کوانٹم فیز ڈائل کو موڑنا
کوانٹم کمپیوٹنگ نے طویل عرصے سے دوائوں کی دریافت سے لے کر خفیہ کاری تک متعدد شعبوں میں انقلاب لانے کا وعدہ کیا ہے، لیکن قابل اعتماد کوانٹم ہارڈویئر بنانا بہت مشکل ثابت ہوا ہے۔ سب سے زیادہ مطلوبہ تعمیراتی بلاکس میں سے ایک — ٹوپولوجیکل سپرکنڈکٹرز — خاص طور پر دور رہا ہے۔ اب، محققین کی ایک ٹیم نے ان غیر معمولی مواد کو بنانے کا حیرت انگیز طریقہ سامنے لایا ہے، جو کوانٹم کمپیوٹر کی ترقی میں ایک بڑی رکاوٹ کو دور کر سکتا ہے۔
اہم بصیرت میں ایک دھوکہ دہی سے سادہ ایڈجسٹمنٹ شامل ہے: انتہائی پتلی کریسٹل فلموں میں ٹیلوریم سے سیلینیم کے درست تناسب میں تبدیلی۔ اس کیمیائی ترکیب کو احتیاط سے ٹیون کر کے، محققین مختلف کوانٹم مراحل سے گزرتے ہوئے مادے کے اندر الیکٹرانی تعاملات کو منظم طریقے سے کنٹرول کرنے میں کامیاب ہوئے جب تک وہ ٹوپولوجیکل سپرکنڈکٹنگ حالت تک نہ پہنچے۔
نتیجہ اہم ہے کیونکہ ٹوپولوجیکل سپرکنڈکٹرز میں میجورانا فرمیونز نام کا ایک خصوصی قسم کا کوانٹم تفاعل موجود ہے — کنکال ذرات جو اپنے خود کے اینٹی ذرات ہیں۔ یہ غیر معمولی کوانٹم تفاعلات نظریاتی طور پر بہت سے خلل سے محفوظ ہیں جو روایتی کوانٹم بٹس کو متاثر کرتے ہیں، جو انہیں خرابی برداشت کنے والے کوانٹم کمپیوٹرز بنانے کے لیے بہترین امیدوار بناتے ہیں جو مفید حسابات کرنے کے لیے کافی عرصے تک ہمآہنگی برقرار رکھ سکتے ہیں۔
ٹوپولوجیکل سپرکنڈکٹرز کیوں اہم ہیں
یہ سمجھنے کے لیے کہ یہ دریافت اہم کیوں ہے، کوانٹم کمپیوٹنگ کے مرکزی چیلنج پر غور کرنا مفید ہے: ڈیکوہیرنس۔ کوانٹم بٹس، یا کیوبٹس، کوانٹم حالتوں میں معلومات کو کوڈ کرتے ہیں جو اپنے ماحول کے لیے بہت حساس ہیں۔ چھوٹی سی کمپن، درجہ حرارت میں اتار چڑھاؤ، یا برقی چمبالی کا شور بھی کیوبٹ کو اپنی کوانٹم خصوصیات کو کھونے کا سبب بن سکتا ہے، جو خرابیوں کو متعارف کراتا ہے جو تیزی سے جمع ہوتے ہیں اور حسابات کو بے معنی بناتے ہیں۔
موجودہ کوانٹم کمپیوٹرز اس مسئلے کو خرابی کی اصلاح کے ذریعے حل کرتے ہیں — ایک منطقی کیوبٹ کو کوڈ کرنے کے لیے بہت سے جسمانی کیوبٹس کا استعمال کرتے ہوئے، مسلسل نگرانی اور خرابیوں کی اصلاح کے ساتھ۔ یہ نقطہ نظر کام کرتا ہے، لیکن یہ ناقابل شمار وسائل کی مانگ کرتا ہے۔ آج کے سب سے جدید کوانٹم پروسیسرز اپنے کیوبٹس کی بہت بڑی اکثریت خرابی کی اصلاح کے لیے وقف کرتے ہیں نہ کہ اصل حساب کتاب کے لیے۔
ٹوپولوجیکل کیوبٹس ایک بالکل مختلف نقطہ نظر فراہم کرتے ہیں۔ نازک کوانٹم حالتوں میں معلومات کو کوڈ کرنے کی بجائے جو مسلسل درست کیے جانے چاہیں، ٹوپولوجیکل کیوبٹس میجورانا فرمیون کی جوڑوں کی عام خصوصیات میں معلومات کو ذخیرہ کرتے ہیں۔ یہ خصوصیات طبعی طور پر مقامی خلل سے محفوظ ہیں — ایسی گندھ کی طرح جو محض رسی کو ہلا کر کھول نہیں سکتی۔ یہ ٹوپولوجیکل تحفظ خرابی کی اصلاح کے لیے درکار سربوہی کو نمایاں طور پر کم کر سکتا ہے، جو عملی کوانٹم حساب کو بہت زیادہ ممکن بناتا ہے۔
ٹیلوریم سیلینیم کی دریافت
تحقیقاتی ٹیم بسمتھ ٹیلوریڈ خاندان کی پتلی فلموں کے ساتھ کام کرتی ہے، جو اچھی طرح سے معروف ٹوپولوجیکل موصل ہیں — ایسے مواد جو اپنی سطحوں پر بجلی کو منتقل کرتے ہیں لیکن اپنی بڑی پیمانے پر موصل ہوتے ہیں۔ احتیاط سے کنٹرول شدہ ترکیب کے ساتھ ان فلموں کو اگانے سے، سیلینیم کے ایٹموں کو ٹیلوریم کے لیے بتدریج متبادل کرتے ہوئے، محققین نے نقشہ بنایا کہ مادے کی الیکٹرانی خصوصیات کیسے تیار ہوتی ہیں۔
انہوں نے جو دریافت کیا وہ یہ تھا کہ ایک مخصوص ترکیب کے تناسب میں، مادے میں الیکٹرانوں کے درمیان تعاملات ایک مرحلہ کی منتقلی سے گزرتے ہیں۔ الیکٹرانز اس طریقے سے جوڑ بنانے لگتے ہیں جو سپرکنڈکٹیویٹی — صفر مزاحمت کے ساتھ بجلی کو منتقل کرنے کی صلاحیت — اور ٹوپولوجیکل آرڈر، ریاضیاتی خصوصیت جو ڈیکوہیرنس سے تحفظ فراہم کرتی ہے، دونوں پیدا کرتے ہیں۔
اہم بات یہ ہے کہ یہ منتقلی صرف ترکیب کنٹرول کے ذریعے رسائی میں آ سکتی ہے، انتہائی دباؤ، غریب سبسٹریٹ، یا دیگر مشکل سے دہرائے جانے والے حالات کی ضرورت نہیں جو ٹوپولوجیکل سپرکنڈکٹیویٹی کے پچھلے طریقوں کو محدود کر چکے ہیں۔ فلموں کو ملیکیولر بیم ایپیٹیکسی استعمال کرتے ہوئے اگایا گیا، ایک اچھی طرح سے قائم تکنیک جو سیمی کنڈکٹر انڈسٹری میں بڑے پیمانے پر استعمال ہوتی ہے، جو تجویز کرتی ہے کہ پیداواری صلاحیت میں اضافہ نسبتاً سیدھا ہو سکتا ہے۔
میدان میں سابقہ چیلنجز
ٹوپولوجیکل سپرکنڈکٹرز کی تلاش کنڈینسڈ مادہ فزکس کے سب سے شدید اور کبھی کبھی متنازع علاقوں میں سے ایک ہے۔ 2018 میں، نیچر میں ایک اعلیٰ پروفائل پیپر جو سیمی کنڈکٹر نینو تاروں میں میجورانا فرمیونز کو دیکھنے کا دعویٰ کرتا تھا، اس کے بعد واپس لیا گیا جب دوسرے محققین نتائج کو دہرا نہیں سکے۔ یہ واقعہ پوری فیلڈ پر سایہ ڈالتا ہے اور جو ٹوپولوجیکل سپرکنڈکٹیویٹی کا قائل سبوت ہے اس کے لیے بار بڑھاتا ہے۔
دوسری طریقہ کاری میں پیچیدہ ہیٹروسٹرکچر میں مختلف مواد کو اسٹیک کرنا، اعلیٰ مقناطیسی فیلڈز کو لاگو کرنا، یا ایسے مواد استعمال کرنا شامل ہے جو قابل اعتماد طریقے سے ترتیب دینا مشکل ہے۔ جب کہ متعدد محاذوں پر پیش رفت ہوئی ہے، کوئی بھی طریقہ ابھی تک مضبوط ٹوپولوجیکل سپرکنڈکٹیویٹی اور عملی تیاری کے درمیان مطلوبہ امتزاج فراہم نہیں کیا گیا ہے جو بڑے پیمانے پر کوانٹم ڈیوائس فیبریکیشن کے لیے ضروری ہے۔
نئی ترکیب ٹیون کرنے کا طریقہ اس کی سادگی کی وجہ سے دلچسپ ہے۔ پیچیدہ کثیر سطحی ڈھانچے کو انجینیر کرنے یا انتہائی حالات میں کام کرنے کی بجائے، محققین نے ظاہر کیا کہ ایک واحد مادہ نظام کو ایک اچھی طرح سے کنٹرول شدہ کیمیائی متغیر کے ذریعے مطلوبہ کوانٹم حالت میں بروقت طریقے سے ٹیون کیا جا سکتا ہے۔
لیبارٹری سے کوانٹم کمپیوٹر تک
اہم چیلنجز باقی ہیں اس سے پہلے کہ یہ دریافت کوانٹم ہارڈویئر میں منتقل ہو سکے۔ ٹوپولوجیکل سپرکنڈکٹنگ حالت بہت کم درجہ حرارت پر دیکھی گئی، جیسا کہ سپرکنڈکٹنگ مواد کے لیے عام ہے۔ ان فلموں میں میجورانا فرمیونز کی اصل تخلیق اور ہیرا پھیری کو ظاہر کرنا — اور یہ دکھانا کہ وہ ٹوپولوجیکل کوانٹم کمپیوٹنگ کے لیے درکار غیر ایبیلیئن برائڈنگ اعدادوشمار کی نمائش کرتے ہیں — مزید تجربات کی ضرورت ہوگی۔
اس کے باوجود، تحقیق معنی خیز قدم کی نمائندگی کرتی ہے۔ ٹوپولوجیکل سپرکنڈکٹیویٹی کا مطالعہ کرنے کے لیے ایک ٹیون ایبل، دہرایا جانے والا پلیٹ فارم فراہم کرتے ہوئے، ٹیلوریم سیلینیم پتلی فلمیں تجربہ کاروں کو ایک نیا آلہ دیتی ہیں جو ٹوپولوجیکل کوانٹم کمپیوٹنگ کو سمجھتا ہے۔ اور قائم شدہ پتلی فلم نشوونما تکنیکوں کے ساتھ موافقت کا مطلب ہے کہ مادے کو دوسری تحقیق ٹیموں کے ذریعے آسانی سے پیدا کیا جا سکتا ہے، دریافت کی رفتار میں تیزی لا سکتا ہے۔
کوانٹم کمپیوٹنگ انڈسٹری کے لیے — جس نے عملی، خرابی برداشت کنے والے مشینوں کی تلاش میں بلین ڈالر لگائے ہیں — کوئی بھی پیش رفت جو ٹوپولوجیکل کیوبٹس کو حقیقت سے قریب لاتی ہے توجہ دینے کے قابل ہے۔ یہ کیمیائی ترمیم معمولی لگ سکتی ہے، لیکن کوانٹم مواد کی دنیا میں، بعض اوقات سب سے سادہ تبدیلیاں سب سے گہرے نتائج دیتی ہیں۔
یہ مضمون سائنس ڈیلی کی رپورٹنگ پر مبنی ہے۔ اصل مضمون پڑھیں۔
