بھی سائز کے راکٹ جہاز کے لئے کافی نہیں ہیں۔ انہوں نے کہا کہ یہ ایک بہت ہی مشکل سوال ہے ، اور یہ کہ کوانٹم کمپیوٹشن کرنے اور غلطی کی اصلاح کرنے سے وابستہ تمام اوور ہیڈ کا مطلب یہ ہے کہ بہت سارے الگورتھم جو آج واقعی میں امید افزا نظر آرہے ہیں وہ ختم نہیں ہوسکتے ہیں۔ براونیل نے کہا کہ ان کا خیال تھا کہ ہمارے پاس ایک دہائی یا اس سے زیادہ عرصہ ہے اس سے پہلے کہ کوانٹم کمپیوٹرز آر ایس اے انکرپشن کو توڑ سکتے ہیں اور ہمیں پوسٹ کوانٹم کریپٹوگرافی میں جانا پڑے گا۔

براونیل نے اس بات پر زور دیا کہ کوانٹم کمپیوٹنگ کا گیٹ ماڈل کوانٹم اینیلنگ سے بہت مختلف ہے ، اور اس کے بارے میں بات کی ہے کہ آج جب کچھ اصلاح کے دشواریوں کو حل کیا جاتا ہے تو یہ کتنا مفید ہے۔ انہوں نے یہ بھی کہا کہ اس سے تقریبا problems ایسے مسائل حل ہوسکتے ہیں جو کلاسیکی کمپیوٹرز کی رسائ سے باہر ہیں۔ کچھ معیارات پر ، انہوں نے نوٹ کیا ، گوگل نے پایا ہے کہ ڈی ویو مشین 30-100،000 ایکس کے آرڈر پر کسی جگہ عام مسائل کے الگورتھم سے کہیں زیادہ تیزی سے مسائل کو حل کر سکتی ہے۔ اگرچہ یہ ایک مفید الگورتھم نہیں تھا ، لیکن ان کا کہنا تھا کہ ان کی ٹیم اصل استعمال کے معاملہ الگورتھم پر فوکس کر رہی ہے جو اس صلاحیت سے فائدہ اٹھاسکتی ہے کیونکہ اس کا پروسیسر ہر 12-18 ماہ بعد کارکردگی میں ترازو کرتا ہے۔

براونیل نے آج کوانٹم کمپیوٹنگ کا موازنہ انٹیل سے 1974 میں کیا جب یہ پہلا مائکرو پروسیسر لے کر آیا تھا۔ وہ اس وقت ڈیجیٹل آلات کارپوریشن کے ساتھ تھے ، اور کہا کہ اس وقت "ہم خاص طور پر انٹیل کے بارے میں فکر مند نہیں تھے ، کیوں کہ ان کے پاس یہ سستے چھوٹے مائکرو پروسیسرز تھے جو اتنے طاقتور نہیں تھے جتنے طاقتور ان بڑے خانوں اور سامانوں کے پاس جو ہمارے پاس موجود تھے۔ لیکن دس سالوں کے اندر ، آپ جانتے ہو ، کاروبار بالکل ختم ہوگیا تھا اور ڈیجیٹل کاروبار سے باہر چلا گیا تھا۔ انہوں نے کہا کہ اگرچہ وہ نہیں سوچتے تھے کہ کوانٹم کمپیوٹنگ پوری کلاسیکل کمپیوٹنگ کی دنیا کو خطرہ میں ڈالے گی ، لیکن وہ توقع کرتے ہیں کہ پروسیسروں میں ہر 18 ماہ بعد ان اضافی بہتری کو دیکھنے کی ضرورت ہے ، جہاں اس کی صلاحیت ہوگی جو آئی ٹی مینیجرز کے لئے ضروری ہو گی۔ اور استعمال کرنے والے ڈویلپرز۔

خاص طور پر ، انہوں نے کہا ، D-Wave نے ممکنہ طور پر سیکھنے کے الگورتھم تیار کیے ہیں ، ان میں سے کچھ گہری سیکھنے کی جگہ میں ہیں ، جو چیزوں کو پہچاننے اور تربیت دینے کے مقابلے میں کوانٹم کمپیوٹنگ کے بغیر بہتر کام کرسکتے ہیں۔ آخر کار ، وہ اسے بادل میں ایک وسیلہ کے طور پر دیکھتا ہے جو کلاسیکی کمپیوٹرز کی تعریف میں بہت استعمال ہوگا۔

رائٹر نے کہا کہ کلاسیکی مشینوں کے خلاف کسی بھی کوانٹم کے طریقوں کا واقعی موازنہ کرنا مشکل ہے جو عام مقصد کی کمپیوٹنگ کو انجام دے رہی ہیں ، کیونکہ لوگ ایکسلریٹر بنا رہے ہیں ، اور مخصوص کاموں کے لئے تیار کردہ جی پی یو اور ایف پی جی اے استعمال کررہے ہیں۔ انہوں نے کہا کہ اگر آپ واقعتا an کوئی ASIC ڈیزائن کرتے ہیں جو آپ کے مسئلے کو حل کرنے کے ل specific مخصوص ہوتا ہے تو ، اصلی ایکسلریشن کے ساتھ اصلی کوانٹم کمپیوٹنگ میں ان میں سے کسی کو بھی شکست دینا چاہئے ، کیونکہ ہر کوبٹ جس کو آپ شامل کرتے ہیں وہ ترتیب کی جگہ کو دگنا کردیتی ہے۔ دوسرے لفظوں میں ، ایک ہزار کوئبٹ کو ایک ساتھ رکھنے سے خلا میں 2x1000 ^ویں طاقت کا اضافہ ہونا چاہئے ، جس کا انہوں نے نوٹ کیا کائنات میں ایٹموں کی تعداد سے زیادہ ہے۔ اور ، انہوں نے کہا ، گیٹ پر مبنی کمپیوٹر کے ذریعہ ، مسئلہ یہ ہے کہ دروازے آپ کے موبائل فون سے زیادہ آہستہ چلتے ہیں ، لہذا آپ کے پاس ایک ہی وقت میں زیادہ آپریشن ہوتے ہیں ، لیکن کلاسیکی کمپیوٹر کے مقابلے میں ہر ایک عمل آہستہ ہوتا ہے۔ انہوں نے کہا ، "اسی وجہ سے آپ کو یہ عبور دیکھنے سے پہلے ایک بڑی مشین بنانی ہوگی۔

جیکبز نے بتایا کہ کتنا موثر کوانٹم کمپیوٹنگ ہوسکتا ہے۔ انہوں نے کہا ، "اگر آپ اس طاقت پر نظر ڈالتے ہیں جو دنیا کے بہترین سپر گرین سپر کمپیوٹرز کا استعمال کرتے ہوئے لیتا ہے ، اگر آپ 65 کُوبائٹ کا تخروپن کرنا چاہتے ہیں تو ، اس میں لگ بھگ ایک ایٹمی بجلی گھر کی ضرورت ہوگی۔" 66 کرنے کے لئے دو جوہری بجلی گھروں کی ضرورت ہوگی۔

براونیل نے کہا کہ ایک ہزار سے زیادہ کوئٹس کے ساتھ ، موجودہ ڈی ویو مشین نظریاتی طور پر 2 سے 1000 ^ویں تک کے ماڈلز کو نظریاتی طور پر سنبھال سکتی ^ہے ، جو 10 سے 300 ^{ویں کے} برابر ہے۔ (موازنہ کے لئے ، انہوں نے کہا ، سائنس دانوں کا اندازہ ہے کہ کائنات میں صرف 10 سے 80 ^ویں ایٹم موجود ہیں۔) لہذا ان کا کہنا ہے کہ کمپیوٹر پر کارکردگی میں حدود کوانٹم اینیل میں حدود کی وجہ سے نہیں ہیں ، بلکہ I میں حد بندی کرنے کی وجہ سے ہیں۔ / O افعال ، ایک انجینئرنگ کا مسئلہ جو ہر نئی نسل میں حل کیا جارہا ہے۔ انہوں نے دعوی کیا ہے کہ کچھ بینچ مارک الگورتھمز پر ، کمپنی کی 1152-کوئبٹ مشین کلاسیکی کمپیوٹر کیا کرسکتی ہے اس سے 600 گنا زیادہ طاقتور ہونی چاہئے۔

ڈی ویو کا فن تعمیر ، جو جوڑے کے ساتھ کوئٹٹس کے میٹرکس کا استعمال کرتا ہے جو کچھ طریقوں سے اعصابی نیٹ ورک کی طرح ہوتا ہے ، مشین سیکھنے میں گہری سیکھنے والے عصبی نیٹ ورک کے لئے ابتدائی اطلاق ہوتا ہے۔

لیکن اس نے دیگر ایپلی کیشنز کے بارے میں بھی بات کی ، جیسے مانٹی کارلو نقلیہ کے برابر چلانے ، جو وہ گولڈمین سیکس (جہاں وہ سی آئی او تھا) میں قدر کے خطرات کے حساب کتاب کے لئے کرتے تھے۔ اسے اس نے تقریبا a دس لاکھ کور لینے اور رات بھر چلانے کی بات یاد رکھی۔ نظریاتی طور پر ، کوانٹم کمپیوٹر ایسی ہی چیزیں کم توانائی کے ساتھ کرسکتا ہے۔ انہوں نے کہا کہ ڈی ویو مشین بہت کم استعمال کرتی ہے ، لیکن اس کو ایک بڑے ریفریجریٹر میں چلانے کی ضرورت ہے جو بہت کم درجہ حرارت (تقریبا mil 8 ملیکلن) کو برقرار رکھتا ہے ، لیکن یہ مشین خود چلنے میں صرف 15-20 کلو واٹ لیتا ہے ، جو کہ بہت چھوٹی ہے۔ ڈیٹا سینٹر کیلئے۔

رائٹر نے گیٹ پر مبنی ماڈل کے لئے اسی طرح کے خیال کا ذکر کیا ، اور کوانٹم میٹروپولیس کے نمونے لینے پر تبادلہ خیال کیا جس کے بارے میں اس نے کہا تھا کہ کوانٹم مونٹی کارلو کے برابر ہے ، لیکن الجھنے والی خصوصیات کی وجہ سے مختلف اعدادوشمار ہیں۔

رائٹرس کی ٹیم کوانٹم اینالاگ تخروپن پر کام کررہی ہے ، جہاں وہ کوئٹیکس کے سلسلے میں ایک آناخت ڈیزائن کا حساب کتاب کرسکتی ہے اور اس کا نقشہ تیار کرسکتی ہے اور اس سے اس کے مثالی طریقوں اور کسی انو کے تمام طرز عمل کو حل کیا جاسکتا ہے ، جس کے بارے میں اس نے کہا تھا کہ ایک بار جب آپ 50 الیکٹرانوں کے قریب آجائیں گے۔ .

جیکبز نے کوانٹم کرپٹوگرافی پر تبادلہ خیال کیا ، جس میں ایک کلید شامل ہے جو اس طرح تیار کی گئی ہے جو ثابت کرسکتی ہے کہ ٹرانسمیشن پر کوئی بھی نہیں سن رہا تھا۔ رائٹر نے کہا کہ آئی بی ایم کے چارلی بینیٹ نے مشین میں موجود ایک دوسرے کوبیٹ میں لنک پر "ٹیلی پورٹ" کرنے کے لئے ایک تکنیک کو نظریہ بنایا ، لیکن کہا کہ وہ سمجھتے ہیں کہ اس طرح کی تکنیکوں کو چند سالوں سے زیادہ کا عرصہ گزر چکا ہے۔

جیکبز نے کوانٹم گیٹ کمپیوٹنگ اور کوانٹم انیلنگ کے مابین اختلافات کی نشاندہی کی ، خاص طور پر غلطی کی اصلاح کے شعبوں میں ، اور نوٹ کیا کہ ایک اور طریقہ ہے جس کے ساتھ ساتھ ٹاپولوجیکل کوانٹم کمپیوٹنگ بھی ہے جس پر مائیکروسافٹ کام کر رہا ہے۔

ایک دلچسپ چیلنج ایسی مشینوں کے لئے درخواستیں لکھ رہا ہے ، جسے رائٹر نے ایک مخصوص تعدد میں ٹن بھیجنے کے بارے میں بیان کیا ہے جس کی وجہ سے مختلف قطاروں میں وقت گزرنے کے ساتھ ساتھ ایک دوسرے سے مطابقت پذیری ہوتی ہے ، جس کی وجہ سے یہ گنتی تقریبا "میوزیکل اسکور کی طرح" ہوتی ہے۔ انہوں نے بتایا کہ یہاں اعلی سطح کی زبانیں موجود ہیں ، لیکن ابھی بھی بہت سارے کام کے لئے ایک تھیورسٹ کی ضرورت ہے۔ جیکبز نے نوٹ کیا کہ اوپن سورس کوانٹم زبانوں کی مختلف سطحیں ہیں جیسے QASM اور کیپر ، دونوں کوانٹم گیٹ ماڈل پر زیادہ تر توجہ مرکوز کی گئی۔ براونیل نے نوٹ کیا کہ کوانٹم انیلیئرنگ پر اتنی سرگرمی نہیں ہوسکی ہے ، کیونکہ یہ حال ہی تک زیادہ متنازعہ تھا ، اور کہا تھا کہ ڈی واو کو خود کو بہت زیادہ کام کرنا پڑا ہے ، اور زبانیں اونچی سطح پر منتقل کرنے پر کام کررہی ہیں۔ پانچ سالوں میں اسے امید ہے کہ جی پی یو یا دوسرے قسم کے کلاسیکی وسائل کی طرح اس کا استعمال اتنا آسان ہوگا۔