IBM نے 120-کیوبٹ کے دو چپس کو چار سپرکنڈکٹنگ کوانٹم کیبلز کے ذریعے جوڑ دیا
IBM کے محققین نے arXiv پر شائع ایک پری پرنٹ میں 120-کیوبٹ کے دو پروسیسرز کے درمیان چار-چینل لنک اور حالت کی منتقلی میں اوسطاً 99% وفاداری کی اطلاع دی ہے۔
یہ صفحہ انگریزی سے ترجمہ کیا گیا ہے۔ کمپنیوں اور مصنوعات کے نام اور ماخذ کے روابط تبدیل نہیں کیے گئے۔ اصل متن انگریزی میں پڑھیں
IBM کے محققین کا کہنا ہے کہ انہوں نے 120-کیوبٹ کے دو سپرکنڈکٹنگ پروسیسرز کے درمیان چار-چینل کوانٹم انٹرکنیکٹ کا مظاہرہ کیا ہے، جو ایک بڑے واحد ڈائی کے بجائے متعدد چپس پر مشتمل ماڈیولر نظاموں کی جانب ایک قدم ہے۔ 27 اکتوبر کو arXiv پر شائع ہونے والی ایک تحقیق میں ٹیم نے میٹر-اسکیل سپرکنڈکٹنگ لنکس کے ذریعے کوانٹم حالت کی منتقلی میں اوسط 99% وفاداری رپورٹ کی، جبکہ مختلف چپس کے درمیان گیٹس کی اوسط وفاداری 94.75% رہی۔ یہ کام ایک پری پرنٹ ہے۔
کیا اعلان کیا گیا
پری پرنٹ میں IBM نے 120 کیوبٹس پر مشتمل دو Nighthawk R1 پروسیسرز کو، ایک کریوجینک نظام کے اندر، تقریباً 80 centimeters لمبی چار ایلومینیم کواکسیئل کیبلز کے ذریعے جوڑا۔ محققین نے ان لنکس کی مدد سے کوانٹم حالتوں کو منتقل کیا، الگ الگ چپس پر موجود کیوبٹس کے درمیان عملیات انجام دیں، اور ایسی الجھن (entanglement) پیدا کی جو دونوں پروسیسرز پر محیط تھی۔
کمپنی کے مطابق، اس کے علم کی حد تک، یہ بڑے سپرکنڈکٹنگ کوانٹم پروسیسرز کے درمیان کثیر-چینل کوانٹم انٹرکنیکٹ کا پہلا مظاہرہ ہے۔ اس سیٹ اپ میں تمام 240 کیوبٹس شامل نہیں تھے۔ اس کے بجائے ٹیم نے ترقی کے عمل کو تیز کرنے کے لیے انٹرکنیکٹس کے قریب موجود منتخب کیوبٹس کو وائر کیا اور ان کی پیمائش کی۔
تکنیکی تفصیلات
ہر لنک میں کیبل کے دونوں سروں پر مخصوص کیوبٹس استعمال کیے گئے، جبکہ قابل-ترمیم coupling عناصر ان کیوبٹس اور مائیکروویو لنک کے درمیان تعاملات کو کنٹرول کرتے تھے۔ نیٹ ورک بینچ مارکنگ کے ذریعے محققین نے دونوں سمتوں میں حالت کی منتقلی کی وفاداری ناپی اور بتایا کہ چاروں لنکس 98.86% سے زیادہ رہے۔ بہترین لنک 99.29% تک پہنچا، جس میں غیر یقینی 0.07 percentage points تھی۔
اس کے بعد ٹیم نے ان رابطوں کو استعمال کرتے ہوئے مختلف پروسیسرز پر موجود computational qubits کے درمیان controlled-Z گیٹس نافذ کیے۔ ان remote گیٹس کے لیے حالت کی دو منتقلیاں، تین مقامی two-qubit گیٹس، اور اضافی single-qubit controls درکار تھے۔ ان دوری والے گیٹس کی اوسط وفاداری 94.75% تھی، جبکہ بہترین 96.42% تک پہنچی، جس میں غیر یقینی 0.28 percentage points تھی۔
IBM نے یہ بھی رپورٹ کیا کہ دونوں چپس میں پھیلی ہوئی الجھی ہوئی حالتیں تیار کی گئیں۔ محققین نے متصل لنکس کے ذریعے بیک وقت دو الجھی ہوئی جوڑیاں پیدا کیں، اگرچہ بیک وقت آپریشن کے دوران ایک جوڑی نے کم وفاداری دکھائی۔ انہوں نے مزید چار-کیوبٹ اور چھ-کیوبٹ الجھی ہوئی حالتیں بھی بنائیں جو دونوں پروسیسرز پر محیط تھیں۔ ناپی گئی وفاداریاں چار-کیوبٹ حالت کے لیے 77.23% اور چھ-کیوبٹ حالت کے لیے 67.67% تھیں؛ پیمائش کی غلطیوں کے لیے شماریاتی تصحیح کے بعد یہ قدریں بڑھ کر 91.70% اور 90.87% ہو گئیں۔
پیکیجنگ اور قابلِ اعتماد کارکردگی
اس کام کا ایک نمایاں حصہ مکینیکی اور کریوجینک انضمام تھا۔ کیبلز چپ کی سطح کے عموداً منسلک تھیں، اور محققین کے مطابق یہ جیومیٹری پہلے کی متوازی ترتیبوں کے مقابلے میں زیادہ گھنے انٹرکنیکٹ لے آؤٹس کے لیے زیادہ موزوں ہے۔ یہ جوڑ indium-to-indium pressure bonds کے ذریعے بنایا گیا، جو پروسیسر ماڈیولز کو cryostat میں نصب کرنے کے بعد کمرۂ حرارت پر تشکیل دیے گئے۔
مطالعے کے مطابق، تین warm-up اور cool-down سائیکلز کے دوران چاروں لنکس بغیر کسی connection adjustment کے فعال رہے۔
مقالے میں یہ بھی بتایا گیا ہے کہ cooldown کے دوران مقناطیسی میدان کیبل loss کا ایک سبب ہیں۔ IBM نے کیبلز کے گرد مقناطیسی shielding کی دو تہیں شامل کیں، اگرچہ محققین نے shielding braid کو ایک عارضی اقدام قرار دیا ہے۔
یہ کیوں اہم ہے
یہ نتیجہ سپرکنڈکٹنگ کوانٹم کمپیوٹنگ میں اس بنیادی توسیعی سوال سے متعلق ہے کہ آیا متعدد پروسیسرز کو اس طرح جوڑا جا سکتا ہے کہ مفید computation کے لیے درکار کوانٹم معلومات کا بہت زیادہ نقصان نہ ہو۔ ماڈیولز سے بڑے نظام تیار کرنا چپ کے سائز، wiring اور packaging سے متعلق طبعی پابندیوں کو کم کر سکتا ہے۔
اسی وقت، یہ اعداد و شمار بنیادی حالت کی منتقلی اور مکمل تقسیم شدہ عملیات کے درمیان باقی رہ جانے والے فرق کو بھی ظاہر کرتے ہیں۔ IBM کے error model نے حالت کی منتقلی کی خرابی کا تقریباً 77% حصہ کیبل اور مخصوص کیوبٹس میں محدود coherence سے منسوب کیا، خاص طور پر dephasing کو۔ محققین کا کہنا ہے کہ انہوں نے جان بوجھ کر تیاری اور processing کے بعض ایسے مراحل چھوڑ دیے جو کیوبٹ کی کارکردگی بہتر بنانے کے لیے معروف ہیں، تاکہ تجربے کو تیز کیا جا سکے۔
آگے کیا دیکھنا ہے
اگلا امتحان یہ ہوگا کہ آیا IBM چار کارآمد لنکس کو زیادہ تعداد میں قابلِ تکرار اور قابلِ تیاری connections میں تبدیل کر سکتی ہے، جبکہ وفاداریوں میں بھی اضافہ ہو۔ مقالہ ایک ممکنہ معماری تبدیلی کی طرف بھی اشارہ کرتا ہے: remote گیٹس کے لیے درکار مراحل کی تعداد کم کرنے کی خاطر interconnect عناصر کو براہِ راست پروسیسر lattice میں ضم کرنا۔
فی الحال یہ کام ایک مکمل ماڈیولر کوانٹم کمپیوٹر کے بجائے ایک امید افزا ذیلی نظام کا مظاہرہ کرتا ہے۔ مصنفین کے بقول، آگے کا چیلنج یہ ہے کہ error-corrected computation میں ایسے لنکس کو قابلِ اعتماد اور بار بار استعمال کے قابل بنایا جائے۔
ذرائع
اس صفحے پر دی گئی معلومات درج ذیل ذرائع سے لی گئی ہیں، جنہیں DesignQuantum نے حاصل کیا ہے۔