مائیکروسافٹ کا Azure کوانٹم کے ساتھ فالٹ ٹولرنٹ کوانٹم کمپیوٹنگ کی طرف چھلانگ

کوانٹم کمپیوٹنگپیچیدہ مسائل کو حل کرنے کے اپنے وعدے کے ساتھ جن سے کلاسیکی کمپیوٹرز جدوجہد کرتے ہیں، شدید تحقیق اور ترقی کا موضوع رہا ہے۔ مائیکروسافٹ، کوانٹم کمپیوٹنگ کے میدان میں ایک اہم کھلاڑی ہے، اپنے Azure Quantum پلیٹ فارم کے ذریعے بڑے پیمانے پر فالٹ ٹولرنٹ کوانٹم کمپیوٹنگ کے حصول کی طرف اہم پیش رفت کر رہا ہے۔ یہ مضمون ان پیش رفتوں پر گہری نظر ڈالتا ہے، ان کی اہمیت کی وضاحت کرتا ہے اور اس بات پر غور کرتا ہے کہ وہ کمپیوٹنگ کے مستقبل کو کیسے تشکیل دے سکتے ہیں۔

پیمانے پر کوانٹم: ایک ضرورت

آب و ہوا کی تبدیلی اور طبی پیش رفت جیسے کچھ بڑے چیلنجوں کو حل کرنے کے لیے کوانٹم کمپیوٹنگ استعمال کرنے کی جستجو میں، ماہرین کا اندازہ ہے کہ ہمیں کم از کم ایک ملین کیوبٹس سے چلنے والے کوانٹم کمپیوٹرز کی ضرورت ہوگی۔ ایک qubit، کوانٹم بٹ کے لیے مختصر، کوانٹم کمپیوٹنگ میں معلومات کی بنیادی اکائی ہے۔ کلاسیکی بٹس کے برعکس جو صرف دو حالتوں میں سے ایک میں موجود ہو سکتے ہیں، 0 یا 1، کسی بھی وقت، qubits ریاستوں کی سپر پوزیشن میں موجود ہو سکتے ہیں۔ اس کا مطلب ہے کہ ایک کوبٹ ایسی حالت میں ہو سکتا ہے جو بیک وقت 0 اور 1 دونوں کی نمائندگی کرتا ہو۔ مزید یہ کہ، کیوبٹس ایک دوسرے کے ساتھ الجھ سکتے ہیں، جہاں ایک کیوبٹ کی حالت دوسرے کیوبٹ کی حالت پر منحصر ہوتی ہے۔ یہ qubits کو پیچیدہ معلومات اور متوازی پروسیسنگ کی صلاحیتوں کو انکوڈ کرنے کے قابل بناتا ہے جو کلاسیکی کمپیوٹنگ کو پیچھے چھوڑ دیتے ہیں۔ تاہم، ان پیچیدہ حسابات کو مؤثر طریقے سے انجام دینے کے لیے qubits کو مستحکم اور قابل کنٹرول ہونے کی ضرورت ہے۔

اس پیمانے کو حاصل کرنا — ایک ملین کیوبٹس کے ساتھ ایک کوانٹم کمپیوٹر تیار کرنا — ایک بہت بڑا چیلنج ہے۔ فی الحال، یہاں تک کہ چند qubits کے انتظام کے لیے جدید ترین ٹیکنالوجی اور درست کنٹرول کی ضرورت ہے۔ ایک ملین کیوبٹس تک پیمانہ ان چیلنجوں کو qubit استحکام کو برقرار رکھنے اور اتنے بڑے پیمانے پر غلطی سے پاک آپریشنز کو یقینی بنانے کے لحاظ سے کئی گنا بڑھا دیتا ہے۔

کیوبٹ کی حساسیت کا چیلنج

میں سے ایک اہم چیلنجز کوانٹم کمپیوٹنگ میں qubits کی غلطیوں کی حساسیت ہے۔ یہاں تک کہ معمولی ماحولیاتی تبدیلیاں بھی ایسی غلطیوں کا باعث بن سکتی ہیں جو عملی استعمال کے لیے کوانٹم کمپیوٹرز کی وشوسنییتا کو کافی حد تک متاثر کرتی ہیں۔ مزید یہ کہ، چھوٹی چھوٹی غلطیاں بھی کوانٹم کمپیوٹنگ کے عمل پر بڑا اثر ڈال سکتی ہیں۔ مثال کے طور پر، اگرچہ فیڈیلیٹی ریٹ 99.9% معقول معلوم ہوتا ہے، یعنی غلطیاں ہر 1,000 آپریشنز میں صرف ایک بار ہوتی ہیں، یہ کوانٹم کمپیوٹنگ کے لیے کافی زیادہ ہے جہاں پیچیدہ مسائل کو حل کرنے کے لیے آپریشن ملین کیوبٹس میں چلتے ہیں۔ یہ بہت سی خرابیوں کی قیادت کر سکتا ہے جو اسٹیک اپ ہوتی ہے، جس سے نتائج کم قابل اعتماد ہوتے ہیں.

کوانٹم کمپیوٹرز کو مؤثر طریقے سے اور قابل اعتماد طریقے سے کام کرنے کے لیے، انہیں ان کارروائیوں کو طویل عرصے تک انتہائی درستگی کے ساتھ انجام دینے کی ضرورت ہے۔ یہ ضرورت زیادہ مضبوط ہو جاتی ہے کیونکہ نظام پیچیدہ حسابات کو زیادہ مؤثر طریقے سے منظم کرنے کے لیے پھیلتا ہے۔

منطقی کیوبٹس کا استعمال کرتے ہوئے خرابی کی اصلاح

کوانٹم کمپیوٹنگ کی وشوسنییتا اور اسکیل ایبلٹی کو بہتر بنانے کے لیے غلطیوں کے خلاف مضبوطی کو بڑھانا بہت ضروری ہے۔ محققین دونوں جگہوں پر غلطی کا پتہ لگانے اور اصلاح کی حکمت عملی تیار کر رہے ہیں۔ جسمانی اور منطقی qubits کی سطح. جبکہ محض جسمانی qubits کی مخلصی کو بڑھانا نہیں کر سکتے ہیں مسئلہ کو مکمل طور پر حل کریں، کا استعمال منطقی qubits ایک امید افزا راستہ پیش کرتا ہے۔

منطقی qubits کام کی طرح تکرار کوڈز کلاسیکی کمپیوٹنگ میں، جہاں غلطیوں سے بچانے کے لیے معلومات کو متعدد بٹس میں نقل کیا جاتا ہے۔ تاہم، کی وجہ سے غیر کلوننگ تھیوریم طبیعیات میں، qubits کی براہ راست نقل ممکن نہیں ہے۔ اس کے بجائے، کوانٹم ایرر تصحیح ایک منطقی کوبٹ کی حالت کو کئی فزیکل qubits میں پھیلا دیتی ہے۔ یہ فالتو پن انفرادی فزیکل qubits میں غلطیوں کا پتہ لگانے اور درست کرنے کے قابل بناتا ہے، کوانٹم معلومات کی سالمیت کو برقرار رکھتا ہے اور غلطی کی شرح کو بہت کم کرتا ہے۔ متعدد جسمانی سے ایک واحد منطقی کوبٹ تشکیل دے کر، یہ طریقہ غلطی رواداری کو متعارف کراتا ہے۔ یہاں تک کہ اگر کچھ فزیکل qubits سے غلطی ہو جاتی ہے، منطقی qubit کی حالت برقرار رہتی ہے، جس کا تعین غیر تبدیل شدہ فزیکل qubits سے ہوتا ہے۔ یہ کوانٹم کمپیوٹرز کے استحکام اور بھروسے کو نمایاں طور پر بڑھاتا ہے، جس سے وہ زیادہ پیچیدہ اور طویل کمپیوٹیشن کو سنبھال سکتے ہیں۔ تاہم، اس کے لیے غلطیوں کا مؤثر طریقے سے انتظام کرنے کے لیے احتیاط سے ڈیزائن کیے گئے ہارڈ ویئر اور سافٹ ویئر کے ساتھ ایک سوچے سمجھے نظام کی ضرورت ہے۔

مائیکروسافٹ اور کوانٹینیم کی خرابی میں کمی کی پیش رفت

ایک حالیہ تعاون میں، مائیکروسافٹ اور Quantinum کامیابی سے خطاب کیا کیوبٹس کی غلطیوں کے خطرے کا دیرینہ چیلنج۔ انہوں نے انضمام کے ذریعے یہ کام پورا کیا۔ کوانٹینوم کا ہارڈ ویئر سسٹم ساتھ مائیکروسافٹ کی کوبٹ ورچوئلائزیشن یا منطق کوبٹ سسٹم، جس کے نتیجے میں ایک مربوط اور مضبوط نظام ہے جس نے غلطی سے نمٹنے میں 800 گنا متاثر کن اضافہ حاصل کیا۔ اس انضمام نے محققین کو کام کرنے کی اجازت دی۔ 14,000 آزاد مثالیں۔ کسی غلطی کا سامنا کیے بغیر۔ اس کامیابی کا مرکز مائیکروسافٹ کا کوئبٹ ورچوئلائزیشن سسٹم ہے، جو فزیکل کیوبٹس کو منطقی کوئبٹس میں تبدیل کرتا ہے اور غلطی کی اصلاح کرتا ہے۔ اس ورچوئلائزیشن سسٹم کے ذریعے، وہ کوانٹینوم کے 30 فزیکل کوئبٹس میں سے صرف 32 میں سے چار مستحکم منطقی کوئبٹس تیار کرنے میں کامیاب ہوئے، جو 0.00001 کی انتہائی کم سرکٹ کی خرابی کی شرح کو ظاہر کرتے ہوئے، فی 100,000 آپریشنز میں ایک غلطی کی نشاندہی کرتے ہیں۔

اس ترقی کے اثرات کو سمجھنا اس وقت زیادہ واضح ہو جاتا ہے جب ہم غلطی کی شرح کو 800 گنا کم کرنے کے بارے میں سوچتے ہیں، جو کہ 29 dB تک سگنل کو بہتر بنانے کے مترادف ہے، جیسا کہ ایک اعلیٰ معیار کے شور کو منسوخ کرنے والے ہیڈسیٹ کے استعمال کے تجربے کی طرح ہے۔ ہوائی جہاز پر پس منظر کے شور کو جسمانی کیوبٹس سے محیطی شور کے طور پر سوچیں۔ جس طرح ہیڈسیٹ بہتر موسیقی سننے کے لیے شور کو منسوخ کرتا ہے، اسی طرح کیوبٹ ورچوئلائزیشن سسٹم کوانٹم کمپیوٹنگ کے کاموں کے دوران فزیکل کوبٹس کی وجہ سے ہونے والی غلطیوں کو کم کرنے میں مدد کرتا ہے۔

خرابی کی کمی سے آگے کا اثر

Quantinuum کے ہارڈ ویئر اور Microsoft کے qubit-virtualization کے نظام کے درمیان تعاون صرف غلطیوں کو کم کرنے سے آگے بڑھتا ہے۔ ان ٹیکنالوجیز کو مربوط کرکے، محققین کو پیچیدہ کوانٹم الگورتھم تیار کرنے اور لاگو کرنے کے لیے ایک مستحکم پلیٹ فارم فراہم کیا جاتا ہے۔ یہ ترقی مادی سائنس اور خفیہ نگاری جیسے شعبوں میں جدت کی حوصلہ افزائی کر سکتی ہے، اور کوانٹم کمپیوٹنگ ٹیکنالوجیز کی رسائی کو بہتر بنا سکتی ہے۔ جیسا کہ پلیٹ فارم پختہ ہوتا جا رہا ہے اور مزید قابل رسائی ہو جاتا ہے، یہ کوانٹم کمپیوٹنگ تک رسائی کو وسیع کر سکتا ہے، جس سے مزید سائنس دانوں اور اداروں کو جدید تحقیق میں مشغول ہونے کے قابل بنایا جا سکتا ہے۔

نیچے کی لکیر

Azure Quantum کے ذریعے مائیکروسافٹ کی غلطی برداشت کرنے والے کوانٹم کمپیوٹنگ کا تعاقب کمپیوٹیشنل صلاحیتوں میں ایک تبدیلی کی چھلانگ کی نشاندہی کرتا ہے۔ اگرچہ غلطی کو کم کرنے پر توجہ مرکوز کی گئی ہے، کوانٹینوم کے کوانٹم ہارڈویئر کا مائیکروسافٹ کے کوئبٹ ورچوئلائزیشن سسٹمز کے ساتھ انضمام محض غلطی کی تخفیف کے علاوہ امکانات کے ایک دائرے سے پردہ اٹھاتا ہے۔ یہ ترقی صرف غلطی سے نمٹنے کو بہتر نہیں کرتی ہے۔ یہ پیچیدہ کوانٹم الگورتھم کی تلاش کے لیے ایک مضبوط بنیاد قائم کرتا ہے۔ ہارڈ ویئر اور ورچوئلائزیشن کے درمیان فرق کو ختم کرکے، مائیکروسافٹ محققین کو سائنسی ڈومینز جیسے مادی سائنس اور خفیہ نگاری جیسے نئے محاذوں کو تلاش کرنے کی طاقت دیتا ہے۔