کیا کوانٹم کمپیوٹنگ مستقبل کی تشکیل کر رہی ہے؟ تاریخ، چیلنجز، خطرات، اور فوائد

کچھ عرصہ پہلے، کلاسیکی کمپیوٹرز کی حدود نے سائنس دانوں کو کمپیوٹنگ کی ایک نئی قسم - کوانٹم کمپیوٹنگ تیار کرنے پر مجبور کیا۔ کوانٹم کمپیوٹر کلاسیکی بٹس کے بجائے qubits کا استعمال کرتے ہیں اور کلاسیکی کمپیوٹرز کے مقابلے میں بہت تیزی سے کچھ حسابات انجام دے سکتے ہیں۔ یہ فائدہ ممکنہ طور پر متعدد شعبوں کو تبدیل کر سکتا ہے اور ہماری زندگی کو بہتر بنا سکتا ہے۔ اس مضمون میں، ہم کوانٹم کمپیوٹنگ کا ایک جائزہ فراہم کریں گے، بشمول صنعتیں اور فیلڈز جن میں کوانٹم کمپیوٹنگ کے ذریعے انقلاب لایا جا سکتا ہے۔ ہم اس ٹکنالوجی سے وابستہ چیلنجوں اور خطرات کے ساتھ ساتھ مستقبل میں اس کے بارے میں بھی بات کریں گے۔

IBM کوانٹم کمپیوٹنگ سسٹم کا اندرونی حصہ۔ (کریڈٹ: IBM )

کوانٹم کمپیوٹنگ کیا ہے؟

1920 کی دہائی میں کوانٹم تھیوری تیار ہونے کے بعد سے کمپیوٹنگ نے ایک طویل سفر طے کیا ہے اور پہلا قابل پروگرام کمپیوٹر، الیکٹرانک نیومریکل انٹیگریٹر اور کمپیوٹر ( ENIAC ) 1945 میں بنایا گیا تھا۔ مشین پہلی "خودکار، عام مقصد، الیکٹرانک، اعشاریہ، ڈیجیٹل کمپیوٹر،" ایڈون ڈی ریلی کی کتاب "کمپیوٹر سائنس اور انفارمیشن ٹیکنالوجی میں سنگ میل" کے مطابق۔ کوانٹم کمپیوٹنگ بالکل کیا ہے؟ مختصراً، یہ ایک تیزی سے ابھرتی ہوئی ٹیکنالوجی ہے جو کلاسیکی کمپیوٹرز کے مقابلے میں پیچیدہ مسائل کو زیادہ موثر اور طاقتور طریقے سے حل کرنے کے لیے کوانٹم میکانکس کے قوانین کا استعمال کرتی ہے۔ کچھ مسائل کے لیے، سپر کمپیوٹر اتنے سپر نہیں ہیں۔ اس کے بنیادی طور پر، کوانٹم کمپیوٹنگ معلومات کو پروسیس کرنے اور اس میں ہیرا پھیری کے لیے کوانٹم بٹس (کوبِٹس) کے استعمال پر انحصار کرتی ہے ۔ کلاسیکی بٹس کے برعکس، جو صرف دو حالتوں (0 یا 1) میں سے ایک میں موجود ہو سکتے ہیں، سپرپوزیشن کے رجحان کی وجہ سے کیوبٹس بیک وقت متعدد ریاستوں میں موجود ہو سکتے ہیں۔ یہ کوانٹم کمپیوٹرز کو بیک وقت کئی کمپیوٹیشن انجام دینے کی اجازت دیتا ہے۔ کوانٹم کمپیوٹنگ کا ایک اور کلیدی اصول الجھن ہے، جو qubits کو اس طرح باہم مربوط ہونے کی اجازت دیتا ہے کہ ایک qubit کی حالت فوری طور پر دوسرے کی حالت کو متاثر کر سکتی ہے، چاہے وہ جسمانی طور پر الگ کیوں نہ ہوں۔ یہ کوانٹم کمپیوٹرز کو سپر کمپیوٹرز کے مقابلے میں بہت تیزی سے کچھ کام انجام دینے کی اجازت دیتا ہے - بڑی تعداد میں فیکٹرنگ، بڑے ڈیٹا بیس کے ذریعے تلاش کرنا وغیرہ۔

کوانٹم کمپیوٹر کیسے کام کرتے ہیں؟

جیسا کہ ابھی ذکر کیا گیا ہے، کوانٹم کمپیوٹر کثیر جہتی کوانٹم الگورتھم کو چلانے کے لیے بٹس کے بجائے qubits کا استعمال کرتے ہیں۔ کیوبٹس کو سپر کنڈکٹرز کا استعمال کرتے ہوئے بنایا گیا ہے، جو کوانٹم مکینیکل اثرات کو ظاہر کرتے ہیں جیسے کوپر جوڑے جو کوانٹم ٹنلنگ کے ذریعے انسولیٹر کے ذریعے چارج لے سکتے ہیں۔ qubits کے رویے کو کنٹرول کیا جا سکتا ہے اور ان پر مائیکرو ویو فوٹان فائر کر کے جوڑ توڑ کیا جا سکتا ہے۔ Qubits کو سپرپوزیشن کی حالت میں رکھا جا سکتا ہے، جو qubit کے تمام ممکنہ کنفیگریشنز کے امتزاج کی نمائندگی کرتا ہے۔ سپرپوزیشن میں qubits کے گروپ پیچیدہ کمپیوٹیشنل اسپیس بنا سکتے ہیں جو نئے طریقوں سے پیچیدہ مسائل کی نمائندگی کر سکتے ہیں۔ کوانٹم کمپیوٹر چھوٹے ہوتے ہیں اور سپر کمپیوٹرز کے مقابلے میں کم توانائی کی ضرورت ہوتی ہے لیکن اسے بہت ٹھنڈا ہونا ضروری ہے، جو سپر کولڈ سپر فلوئڈز کا استعمال کرتے ہوئے حاصل کیا جاتا ہے۔

IBM کے سپر کنڈکٹنگ کوئبٹ کا اسکیمیٹک کلوز اپ، جس میں اس کے جوزفسن جنکشن کا زوم ان ویو بھی شامل ہے۔

کوانٹم کمپیوٹنگ کی موجودہ حالت

کوانٹم کمپیوٹنگ ایک تیزی سے ترقی کرتا ہوا شعبہ ہے جو پیچیدہ مسائل کو حل کرنے کے طریقے میں انقلاب برپا کرنے جا رہا ہے۔ آئی بی ایم، گوگل اور ریگیٹی سمیت کئی کمپنیاں پہلے ہی کوانٹم کمپیوٹر بنا چکی ہیں اور ان کا استعمال کر رہی ہیں۔ یہ کمپیوٹر سائز میں چند کیوبٹس سے لے کر 100 کیوبٹس تک ہیں، اور ہر ایک کا اپنا منفرد فن تعمیر اور صلاحیتوں کا سیٹ ہے۔

• 2017 میں، Rigetti نے Forest 1.0 کی عوامی بیٹا دستیابی کا اعلان کیا، جو کوانٹم کمپیوٹنگ کے لیے دنیا کا پہلا مکمل اسٹیک پروگرامنگ ماحول ہے۔
• گوگل کا سائکامور ایک کوانٹم پروسیسر ہے جس میں 53 کیوبٹس ہیں۔ اسے 2019 میں تیار کیا گیا تھا اور اس نے 200 سیکنڈ میں ایک کام مکمل کرنے کا دعویٰ کیا تھا جسے ختم کرنے کے لیے ایک اعلیٰ درجے کے سپر کمپیوٹر کو 10,000 سال درکار ہوں گے۔
• آئی بی ایم کوانٹم سسٹم ون کوانٹم کمپیوٹر آئی بی ایم نے 2019 میں بھی متعارف کرایا تھا۔ اس میں 20-کوبٹ ٹرانسمون کوانٹم پروسیسر ہے جو 2.7x2.7x2.7 میٹر کمپیوٹنگ سسٹم میں رکھا گیا ہے۔ دلچسپ بات یہ ہے کہ IBM نے IBM Quantum Summit 2022 میں نئے 433-qubit 'Osprey' پروسیسر کا اعلان کیا۔

"نیا 433 کوئبٹ 'Osprey' پروسیسر ہمیں اس مقام کے ایک قدم قریب لاتا ہے جہاں کوانٹم کمپیوٹرز کا استعمال پہلے سے حل نہ ہونے والے مسائل سے نمٹنے کے لیے کیا جائے گا۔" – ڈاکٹر ڈاریو گل، سینئر نائب صدر، IBM اور ڈائریکٹر ریسرچ۔ ہارڈ ویئر کی ترقی کے علاوہ، کوانٹم کمپیوٹنگ کے سافٹ ویئر ٹولز بھی آگے بڑھ رہے ہیں۔ پروگرامنگ زبانیں جیسے Q# اور Qiskit ڈویلپرز کو کوانٹم پروگرام لکھنے اور انہیں کوانٹم ہارڈویئر یا سمیلیٹرز پر چلانے کی اجازت دیتی ہیں۔ تاہم، کوانٹم کمپیوٹنگ کو اب بھی کچھ چیلنجز اور حدود کا سامنا ہے۔ اہم غلطی کی اصلاح ہے ۔ جیسے جیسے کوانٹم پروگرام چلتا ہے، غلطیاں تیزی سے جمع ہو جاتی ہیں، جو سائنسدانوں کے لیے چیلنجز پیدا کرتی ہیں۔ لہذا، بڑے پیمانے پر، قابل اعتماد کوانٹم کمپیوٹرز کی تعمیر کے لیے مؤثر غلطی کی اصلاح کے طریقوں کو تیار کرنا بہت ضروری ہے۔ ایک اور اہم حد توسیع پذیری ہے ۔ اگرچہ دسیوں یا سیکڑوں کیوبٹس والے کوانٹم کمپیوٹر پہلے سے موجود ہیں، ہزاروں یا لاکھوں کیوبٹس کے ساتھ بڑے پیمانے پر کوانٹم کمپیوٹر بنانا اب بھی ایک چیلنج ہے۔ تاہم، امید ہے کہ آنے والے سالوں میں ان چیلنجوں پر قابو پا لیا جائے گا، جس سے کوانٹم کمپیوٹنگ کو وسیع تر اپنانے کی راہ ہموار ہوگی۔ IBM کوانٹم سسٹمز 2025 تک اور اس کے بعد 4,000+ کوئبٹس تک پہنچنے کا وعدہ کرتے ہیں۔

کوانٹم کمپیوٹنگ دنیا کو کیسے بدل رہی ہے؟ حقیقی زندگی کی ایپلی کیشنز

یہ صرف کہا جا رہا ہے، مختلف صنعتوں میں پہلے سے ہی استعمال کے کئی معاملات ہیں جہاں کوانٹم کمپیوٹنگ حیرت انگیز نتائج دکھا رہی ہے۔

صحت کی دیکھ بھال

سب سے زیادہ امید افزا علاقوں میں سے ایک صحت کی دیکھ بھال ہے۔ کوانٹم کمپیوٹر کلاسیکی کمپیوٹرز کے مقابلے میں مالیکیولز اور مواد کے رویے کو زیادہ درست طریقے سے نقل کر سکتے ہیں، جو بیماریوں کے لیے نئی ادویات اور علاج کی دریافت کو تیز کر سکتے ہیں۔ مثال کے طور پر، کوانٹم الگورتھم جیسے ویریشنل کوانٹم ایگینسولور (VQE) کو کلاسیکی طریقوں سے زیادہ درست طریقے سے مالیکیولز کی الیکٹرانک ساخت کا حساب لگانے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ اس کے علاوہ، کوانٹم کمپیوٹنگ کا استعمال میڈیکل ریکارڈز اور کلینیکل ٹرائلز کے بڑے ڈیٹاسیٹس کا تجزیہ کرنے کے لیے کیا جا سکتا ہے تاکہ منشیات کی دریافت کے لیے نئے اہداف کی نشاندہی کی جا سکے۔ صحت کی دیکھ بھال میں کوانٹم کمپیوٹنگ کو کس طرح استعمال کیا جا سکتا ہے اس کی ایک اور مثال منشیات کے امیدواروں کی ورچوئل اسکریننگ کے ذریعے ہے۔ اس میں مطلوبہ خصوصیات کے حامل افراد کی شناخت کے لیے ممکنہ ادویات کے بڑے ڈیٹا بیس کی تلاش شامل ہے۔ کوانٹم کمپیوٹنگ اس عمل کو تیز تر کرنے کے قابل ہے ڈیٹا کی وسیع مقدار کے ذریعے مؤثر طریقے سے تلاش کر کے، جس سے منشیات کی تیزی سے دریافت اور ترقی ہوتی ہے۔

مالیات

کوانٹم کمپیوٹنگ کا ایک اور اہم اطلاق مسائل کی اصلاح میں مضمر ہوسکتا ہے، جیسے کہ مالیاتی شعبے میں درپیش مسائل۔ مالیاتی ماڈلنگ اور رسک مینجمنٹ کو بہتر بنانے کے لیے کوانٹم کمپیوٹنگ کا استعمال کیا جا سکتا ہے۔ مثال کے طور پر، کوانٹم الگورتھم کو تیزی سے بڑے ڈیٹا سیٹس کا تجزیہ کرنے اور مارکیٹ کے رجحانات کے بارے میں پیشین گوئیاں کرنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ اس کے علاوہ، مالیاتی لین دین کو محفوظ بنانے اور سائبر خطرے سے بچانے کے لیے کوانٹم کرپٹوگرافی کا استعمال کیا جا سکتا ہے۔ کوانٹم کی ڈسٹری بیوشن (QKD) ایک تکنیک ہے جو کوانٹم میکانکس کے اصولوں کو دو فریقوں کے درمیان محفوظ طریقے سے خفیہ کاری کیز کو منتقل کرنے کے لیے استعمال کرتی ہے۔ QKD ایک ایسی کلید بنانے کے لیے الجھے ہوئے کیوبٹس کی طاقت کا استعمال کرتا ہے جس کا پتہ لگائے بغیر روکنا ناممکن ہے۔

لاجسٹکس

کوانٹم کمپیوٹنگ ممکنہ طور پر سپلائی چین مینجمنٹ کو بہتر بنانے، نقل و حمل کے اخراجات کو کم کرنے اور ترسیل کے اوقات کو بہتر بنانے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ مثال کے طور پر، کوانٹم الگورتھم کو نقل و حمل اور تقسیم کے لیے انتہائی موثر راستوں کا فوری تجزیہ کرنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ مزید برآں، کوانٹم کمپیوٹنگ کو شیڈولنگ کے پیچیدہ مسائل کو حل کرنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے، جیسے کہ ایئر لائن اور ریلوے شیڈولنگ میں درپیش مسائل۔

توانائی

کوانٹم الگورتھم انرجی سٹوریج ڈیوائسز میں استعمال ہونے والے مواد کے رویے کی تقلید کے لیے استعمال کیے جا سکتے ہیں، جس سے زیادہ موثر بیٹریاں تیار ہوتی ہیں۔ اس کے علاوہ، کوانٹم کمپیوٹنگ کا استعمال موسم کے نمونوں کا تجزیہ کرکے اور توانائی کی طلب کی پیش گوئی کرکے توانائی کی پیداوار کو بہتر بنانے کے لیے کیا جاسکتا ہے۔

مینوفیکچرنگ

چونکہ کوانٹم کمپیوٹنگ بڑے ڈیٹاسیٹس کا تجزیہ کرنے اور بہترین پیداواری نظام الاوقات کی پیشین گوئی کرنے کی صلاحیت رکھتی ہے، اس لیے یہ مینوفیکچرنگ میں بھی بہت مفید ہو سکتی ہے۔ جیسا کہ آپ دیکھ رہے ہیں، کوانٹم کمپیوٹنگ کی ممکنہ ایپلی کیشنز بہت وسیع ہیں اور بہت سی صنعتیں ہیں جو اس ٹیکنالوجی کے ذریعے تبدیل کی جا سکتی ہیں۔

مستقبل کے "خوف"

اس سب سے، یہ نتیجہ اخذ کرنا آسان ہے کہ معاشرے پر کوانٹم کمپیوٹنگ کا اثر نمایاں ہونے والا ہے۔ اور بالکل کسی دوسری انقلابی ٹکنالوجی کی طرح، کوانٹم کمپیوٹنگ سے وابستہ کچھ خطرات بھی ہیں۔ سب سے اہم چیلنجوں میں سے ایک ٹیکنالوجی کے اخلاقی اور سماجی مضمرات ہیں۔ کوانٹم کمپیوٹنگ میں حساس ڈیٹا کو محفوظ بنانے کے لیے استعمال کیے جانے والے خفیہ کاری کے بہت سے طریقوں کو توڑنے کی صلاحیت ہے، جو رازداری کی خلاف ورزیوں اور دیگر حفاظتی خدشات کا باعث بن سکتے ہیں۔ اس کے علاوہ، کوانٹم کمپیوٹنگ کو نئے ہتھیاروں اور ٹیکنالوجیز کو تیار کرنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے جو عالمی سلامتی کے لیے خطرہ بن سکتے ہیں۔

خلاصہ

جبکہ کوانٹم کمپیوٹنگ کئی چیلنجز اور خطرات پیش کرتی ہے، بہت سی تنظیمیں نئے خفیہ کاری کے طریقے تیار کرکے، کوانٹم ہارڈویئر اور سافٹ ویئر کو بہتر بنانے کے ساتھ ساتھ تربیت اور تعلیم کے مواقع فراہم کرکے ان سے نمٹنے کے لیے سرگرم عمل ہیں۔ لہذا، ہمیں یقین ہے کہ کوانٹم کمپیوٹنگ ایک اچھے طریقے سے دنیا میں انقلاب برپا کرے گی۔ مضبوط اور قابل بھروسہ کوانٹم ٹیکنالوجیز تیار کرکے، ہم کوانٹم کمپیوٹنگ کی پوری صلاحیت کو کھول سکتے ہیں اور مجموعی طور پر کمپیوٹنگ اور معاشرے کے لیے ایک روشن مستقبل بنا سکتے ہیں۔ کارروائی کا وقت اب ہے، لہذا CodeGym کے ساتھ ٹیکنالوجی کی دنیا کو دریافت کرنا جاری رکھیں!