کوانٹم کمپیوٹرز دنیا کو کیسے بدلیں گے: کمپیوٹرز P7 کا مستقبل

عام کمپیوٹر انڈسٹری کے ارد گرد بہت ساری ہائپ چل رہی ہے، ہائپ ایک مخصوص ٹیکنالوجی کے ارد گرد مرکوز ہے جو ہر چیز کو تبدیل کرنے کی صلاحیت رکھتی ہے: کوانٹم کمپیوٹرز۔ ہماری کمپنی کا نام ہونے کے ناطے، ہم اس ٹیکنالوجی کے بارے میں اپنی تیزی میں تعصب کا اعتراف کریں گے، اور اپنی فیوچر آف کمپیوٹرز سیریز کے اس آخری باب کے دوران، ہم آپ کے ساتھ اشتراک کرنے کی امید کرتے ہیں کہ ایسا کیوں ہے۔

بنیادی سطح پر، ایک کوانٹم کمپیوٹر بنیادی طور پر مختلف طریقے سے معلومات میں ہیرا پھیری کرنے کا موقع فراہم کرتا ہے۔ درحقیقت، ایک بار جب یہ ٹیکنالوجی پختہ ہو جاتی ہے، تو یہ کمپیوٹرز نہ صرف ریاضی کے مسائل کو اس وقت موجود کسی بھی کمپیوٹر سے زیادہ تیزی سے حل کریں گے، بلکہ آئندہ چند دہائیوں میں موجود کسی بھی کمپیوٹر کے موجود ہونے کی پیش گوئی بھی کریں گے (فرض کریں کہ مور کا قانون درست ہے)۔ اثر میں، ارد گرد ہماری بحث کے لئے اسی طرح ہمارے آخری باب میں سپر کمپیوٹرزمستقبل کے کوانٹم کمپیوٹرز انسانیت کو اس قابل بنائیں گے کہ وہ کبھی بھی بڑے سوالات سے نمٹ سکے جو ہمارے ارد گرد کی دنیا کے بارے میں گہرا گہرا تفہیم حاصل کرنے میں ہماری مدد کر سکتے ہیں۔

کوانٹم کمپیوٹرز کیا ہیں؟

ہائپ ایک طرف، کوانٹم کمپیوٹرز معیاری کمپیوٹرز سے کیسے مختلف ہیں؟ اور وہ کیسے کام کرتے ہیں؟

بصری سیکھنے والوں کے لیے، ہم اس موضوع کے بارے میں کرزگیسگٹ یوٹیوب ٹیم کی طرف سے یہ تفریحی، مختصر ویڈیو دیکھنے کی تجویز کرتے ہیں:

دریں اثنا، اپنے قارئین کے لیے، ہم فزکس کی ڈگری کی ضرورت کے بغیر کوانٹم کمپیوٹرز کی وضاحت کرنے کی پوری کوشش کریں گے۔

شروع کرنے والوں کے لیے، ہمیں یاد رکھنا ہوگا کہ معلوماتی کمپیوٹرز کے عمل کی بنیادی اکائی تھوڑا سا ہے۔ ان بٹس کی دو قدروں میں سے ایک ہو سکتی ہے: 1 یا 0، آن یا آف، ہاں یا نہیں۔ اگر آپ ان بٹس میں سے کافی کو ایک ساتھ جوڑ دیتے ہیں، تو آپ کسی بھی سائز کے اعداد کی نمائندگی کر سکتے ہیں اور ان پر ہر طرح کے حساب کتاب کر سکتے ہیں۔ کمپیوٹر چپ جتنی بڑی یا زیادہ طاقتور ہوگی، اتنے ہی بڑے نمبر آپ بنا سکتے ہیں اور حساب لگا سکتے ہیں، اور اتنی ہی تیزی سے آپ ایک حساب سے دوسرے حساب میں جا سکتے ہیں۔

کوانٹم کمپیوٹرز دو اہم طریقوں سے مختلف ہیں۔

سب سے پہلے، "سپرپوزیشن" کا فائدہ ہے۔ جبکہ روایتی کمپیوٹر بٹس کے ساتھ کام کرتے ہیں، کوانٹم کمپیوٹرز کوبٹس کے ساتھ کام کرتے ہیں۔ سپرپوزیشن اثر qubits کو فعال کرتا ہے کہ دو ممکنہ قدروں (1 یا 0) میں سے کسی ایک تک محدود ہونے کے بجائے، ایک qubit دونوں کے مرکب کے طور پر موجود ہو سکتا ہے۔ یہ خصوصیت کوانٹم کمپیوٹرز کو روایتی کمپیوٹرز کے مقابلے زیادہ موثر (تیز) کام کرنے کی اجازت دیتی ہے۔

دوسرا، "الجھنا" کا فائدہ ہے۔ یہ رجحان ایک منفرد کوانٹم فزکس رویہ ہے جو مختلف ذرات کی ایک مقدار کی تقدیر کو باندھتا ہے، تاکہ جو کچھ ایک کے ساتھ ہوتا ہے وہ دوسرے پر اثر انداز ہوتا ہے۔ جب کوانٹم کمپیوٹرز پر لاگو کیا جاتا ہے، تو اس کا مطلب ہے کہ وہ اپنے تمام کیوبٹس کو ایک ساتھ جوڑ سکتے ہیں- دوسرے لفظوں میں، ایک کے بعد ایک حساب کتاب کرنے کے بجائے، ایک کوانٹم کمپیوٹر ان سب کو ایک ہی وقت میں کرسکتا ہے۔

پہلا کوانٹم کمپیوٹر بنانے کی دوڑ

یہ سرخی کسی حد تک غلط نام کی ہے۔ مائیکروسافٹ، آئی بی ایم اور گوگل جیسی معروف کمپنیاں پہلے ہی پہلے تجرباتی کوانٹم کمپیوٹرز بنا چکی ہیں، لیکن یہ ابتدائی پروٹو ٹائپ فی چپ دو درجن کیوبٹس سے بھی کم ہیں۔ اور جب کہ یہ ابتدائی کوششیں ایک عظیم پہلا قدم ہیں، ٹیک کمپنیوں اور سرکاری تحقیقی محکموں کو اپنی نظریاتی حقیقی دنیا کی صلاحیت کو پورا کرنے کے لیے ہائپ کے لیے کم از کم 49 سے 50 کیوبٹس پر مشتمل کوانٹم کمپیوٹر بنانے کی ضرورت ہوگی۔

اس مقصد کے لیے، اس 50 کیوبٹ سنگ میل کو حاصل کرنے کے لیے کئی طریقوں پر تجربہ کیا جا رہا ہے، لیکن دو تمام آنے والوں سے اوپر ہیں۔

ایک کیمپ میں، Google اور IBM کا مقصد ایک کوانٹم کمپیوٹر تیار کرنا ہے جس میں qubits کو سپر کنڈکٹنگ تاروں سے بہنے والے کرنٹ کے طور پر پیش کیا جاتا ہے جو کہ -273.15 ڈگری سیلسیس، یا مطلق صفر تک ٹھنڈا ہوتا ہے۔ کرنٹ کی موجودگی یا غیر موجودگی کا مطلب 1 یا 0 ہے۔ اس نقطہ نظر کا فائدہ یہ ہے کہ ان سپر کنڈکٹنگ تاروں یا سرکٹس کو سلکان سے بنایا جا سکتا ہے، ایک میٹریل سیمی کنڈکٹر کمپنیوں کے ساتھ کام کرنے کا دہائیوں کا تجربہ ہے۔

دوسرا نقطہ نظر، مائیکروسافٹ کی قیادت میں، ایک ویکیوم چیمبر میں جگہ پر رکھے ہوئے اور لیزرز کے ذریعہ پھنسے ہوئے آئنوں کو شامل کرتا ہے۔ oscillating چارجز qubits کے طور پر کام کرتے ہیں، جو اس کے بعد کوانٹم کمپیوٹر کے آپریشنز کو پروسیس کرنے کے لیے استعمال ہوتے ہیں۔

ہم کوانٹم کمپیوٹر کیسے استعمال کریں گے۔

ٹھیک ہے، نظریہ کو ایک طرف رکھتے ہوئے، آئیے ان کوانٹم کمپیوٹرز کی دنیا میں موجود حقیقی دنیا کی ایپلی کیشنز پر توجہ مرکوز کریں اور کمپنیاں اور لوگ اس کے ساتھ کس طرح مشغول ہوں گے۔

لاجسٹک اور اصلاح کے مسائل۔ کوانٹم کمپیوٹرز کے لیے سب سے فوری اور منافع بخش استعمال میں سے ایک اصلاح ہو گی۔ رائیڈ شیئرنگ ایپس کے لیے، Uber جیسی، زیادہ سے زیادہ صارفین کو لینے اور چھوڑنے کا تیز ترین راستہ کیا ہے؟ ایمیزون جیسی ای کامرس کمپنیوں کے لیے، تعطیلات کے تحفے خریدنے کے رش کے دوران اربوں پیکجز کی فراہمی کا سب سے زیادہ سرمایہ کاری مؤثر طریقہ کیا ہے؟

ان سادہ سوالات میں ایک ساتھ سینکڑوں سے ہزاروں متغیرات کی تعداد کو کم کرنا شامل ہے، یہ ایک ایسا کارنامہ ہے جسے جدید سپر کمپیوٹر صرف سنبھال نہیں سکتے۔ لہذا اس کے بجائے، وہ ان متغیرات کے ایک چھوٹے سے فیصد کی گنتی کرتے ہیں تاکہ ان کمپنیوں کو اپنی لاجسٹک ضروریات کو زیادہ سے زیادہ کم طریقے سے منظم کرنے میں مدد ملے۔ لیکن ایک کوانٹم کمپیوٹر کے ساتھ، یہ پسینے کو توڑے بغیر متغیرات کے پہاڑ کے ذریعے ٹکڑے ٹکڑے کر دے گا۔

موسم اور آب و ہوا۔ ماڈلنگ اوپر دیئے گئے نکتے کی طرح، موسمی چینل کے بعض اوقات غلط ہونے کی وجہ یہ ہے کہ ان کے سپر کمپیوٹرز پر کارروائی کرنے کے لیے بہت زیادہ ماحولیاتی متغیرات ہیں (وہ اور بعض اوقات خراب موسمی ڈیٹا اکٹھا کرنا)۔ لیکن ایک کوانٹم کمپیوٹر کے ساتھ، موسمی سائنس دان نہ صرف قریبی مدت کے موسمی نمونوں کی بالکل درست پیش گوئی کر سکتے ہیں، بلکہ وہ موسمیاتی تبدیلی کے اثرات کی پیش گوئی کرنے کے لیے زیادہ درست طویل مدتی موسمیاتی جائزے بھی تشکیل دے سکتے ہیں۔

مشخص دوا. اپنے ڈی این اے اور اپنے منفرد مائکرو بایوم کو ڈی کوڈ کرنا مستقبل کے ڈاکٹروں کے لیے ضروری ہے کہ وہ ایسی دوائیں تجویز کریں جو آپ کے جسم کے لیے بالکل موزوں ہوں۔ اگرچہ روایتی سپر کمپیوٹرز نے ڈی این اے کو لاگت سے مؤثر طریقے سے ڈی کوڈنگ کرنے میں پیش رفت کی ہے، مائکرو بایوم ان کی پہنچ سے بہت دور ہے — لیکن مستقبل کے کوانٹم کمپیوٹرز کے لیے ایسا نہیں۔

کوانٹم کمپیوٹرز بگ فارما کو یہ بھی بہتر انداز میں پیش گوئی کرنے کی اجازت دیں گے کہ مختلف مالیکیولز ان کی دوائیوں کے ساتھ کس طرح کا رد عمل ظاہر کرتے ہیں، اس طرح دواسازی کی ترقی کو نمایاں طور پر تیز کیا جائے گا اور قیمتیں کم ہوں گی۔

خلائی ریسرچ. آج (اور کل) کی خلائی دوربینیں ہر روز بہت زیادہ مقدار میں علم نجوم کی تصویری ڈیٹا اکٹھا کرتی ہیں جو کہ کھربوں کہکشاؤں، ستاروں، سیاروں اور کشودرگرہ کی نقل و حرکت کو ٹریک کرتی ہیں۔ افسوس کی بات یہ ہے کہ آج کے سپر کمپیوٹرز کے لیے مستقل بنیادوں پر بامعنی دریافتیں کرنے کے لیے یہ بہت زیادہ ڈیٹا ہے۔ لیکن مشین لرننگ کے ساتھ مل کر ایک بالغ کوانٹم کمپیوٹر کے ساتھ، اس تمام ڈیٹا کو آخر کار موثر طریقے سے پروسیس کیا جا سکتا ہے، جس سے 2030 کی دہائی کے اوائل تک روزانہ سینکڑوں سے ہزاروں نئے سیاروں کی دریافت کا دروازہ کھل جائے گا۔

بنیادی علوم. مندرجہ بالا نکات کی طرح، یہ کوانٹم کمپیوٹرز جو خام کمپیوٹنگ طاقت کو فعال کرتے ہیں، سائنسدانوں اور انجینئرز کو نئے کیمیکلز اور مواد کے ساتھ ساتھ بہتر کام کرنے والے انجن اور یقیناً کرسمس کے ٹھنڈے کھلونے تیار کرنے کی اجازت دے گی۔

مشین سیکھنے. روایتی کمپیوٹرز کا استعمال کرتے ہوئے، مشین لرننگ الگورتھم کو نئی مہارتیں سیکھنے کے لیے کیوریٹڈ اور لیبل شدہ مثالوں (بڑے ڈیٹا) کی ضرورت ہوتی ہے۔ کوانٹم کمپیوٹنگ کے ساتھ، مشین لرننگ سوفٹ ویئر انسانوں کی طرح مزید سیکھنا شروع کر سکتا ہے، جس کے ذریعے وہ کم ڈیٹا، گڑبڑ ڈیٹا، اکثر کچھ ہدایات کے ساتھ نئی مہارتیں حاصل کر سکتے ہیں۔

یہ ایپلی کیشن مصنوعی ذہانت (AI) کے شعبے کے محققین کے لیے بھی جوش و خروش کا موضوع ہے، کیونکہ یہ بہتر قدرتی سیکھنے کی صلاحیت دہائیوں تک AI تحقیق میں پیشرفت کو تیز کر سکتی ہے۔ اس پر مزید ہماری فیوچر آف آرٹیفیشل انٹیلی جنس سیریز میں۔

خفیہ کاری. افسوس کی بات یہ ہے کہ یہ وہ ایپلی کیشن ہے جس سے زیادہ تر محققین اور انٹیلی جنس ایجنسیاں پریشان ہیں۔ تمام موجودہ انکرپشن سروسز کا انحصار ایسے پاس ورڈز بنانے پر ہے جن کو ٹوٹنے میں ایک جدید سپر کمپیوٹر کو ہزاروں سال لگیں گے۔ کوانٹم کمپیوٹر نظریاتی طور پر ان انکرپشن کیز کو ایک گھنٹے کے اندر اندر چیر سکتے ہیں۔

بینکنگ، مواصلات، قومی سلامتی کی خدمات، انٹرنیٹ خود کام کرنے کے لیے قابل اعتماد خفیہ کاری پر منحصر ہے۔ (اوہ، اور بٹ کوائن کے بارے میں بھی بھول جائیں، انکرپشن پر اس کے بنیادی انحصار کو دیکھتے ہوئے) رفتار

ریئل ٹائم زبان کا ترجمہ. اس باب اور اس سیریز کو کم دباؤ والے نوٹ پر ختم کرنے کے لیے، کوانٹم کمپیوٹرز کسی بھی دو زبانوں کے درمیان قریب قریب کامل، حقیقی وقت میں زبان کے ترجمہ کو بھی قابل بنائیں گے، یا تو اسکائپ چیٹ کے ذریعے یا آپ کے کان میں پہننے کے قابل آڈیو یا امپلانٹ کے ذریعے۔ .

20 سالوں میں، زبان کاروبار اور روزمرہ کے تعاملات میں رکاوٹ نہیں رہے گی۔ مثال کے طور پر، ایک شخص جو صرف انگریزی بولتا ہے وہ بیرونی ممالک میں شراکت داروں کے ساتھ زیادہ اعتماد کے ساتھ کاروباری تعلقات میں داخل ہو سکتا ہے جہاں انگریزی برانڈز بصورت دیگر داخل ہونے میں ناکام ہو جاتے، اور کہا جاتا ہے کہ بیرونی ممالک کا دورہ کرتے وقت، یہ شخص کسی ایسے شخص سے محبت بھی کر سکتا ہے جو صرف کینٹونیز بولنا ہوتا ہے۔

کمپیوٹر سیریز کا مستقبل

ابھرتے ہوئے صارف انٹرفیس انسانیت کی نئی تعریف کرنے کے لیے: کمپیوٹرز کا مستقبل P1

سافٹ ویئر کی ترقی کا مستقبل: کمپیوٹرز کا مستقبل P2

ڈیجیٹل اسٹوریج انقلاب: کمپیوٹرز P3 کا مستقبل

مائیکرو چپس کے بارے میں بنیادی نظر ثانی کو جنم دینے کے لیے ایک معدوم ہوتا ہوا مور کا قانون: کمپیوٹرز P4 کا مستقبل

کلاؤڈ کمپیوٹنگ وکندریقرت بن جاتی ہے: کمپیوٹرز کا مستقبل P5

ممالک سب سے بڑے سپر کمپیوٹر بنانے کا مقابلہ کیوں کر رہے ہیں؟ کمپیوٹرز کا مستقبل P6