کوانٹم کمپیوٹرز، کمپیوٹنگ سسٹم جو کوانٹم مکینیکل اثرات کا استعمال کرتے ہوئے معلومات پر کارروائی کرتے ہیں، کچھ کمپیوٹیشنل کاموں پر کلاسیکی کمپیوٹرز کو پیچھے چھوڑ سکتے ہیں۔ یہ کمپیوٹرز کوانٹم انفارمیشن کی بنیادی اکائیوں، کوانٹم پر انحصار کرتے ہیں، جو ایک ہی وقت میں متعدد ریاستوں (0، 1 یا دونوں) میں موجود ہو سکتے ہیں، کوانٹم اثرات کی وجہ سے جنہیں سپرپوزیشن اور الجھاؤ کہا جاتا ہے۔
حالیہ برسوں میں تیار کیے گئے بہت سے کوانٹم کمپیوٹرز روایتی سپر کنڈکٹرز پر مبنی ہیں، ایسے مواد جو انتہائی کم درجہ حرارت پر صفر کی برقی مزاحمت کو ظاہر کرتے ہیں۔ قابل اعتماد طریقے سے کام کرنے اور سپر کنڈکٹیوٹی کو ظاہر کرنے کے لیے، ان مواد پر مبنی سرکٹس کو ملیکیلون درجہ حرارت پر ٹھنڈا کرنے کی ضرورت ہے۔
کوانٹم کمپیوٹرز میں، ہر کوئبٹ کو عام طور پر اپنی کنٹرول لائن کی ضرورت ہوتی ہے۔ اس کا مطلب یہ ہے کہ انجینئرز کو کئی تاروں کو متعارف کرانے کی ضرورت ہے جو برقی دالیں (یعنی سگنل لائنز) لے جاتی ہیں، اور ضروری تاروں کی تعداد qubits کی تعداد کے ساتھ بڑھ جاتی ہے۔ جیسے جیسے کوانٹم کمپیوٹرز بڑے ہوتے ہیں، یہ مشکل ہو سکتا ہے، کیونکہ پروسیسر بنانا اور قابل اعتماد طریقے سے کام کرنا مشکل ہو جاتا ہے۔
Seeqc Inc. کے محققین، ایک کمپنی جو ڈیجیٹل کوانٹم کمپیوٹنگ سسٹم تیار کرتی ہے، نے حال ہی میں ایک نیا کوانٹم پروسیسر متعارف کرایا ہے جو قابل اعتماد طریقے سے اور ملیکیلون درجہ حرارت پر کام کر سکتا ہے، اس کے باوجود کہ نمایاں طور پر کم وائرنگ کی ضرورت ہوتی ہے۔ یہ پروسیسر، میں شائع ہونے والے ایک مقالے میں متعارف کرایا گیا ہے۔نیچر الیکٹرانکس, ایک منفرد ڈیزائن ہے جس میں qubits اور ان کے کنٹرول الیکٹرانکس کو دو الگ لیکن منسلک سپر کنڈکٹنگ چپس پر مربوط کیا گیا ہے۔
"سپر کنڈکٹنگ کوانٹم کمپیوٹنگ پلیٹ فارمز کی ترقی کو کافی پیمانے پر چیلنجز کا سامنا ہے کیونکہ ہر کوئبٹ کو کنٹرول کرنے کے لیے انفرادی سگنل لائنز کی ضرورت ہوتی ہے،" کالیب جورڈا، جیکب برن ہارٹ اور ان کے ساتھیوں نے اپنے مقالے میں لکھا۔ "یہ وائرنگ اوور ہیڈ کمرے کے درجہ حرارت پر کنٹرول الیکٹرانکس اور ملیکیلون درجہ حرارت پر کام کرنے والے کوئبٹس کے درمیان انضمام کی کم سطح کا نتیجہ ہے۔ ایک امید افزا متبادل کرائیوجینک سپر کنڈکٹنگ ڈیجیٹل کنٹرول الیکٹرانکس کا استعمال کرنا ہے جو qubits کے ساتھ ایک ساتھ رہتے ہیں۔"
وائرنگ چیلنج پر قابو پانا
وائرنگ کے ان مسائل پر قابو پانے کے لیے جو اب تک بڑے-پیمانے کے کوانٹم پروسیسرز کی ترقی میں رکاوٹ بنے ہوئے ہیں، اس تحقیقی ٹیم نے ایک نیا ملٹی-چِپ ماڈیول ڈیزائن کیا۔ یہ ماڈیول دو الگ الگ چپس پر مشتمل ہے، ایک ہوسٹنگ کیوبٹس اور دوسرا کنٹرول الیکٹرانکس۔
محققین نے خاص طور پر سنگل-فلوکس کوانٹم کنٹرول الیکٹرانکس کا استعمال کیا، سپر کنڈکٹنگ ڈیجیٹل سرکٹس جو چھوٹے کوانٹائزڈ مقناطیسی سگنلز کے ذریعے بہت مختصر اور درست برقی دالیں پیدا کرتے ہیں۔ ان سرکٹس کی میزبانی کرنے والی چپ اس چپ سے جڑی ہوئی تھی جس میں سپر کنڈکٹنگ سرکٹس ہوتے ہیں جس کو فلپ-چپ بانڈنگ کہا جاتا ہے۔
اس نقطہ نظر میں چپس کو چہرے پر-رکھنا اور پھر انہیں مائکروسکوپک میٹل بمپس کے ذریعے جوڑنا شامل ہے۔ Jorda، Bernhardt اور ان کے ساتھیوں کی طرف سے تیار کردہ پورا ملٹی-چپ ماڈیول ایک کرائیوجینک سیٹ اپ کے اندر کام کرتا ہے جو اسے ملیکیلون درجہ حرارت پر برقرار رکھتا ہے۔
"ہم ایک فعال کوانٹم پروسیسر یونٹ پیش کرتے ہیں جس میں کوئبٹس اور سنگل-فلوکس کوانٹم کنٹرول الیکٹرانکس ایک ہی ملٹی-چِپ ماڈیول میں فلپ-چِپ بانڈنگ کے ذریعے مربوط ہوتے ہیں،" مصنفین نے لکھا۔ "ہمارا نظام ڈیجیٹل ڈیملٹی پلیکسنگ کا استعمال کرتا ہے تاکہ کنٹرول پلس کو کئی qubits میں تقسیم کیا جا سکے، اس طرح کنٹرول لائنوں کی لکیری اسکیلنگ کو qubits کی تعداد میں توڑ دیا جاتا ہے۔ اس نقطہ نظر کے ساتھ، ہم 99% سے اوپر اور 99.9% تک سنگل-کوبٹ فیڈیلیٹی کا مظاہرہ کرتے ہیں۔"
اعلی درجے کے کوانٹم پروسیسرز کے لیے ایک نیا طریقہ
اس تحقیقی ٹیم کی طرف سے ڈیزائن کیا گیا کوانٹم پروسیسر ماضی میں متعارف کرائے گئے بہت سے دوسرے سپر کنڈکٹنگ کوانٹم پروسیسر کے مقابلے میں قابل ذکر فوائد رکھتا ہے۔ ابتدائی ٹیسٹوں میں، یہ غیر معمولی طور پر اچھی کارکردگی کا مظاہرہ کرتے ہوئے پایا گیا، جس نے وسیع وائرنگ کی ضرورت کے بغیر کوئبٹس پر بہترین کنٹرول برقرار رکھا۔
مستقبل میں، نئے ڈیزائن کو بڑے کوانٹم پروسیسرز بنانے کے لیے بڑھایا جا سکتا ہے جس میں بہت سے اضافی کوبٹس ہوتے ہیں اور اس طرح ممکنہ طور پر زیادہ پیچیدہ کمپیوٹیشنل مسائل سے نمٹ سکتے ہیں۔ اس کے علاوہ، اس سے ملتے جلتے دوسرے ملٹی-چِپ کوانٹم ماڈیولز کے تعارف کی ترغیب مل سکتی ہے جو قابل اعتماد طریقے سے کام کرتے ہیں اور اعلیٰ درجے کے لیے آسان ہیں۔
