کوانٹم ایڈوانٹیج، کوانٹم سپریمیسی اور کوانٹم یوٹیلٹی: ان الفاظ کا مطلب کیا ہے

کوانٹم کمپیوٹنگ کی کوریج میں تین اصطلاحات بار بار آتی ہیں: کوانٹم سپریمیسی، کوانٹم ایڈوانٹیج اور کوانٹم یوٹیلٹی۔ کبھی انہیں ہم معنی سمجھا جاتا ہے اور کبھی ترقی کی سیڑھی کے زینے۔ یہ دونوں میں سے کچھ بھی نہیں۔ یہ مختلف مقالوں اور تقریروں سے آئی ہیں، مختلف موازنے کرتی ہیں، اور تینوں کو احتیاط سے یا لاپروائی سے استعمال کیا جا سکتا ہے۔

یہ رہنما بتاتا ہے کہ یہ الفاظ کہاں سے آئے، ایک ذمہ دارانہ دعوے کو کیا واضح کرنا چاہیے، اور انہیں کیوبٹس اور ایرر کریکشن جیسے زیادہ بنیادی تصورات کے ساتھ کیسے پڑھا جائے۔ یہ کوانٹم کمپیوٹنگ کے اعلان کو کیسے پڑھیں پر ہماری چیک لسٹ کا ساتھی ہے۔

کوانٹم سپریمیسی

John Preskill نے «quantum supremacy» کی اصطلاح 2012 کی ایک رپورٹیئر تقریر میں متعارف کرائی، جو بعد میں «Quantum computing and the entanglement frontier» کے عنوان سے شائع ہوئی۔ انہوں نے اسے اس متوقع لمحے کے لیے استعمال کیا جب ایک اچھی طرح کنٹرول شدہ کوانٹم نظام کوئی ایسا کام کر سکے جو عام ڈیجیٹل کمپیوٹرز کی صلاحیت سے باہر ہو۔ اس تقریر میں، سپریمیسی کے قائل کن مظاہرے کے لیے کسی مفید صنعتی مسئلے کو حل کرنا ضروری نہیں تھا۔ یہ کوئی مصنوعی کام ہو سکتا تھا جسے اس لیے چنا گیا ہو کہ اس کی کلاسیکی سمیولیشن مشکل ہے اور اسے قریبی مدت کے ہارڈویئر پر چلانا ممکن ہے۔

یہی مطلب — ایک کوانٹم ڈیوائس جو کچھ ایسا کرے جو معقول کلاسیکی سمیولیشن کی حد تک پہنچے یا اس سے آگے نکل جائے، ضروری نہیں کہ ایسی چیز جس کے حساب کے لیے کوئی پیسے دے — تحقیقی ادب میں قائم رہا۔

سب سے مشہور دعویٰ اکتوبر 2019 میں سامنے آیا، جب Google اور اس کے ساتھیوں نے Nature میں «Quantum supremacy using a programmable superconducting processor» شائع کیا۔ انہوں نے 53 کیوبٹس والے Sycamore پروسیسر پر رینڈم سرکٹ سیمپلنگ کا تجربہ رپورٹ کیا اور اندازہ لگایا کہ جو کام ان کی کوانٹم ڈیوائس تقریباً 200 سیکنڈ میں کرتی ہے، وہ ایک جدید ترین سپر کمپیوٹر کو تقریباً 10,000 سال میں کرنا پڑے گا۔ یہ اعداد مصنفین کے تخمینے ہیں، فطرت کا کوئی آفاقی مستقل نہیں: یہ اس پر منحصر ہیں کہ کلاسیکی سمیولیشن کو کیسے ماڈل کیا جائے۔

IBM کے محققین نے عوامی طور پر جواب دیا، جس میں «On ‘quantum supremacy’» کے عنوان سے ایک بلاگ پوسٹ بھی شامل تھی، اور دلیل دی کہ زیادہ محتاط کلاسیکی سمیولیشن — خاص طور پر وہ جو ثانوی اسٹوریج کا بہتر استعمال کرے — یہی سیمپلنگ کا کام ہزاروں سال کے بجائے چند دنوں میں مکمل کر سکتی ہے۔ اختلاف اس پر نہیں تھا کہ Sycamore نے مشکل سرکٹ چلایا یا نہیں۔ اختلاف اس پر تھا کہ جب کلاسیکی الگورتھم اور مشین ماڈل کو زیادہ فراخ دلی سے متعین کیا جائے تو «کلاسیکی کمپیوٹرز کی پہنچ سے باہر» کا کیا مطلب ہے۔

یہ تبادلہ سپریمیسی طرز کے ہر بعد کے دعوے کو پڑھنے کا نمونہ ہے: کام کا نام لیں، کوانٹم ڈیوائس کا نام لیں، کلاسیکی بنیاد کا نام لیں، اور توقع رکھیں کہ کلاسیکی الگورتھمز بہتر ہونے کے ساتھ بنیاد بدلے گی۔

کوانٹم ایڈوانٹیج

«کوانٹم ایڈوانٹیج» (quantum advantage) دو ملتے جلتے طریقوں سے استعمال ہوتا ہے، اور اسی لیے یہ مسائل پیدا کرتا ہے۔

ایک استعمال میں یہ سپریمیسی کا نرم تر مترادف ہے: ایک کوانٹم کمپیوٹر کسی واضح طور پر متعین کام میں کلاسیکی کمپیوٹر سے بہتر کارکردگی دکھاتا ہے۔ کچھ محققین «ایڈوانٹیج» کو ترجیح دیتے ہیں کیونکہ انگریزی میں supremacy کے سیاسی مفاہیم ہیں جن کا طبیعیات سے کوئی تعلق نہیں۔ جب کوئی مقالہ کہتا ہے کہ وہ اسی وجہ سے لفظ supremacy سے گریز کر رہا ہے، تو وہ عموماً اب بھی ایک حسابی موازنے کی بات کر رہا ہوتا ہے، کسی ایسی پروڈکٹ کی نہیں جو عمومی طور پر کلاسیکی کمپیوٹرز سے بہتر ہو۔

دوسرے استعمال میں «ایڈوانٹیج» ایسے مسئلے پر رفتار میں اضافے (یا لاگت یا توانائی میں بہتری) کے لیے مخصوص ہے جس کی لوگ پہلے سے پروا کرتے ہیں — کیمسٹری، مواد، آپٹیمائزیشن، کرپٹوگرافی — نہ کہ موازنے کے لیے ایجاد کیے گئے کسی سیمپلنگ کے کام پر۔ اس سخت تر استعمال کے تحت، رینڈم سرکٹ سیمپلنگ کا تجربہ ایڈوانٹیج ہوئے بغیر سپریمیسی ہو سکتا ہے۔

جب تک اعلان یہ نہ بتائے کہ کس کا موازنہ کس سے کیا گیا، آپ نہیں جان سکتے کہ اس کی مراد کون سا مطلب ہے۔ جو سرخی صرف «کوانٹم ایڈوانٹیج حاصل ہو گیا» کہے، وہ ادھوری ہے۔

کوانٹم یوٹیلٹی

«یوٹیلٹی» (utility) کی اصطلاح 2023 میں Nature میں شائع ہونے والے ایک مقالے کے بعد بڑے پیمانے پر رائج ہوئی، جو IBM اور تعلیمی شراکت داروں کے Youngseok Kim، Andrew Eddins، Abhinav Kandala اور ساتھیوں نے لکھا: «Evidence for the utility of quantum computing before fault tolerance»۔ اس تجربے میں 127 کیوبٹس والے شور زدہ سپر کنڈکٹنگ پروسیسر پر سرکٹس چلائے گئے، جن میں دو کیوبٹ گیٹس کی 60 تک تہوں والے سرکٹس شامل تھے (ان کی نمایاں کردہ سب سے بڑی مثالوں میں 2,880 CNOT گیٹس)۔ مصنفین نے دلیل دی کہ وہ بروٹ فورس کلاسیکی حساب سے آگے کے پیمانے پر درست ایکسپیکٹیشن ویلیوز ماپ سکتے تھے، اور یہ کہ شدید اینٹینگلڈ رجیم میں ان کے نتائج وہاں قابلِ اعتماد رہے جہاں کچھ نمایاں تخمینی کلاسیکی طریقے، بشمول بعض ٹینسر نیٹ ورک طریقے، ناکام ہو گئے۔

دو احتیاطیں براہِ راست مقالے ہی سے نکلتی ہیں۔ اول، مصنفین اسے فالٹ ٹالرنس سے پہلے کے دور میں یوٹیلٹی کا ثبوت کے طور پر پیش کرتے ہیں — قریبی مدت کے طریقوں کی کھوج کی ایک بنیاد — نہ کہ اس دعوے کے طور پر کہ کوئی تجارتی ایپلیکیشن اب ہر کلاسیکی حل کار سے بہتر ہے۔ دوم، وہ مخصوص کلاسیکی تکنیکوں سے موازنہ کرتے ہیں (جہاں ممکن ہو وہاں بروٹ فورس سمیولیشن، اور جہاں ممکن نہ ہو وہاں نامزد تخمینی طریقے)۔ بعد کے کلاسیکی الگورتھمز اس فرق کو کم یا ختم کر سکتے ہیں، بالکل اسی طرح جیسے کلاسیکی سمیولیشن کے کام نے 2019 کے سپریمیسی موازنے کے کچھ حصوں کا جواب دیا۔

ڈھیلی تشہیری زبان میں «یوٹیلٹی» کو کبھی کبھی کھینچ کر «گاہک ہمارے کوانٹم نظام سے فائدہ حاصل کر رہے ہیں» کے معنی میں لیا جاتا ہے۔ یہ ایک معقول کاروباری بیان ہو سکتا ہے۔ یہ 2023 کے مقالے والا بیان نہیں ہے۔

یہ الفاظ NISQ اور فالٹ ٹالرنس کے ساتھ کہاں کھڑے ہیں

Preskill کے بعد کے NISQ مضمون (2018) نے ایسی ڈیوائسز کے دور کو بیان کیا جن میں دسیوں سے سیکڑوں شور زدہ کیوبٹس ہوں، جو ایسے تجربات چلانے کے لیے کافی دلچسپ ہوں جن کی سمیولیشن مشکل ہو، اور جو ابھی مکمل فالٹ ٹالرنٹ ایرر کریکشن سے محفوظ نہ ہوں۔ سپریمیسی طرز کے سیمپلنگ تجربات قدرتی طور پر اسی دور کا حصہ ہیں: وہ پوچھتے ہیں کہ کیا ایک شور زدہ ڈیوائس کسی مخصوص کام پر کلاسیکی سمیولیشن سے آگے نکل سکتی ہے۔

درسی کتابوں میں زیرِ بحث مفید، بڑے پیمانے کے الگورتھمز عموماً ایک فالٹ ٹالرنٹ مشین فرض کرتے ہیں، جس میں لاجیکل کیوبٹس اور لاجیکل گیٹس اتنے قابلِ اعتماد ہوں کہ گہرے سرکٹس چل سکیں۔ یہ سپریمیسی، ایڈوانٹیج یا یوٹیلٹی سے مختلف سنگِ میل ہے۔ کوئی گروپ ایڈوانٹیج کا دعویٰ کیے بغیر ایرر کریکشن میں پیش رفت رپورٹ کر سکتا ہے، اور لاجیکل کیوبٹ کے بغیر سپریمیسی طرز کا تجربہ رپورٹ کر سکتا ہے۔

ان تہوں کو ملا دینا — «ہم نے سپریمیسی دکھا دی، اس لیے مفید الگورتھمز آ گئے» — مقبول تحریروں میں سب سے عام چھلانگ ہے۔ تجرباتی مقالے خود شاذ و نادر ہی یہ چھلانگ لگاتے ہیں۔

تینوں میں سے کسی بھی دعوے کے لیے پڑھنے کا امتحان

اعلان جو بھی لفظ چنے، یہی سوالات لاگو ہوتے ہیں:

• کام۔ کیا ان پٹ دیا جاتا ہے، کیا آؤٹ پٹ پیدا ہوتا ہے، اور وہ آؤٹ پٹ کلاسیکی طور پر کیوں مشکل ہے؟
• کوانٹم ڈیوائس۔ کتنے کیوبٹس، کون سی قسم، سرکٹ کی کتنی گہرائی، اور کون سی ایرر مٹیگیشن یا ایرر کریکشن استعمال ہوئی؟
• کلاسیکی بنیاد۔ کون سا الگورتھم، کون سی مشین، کتنا وقت اور میموری، اور نفاذ کس نے چنا — کوانٹم ٹیم نے یا کسی آزاد کلاسیکی گروپ نے؟
• تصدیق۔ جب مسئلہ عین سمیولیشن کے لیے بہت بڑا ہو جائے تو کسی کو کیسے پتا چلتا ہے کہ کوانٹم آؤٹ پٹ درست ہے؟
• دعوے کا استحکام۔ کیا کسی بعد کے کلاسیکی طریقے نے فرق پہلے ہی کم کر دیا ہے؟ سپریمیسی اور ایڈوانٹیج کے دعوے اصل تجربے میں کسی غلطی کے بغیر بھی سکڑ سکتے ہیں۔
• افادیت۔ کیا یہ کام ایسی چیز ہے جسے تجربے سے باہر کا کوئی صارف حل کروانا چاہتا تھا، یا موازنے کے لیے بنایا گیا بینچ مارک؟

اگر یہ جوابات مقالے یا تکنیکی بلاگ پوسٹ میں موجود ہیں تو سرخی کا لفظ کم اہم ہو جاتا ہے۔ اگر موجود نہیں تو سرخی کا لفظ ان کی کمی پوری نہیں کر سکتا۔

DesignQuantum^™ یہ اصطلاحات کیسے استعمال کرتا ہے

اپنی خبروں میں ہم ترجیح دیتے ہیں کہ اعلان کرنے والے گروپ نے جو موازنہ واقعی کیا، اسے انہی کے منسوب الفاظ میں دہرائیں، اور پھر مقالے یا پوسٹ کا لنک دیں۔ ہم «سپریمیسی»، «ایڈوانٹیج» یا «یوٹیلٹی» اپنی آواز میں صرف تب استعمال کرتے ہیں جب واضح ہو کہ کون سا موازنہ مراد ہے۔ جب کوئی ریلیز ان میں سے کوئی لفظ بغیر موازنے کے استعمال کرے، تو ہم اسے بولنے والے کا دعویٰ سمجھتے ہیں، نہ کہ ایسا نتیجہ جسے ہم نے آزادانہ طور پر جانچا ہو۔

اصطلاحات بدلتی رہیں گی۔ جو چیز نہیں بدلنی چاہیے وہ یہ مطالبہ ہے کہ ہر حسابی دعویٰ اپنے کام اور اپنی بنیاد کا نام لے۔