کی میز کے مندرجات[چھپائیں][دکھائیں]
کوانٹم کمپیوٹنگ ایک نئی ٹیکنالوجی ہے جو کوانٹم فزکس کا استعمال کرتے ہوئے ایسے مسائل کو حل کرتی ہے جو روایتی کمپیوٹرز کی صلاحیتوں سے باہر ہیں۔
بہت سی کمپنیاں اب دسیوں ہزار ڈویلپرز کے لیے حقیقی کوانٹم ہارڈویئر دستیاب کرانے کی کوشش کر رہی ہیں، ایک ایسا ٹول جس کا سائنسدانوں نے صرف تین دہائیوں قبل خواب دیکھا تھا۔
نتیجے کے طور پر، ہمارے انجینئرز کثرت سے طاقتور سپر کنڈکٹنگ کوانٹم کمپیوٹرز کو تعینات کر رہے ہیں، جو ہمیں کوانٹم کمپیوٹنگ کی رفتار اور دنیا کو تبدیل کرنے کے لیے ضروری صلاحیت کے قریب لا رہے ہیں۔
اس پوسٹ میں، ہم اس پر گہری نظر ڈالیں گے۔ کمانٹم کمپیوٹنگ اور ٹولز اور فریم ورک جو اس کے ساتھ چلتے ہیں، نیز وہ 2022 میں کہاں ہوں گے۔
کوانٹم کمپیوٹنگ کیا ہے؟
یہ سپر کمپیوٹرز سپرپوزیشن اور entanglement کے اصولوں پر بنائے گئے ہیں، جو کوانٹم فزکس کے دو پہلو ہیں۔ کوانٹم کمپیوٹرز اب ان شرحوں پر کام کر سکتے ہیں جو روایتی کمپیوٹرز کے مقابلے میں کہیں کم توانائی استعمال کرتے ہوئے تیز رفتاری کے آرڈرز ہیں۔
1980 کی دہائی میں کوانٹم کمپیوٹنگ کا شعبہ پیدا ہوا۔ پھر یہ انکشاف ہوا کہ کوانٹم الگورتھم کمپیوٹر کے بعض کاموں کو حل کرنے میں ان کے روایتی مساوی سے زیادہ موثر تھے۔
کوانٹم کمپیوٹنگ کمپیوٹر سائنس کا ایک شعبہ ہے جو کوانٹم تھیوری کے تصورات پر مبنی کمپیوٹر ٹیکنالوجی کی ترقی پر توجہ مرکوز کرتا ہے۔ یہ ذیلی ایٹمی ذرات کی ایک ساتھ کئی ریاستوں میں موجود ہونے کی غیر معمولی صلاحیت کا استعمال کرتا ہے، جیسے کہ 0 اور 1۔ وہ عام کمپیوٹرز کے مقابلے میں کافی زیادہ ڈیٹا پر کارروائی کرنے کی صلاحیت رکھتے ہیں۔
کسی شے کی کوانٹم حالت کوانٹم کمپیوٹنگ آپریشنز میں کوئبٹ بنانے کے لیے استعمال کی جاتی ہے۔ Qubits کوانٹم کمپیوٹنگ کی بنیادی ڈیٹا اکائیاں ہیں۔ کوانٹم کمپیوٹنگ میں، وہ وہی کام کرتے ہیں جو بٹس عام کمپیوٹنگ میں کرتے ہیں، لیکن وہ بالکل مختلف طریقے سے برتاؤ کرتے ہیں۔
روایتی بٹس بائنری ہیں اور صرف 0 یا 1 کی پوزیشن کو برقرار رکھ سکتے ہیں، جب کہ qubits میں تمام ممکنہ حالتوں کی ایک سپر پوزیشن شامل ہو سکتی ہے۔
کوانٹم کمپیوٹنگ کے لیے بہترین فریم ورک
1. سرق
سرق کو گوگل کی کوانٹم اے آئی ٹیم نے بنایا تھا۔ اس کا استعمال کوانٹم سرکٹس کو ڈیزائن اور بہتر بنانے کے لیے کیا جاتا ہے جن کا پھر کوانٹم کمپیوٹرز اور سمیلیٹروں پر تجربہ کیا جاتا ہے۔ Cirq لاجواب ہے کیونکہ یہ ترقیاتی سمیلیٹر پیش کرتا ہے جو حقیقی زندگی میں دیکھے جانے والوں سے کافی مشابہت رکھتا ہے۔
اس کا مطلب یہ ہے کہ لائبریری NISQ (Noisy Intermediate-scale Quantum) کے ارد گرد موجود ہارڈویئر کی تفصیلات کے ذریعے اپنا کام کرتی ہے تاکہ ہم اس بات کا یقین کر سکیں کہ الگورتھم یا سرکٹ کو مکمل ہونے کے بعد ایک حقیقی کوانٹم کمپیوٹر پر چلایا جا سکتا ہے۔
نتیجے کے طور پر، اس میں انکولی اور قابل تعینات کوانٹم سرکٹس بنانے کے لیے فائدہ اٹھانے کی صلاحیت ہے۔ اس میں انٹرآپریبلٹی خصوصیات بھی ہیں۔ ایک ایسا سافٹ ویئر جو کوانٹم سرکٹس اور سمولیشنز کو درآمد اور برآمد کرتا ہے، مثال کے طور پر۔
پروگرامنگ کوانٹم کمپیوٹرز کے لیے ایک فریم ورک جو اوپن سورس ہیں۔ سرق ایک ہے۔ ازگر سافٹ ویئر پیکج جو آپ کو کوانٹم کمپیوٹرز اور سمیلیٹروں پر عمل کرنے سے پہلے کوانٹم سرکٹس بنانے، جوڑ توڑ اور ان کو بہتر بنانے کی اجازت دیتا ہے۔
Cirq آج کے شور مچانے والے انٹرمیڈیٹ پیمانے کے کوانٹم کمپیوٹرز سے نمٹنے کے لیے ایک موثر تجرید ہے، جہاں جدید نتائج حاصل کرنے کے لیے ہارڈ ویئر کے تقاضے اہم ہیں۔
خصوصیات
- کوئبٹس پر چلنے والے گیٹس سے، آپ کوانٹم سرکٹس کو ڈیزائن کرنے کا طریقہ سیکھ سکتے ہیں۔ جانیں کہ ایک لمحہ کیا ہے اور کیسے داخل کرنے کے مختلف حربے آپ کے مثالی سرکٹ کی تعمیر میں آپ کی مدد کر سکتے ہیں۔ نئے اور بہتر سرکٹس بنانے کے لیے سرکٹس کو سلائس اور ڈائس کرنے کا طریقہ سیکھیں۔
- ٹکنالوجی کی پابندیوں کا اس بات پر ایک اہم اثر ہے کہ آیا عصری ہارڈ ویئر پر سرکٹ کو لاگو کیا جاسکتا ہے۔ جانیں کہ گوگل کی کوانٹم کمپیوٹنگ سروس کو کیسے پروگرام کیا جائے اور ان حدود کو دور کرنے کے لیے آلات کیسے بنائے جائیں۔
- ویو فنکشنز اور ڈینسٹی میٹرکس دونوں میں سرق میں بلٹ ان سمیلیٹر ہوتے ہیں۔ شور والے کوانٹم چینلز سے نمٹنے کے لیے مونٹی کارلو یا مکمل کثافت میٹرکس سمولیشن استعمال کیے جا سکتے ہیں۔
- گوگل کے کوانٹم پروسیسرز پر ٹیسٹ کرنے کے لیے، سرق کوانٹم کمپیوٹنگ سروس کے ساتھ تعاون کرتا ہے۔
2. پروجیکٹ کیو
ای ٹی ایچ زیورخ نے پروجیکٹ کیو بنایا، ایک اوپن سورس کوانٹم کمپیوٹنگ سافٹ ویئر فن تعمیر۔ یہ ایک مضبوط اور سیدھا فراہم کرتا ہے۔ نحو صارفین کو Python میں کوانٹم ایپلی کیشنز بنانے کے لیے۔ پروجیکٹ کیو پھر ان اسکرپٹس کو بیک اینڈ کی کسی بھی شکل میں تبدیل کر سکتا ہے، چاہے وہ کلاسیکل کمپیوٹر سمیلیٹر ہو یا کوانٹم پروسیسر۔
پروجیکٹ کیو پھر ان ایپلی کیشنز کو کسی بھی قسم کے بیک اینڈ میں تبدیل کر سکتا ہے، جیسے کہ کلاسیکل کمپیوٹر سمیلیٹر یا کوانٹم پروسیسر، جیسے IBM کوانٹم تجربہ پلیٹ فارم۔
خصوصیات
- آئی ٹی ایک اعلیٰ سطح کا ہے۔ پروگرامنگ زبان کوانٹم پروگراموں کے لیے۔
- اس میں ایک ماڈیولر اور موافقت پذیر کمپائلر ہے۔
- یہ متعدد ہارڈ ویئر اور سافٹ ویئر بیک اینڈ بھی پیش کرتا ہے۔
- فرمیونک مسائل کو حل کرنے کے لیے ایک کوانٹم کمپیوٹر لائبریری (FermiLib)
- IBM کوانٹم تجربہ چپ، AQT آلات، AWS بریکٹ، اور IonQ سروس فراہم کردہ آلات سبھی کوانٹم الگورتھم چلانے کے لیے استعمال کیے جا سکتے ہیں۔
- تجرید کی اعلیٰ سطح پر، کوانٹم پروگراموں کی تقلید کی جا سکتی ہے (مثال کے طور پر، بڑے اوریکلز کے عمل کی نقل کرنے کے بجائے انہیں نچلے درجے کے دروازوں پر مرتب کرنا)
- کلاسیکی کمپیوٹرز پر، کوانٹم پروگراموں کو نقل کیا جا سکتا ہے۔
3. ٹینسو فلو کوانٹم
Python فریم ورک TensorFlow Quantum (TFQ) کوانٹم کے لیے ہے۔ مشین لرننگ. TFQ ایک TensorFlow ایپلیکیشن فریم ورک ہے جو کوانٹم الگورتھم اور مشین لرننگ کے محققین کو Google کے کوانٹم کمپیوٹنگ فریم ورک کو TensorFlow سے براہ راست استعمال کرنے کی اجازت دیتا ہے۔
TensorFlow کوانٹم ایک ایسا پروگرام ہے جو کوانٹم ڈیٹا اور کوانٹم کلاسیکل ہائبرڈ ماڈلز کی تخلیق پر توجہ مرکوز کرتا ہے۔ یہ Cirq کے ڈیزائن کردہ کوانٹم کمپیوٹنگ تکنیکوں اور منطق کو TensorFlow APIs کے ساتھ ساتھ اعلی کارکردگی والے کوانٹم سرکٹ سمیلیٹروں کے ساتھ ملاتا ہے۔
TFQ فریم ورک کا استعمال روایتی اور ہائبرڈ دونوں ماڈلز، جیسے Quantum CNN (QCNN) کو چلانے کے لیے کیا جا سکتا ہے۔ نتیجے کے طور پر، TFQ کو کسی بھی ایسے مسئلے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے جس کا روایتی طریقوں سے جواب دینا پہلے ناممکن تھا۔ حقیقی دنیا کے کچھ مسائل کا جواب دینے کے لیے، کوانٹم یا کوانٹم کلاسیکل ہائبرڈ ماڈلز بنانے کے لیے TFQ سے شروع کریں۔
خصوصیات
- محققین ایک ہی کمپیوٹیشنل نیٹ ورک میں کوانٹم ڈیٹاسیٹس، کوانٹم ماڈلز، اور روایتی کنٹرول پیرامیٹرز کا استعمال کرتے ہوئے ٹینسرز بنانے کے لیے TFQ کا استعمال کر سکتے ہیں۔
- ٹینسر کوانٹم ڈیٹا (نمبروں کی کثیر جہتی صف) کو ذخیرہ کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔ کوانٹم ڈیٹا کے ہر ٹینسر کو Cirq کوانٹم سرکٹ کے طور پر بیان کیا گیا ہے جو مکھی پر کوانٹم ڈیٹا بناتا ہے۔
- محقق کوانٹم کو پروٹو ٹائپ کرنے کے لیے Cirq کا استعمال کر سکتا ہے۔ عصبی نیٹ ورک جو بعد میں TensorFlow کمپیوٹ گراف میں شامل کیا جائے گا۔
- متعدد کوانٹم سرکٹس کو بیک وقت تربیت دینے اور اس پر عمل کرنے کی صلاحیت TensorFlow کوانٹم کی ایک بڑی خصوصیت ہے۔
4. پرسیویل
پرسیوال ایک اوپن سورس فریم ورک ہے جو فوٹوونک کوانٹم کمپیوٹرز کی پروگرامنگ کے لیے پرسیوال نے تیار کیا ہے، جو ایک فرانسیسی کاروبار ہے جو روشنی کی ہیرا پھیری پر مبنی کوانٹم کمپیوٹرز کی ایک نئی نسل کی تعمیر پر توجہ مرکوز کرتا ہے۔
Perceval لکیری آپٹیکل اجزاء سے سرکٹس کمپوز کرنے، سنگل فوٹون ذرائع کی وضاحت، فوک سٹیٹس کو جوڑ توڑ، کوانٹم سمولیشنز چلانے، شائع شدہ تجرباتی پیپرز کو دوبارہ تیار کرنے، اور ایک سادہ آبجیکٹ پر مبنی Python API کے ذریعے کوانٹم الگورتھم کی نئی نسل کے ساتھ تجربہ کرنے کے لیے ٹولز پیش کرتا ہے۔
اس کا مقصد کوانٹم فوٹوونک سرکٹس کی تعمیر کے لیے ایک ساتھی ٹول بننا ہے - ان کے ڈیزائن کی تقلید اور ان کو بہتر بنانے، مثالی اور حقیقی رویے دونوں کی ماڈلنگ، اور بیک اینڈ کے تصور کے ذریعے ان کو کنٹرول کرنے کے لیے ایک معیاری انٹرفیس پیش کرنا۔
اسے مقامی ڈیسک ٹاپ پر کام کرنے کے لیے بہتر بنایا گیا ہے، جس میں HPC کلسٹرز کے لیے بہت سے اضافہ کیا گیا ہے، اور فوٹوونک سرکٹس پر کوانٹم الگورتھم کے عددی اور علامتی تخروپن کے لیے جدید ترین بیک اینڈس تک رسائی فراہم کرتا ہے۔
آپ الگورتھم اور پیچیدہ لکیری آپٹکس سرکٹس بنانے کے لیے پہلے سے تیار شدہ اجزاء کی ایک بڑی تعداد کو بھی استعمال کر سکتے ہیں۔ معروف الگورتھم کی ایک لائبریری قابل رسائی ہے، اور ساتھ ہی ان کو استعمال کرنے کے اسباق بھی۔
آپ الگورتھم کو بہتر بنانے، تجرباتی ڈیٹا کے ساتھ موازنہ کرنے، اور شائع شدہ اشاعتوں کو دوبارہ تخلیق کرنے کے لیے کوڈ کی کچھ سطریں بھی استعمال کر سکتے ہیں۔
خصوصیات
- ایک قسم کا فن تعمیر مکمل طور پر لکیری آپٹکس اور فوٹوونک کوانٹم کمپیوٹنگ کے لیے وقف ہے۔
- یہ پروجیکٹ ایک اوپن سورس پروجیکٹ ہے جس میں ایک ماڈیولر فن تعمیر ہے جو کمیونٹی کے تعاون کا خیرمقدم کرتا ہے۔
- پہلے سے تیار شدہ اجزاء کی ایک بڑی لائبریری کا استعمال کرتے ہوئے، الگورتھم اور پیچیدہ لکیری آپٹکس سرکٹس بنائیں۔ معروف الگورتھم کی ایک لائبریری قابل رسائی ہے، اور ساتھ ہی ان کو استعمال کرنے کے اسباق بھی۔
- الگورتھم کو ٹھیک کرنے کے لیے ان کے ساتھ تجربہ کریں، تجرباتی ڈیٹا سے ان کا موازنہ کریں، اور موجودہ اشاعتوں کو کوڈ کی چند سطروں میں کاپی کریں۔
- فوٹوونک سرکٹس پر کوانٹم الگورتھم کی تقلید کرنے کے لیے، جدید ترین بیک اینڈ استعمال کریں۔ Perceval کو مقامی ڈیسک ٹاپ پر عددی اور علامتی کارکردگی دونوں کے لحاظ سے چلانے کے لیے ڈیزائن کیا گیا ہے، جس میں HPC کلسٹرز کے لیے بہت سے اضافہ کیے گئے ہیں۔
5. کیسکِٹ
ہم جانتے ہیں کہ اگر ہم اگلی نسل کی ٹیکنالوجی کے بارے میں بات کر رہے ہیں، تو IBM کے پاس پیش کرنے کے لیے کچھ ہوگا۔ یہ یقینی طور پر کرتا ہے. QisKit کوانٹم سافٹ ویئر تیار کرنے کا ایک اوپن سورس پلیٹ فارم ہے۔
Qiskit ایک IBM کی مالی اعانت سے چلنے والا سافٹ ویئر فریم ورک ہے جو صارفین کے لیے اس کے بارے میں جاننا آسان بناتا ہے۔ کمانٹم کمپیوٹنگ. چونکہ کوانٹم کمپیوٹرز کا آنا مشکل ہے، اس لیے آپ کلاؤڈ فراہم کنندہ جیسے IBM کی Qiskit ٹول کٹ تک رسائی حاصل کرنے کے لیے استعمال کر سکتے ہیں۔
یہ استعمال کرنے کے لیے مکمل طور پر مفت ہے، اور تمام کوڈ ہے۔ اوپن سورس. ایک آن لائن درسی کتاب ہے جو آپ کو کوانٹم فزکس کے تمام بنیادی اصول سکھاتی ہے، جو ان ابتدائی افراد کے لیے بہت مفید ہے جو اس موضوع سے ناواقف ہیں۔
کوانٹم کمپیوٹرز کو دالوں، سرکٹس اور ایپلیکیشن ماڈیولز کی سطح پر استعمال کیا جا سکتا ہے۔
خصوصیات
- مختلف سطحوں کے صارفین Qiskit کو تحقیق اور ایپلیکیشن کی ترقی کے لیے استعمال کر سکتے ہیں کیونکہ یہ کوانٹم گیٹس کے مکمل مجموعہ اور پہلے سے تعمیر شدہ سرکٹس کی ایک رینج کے ساتھ آتا ہے۔
- آپ Qiskit Runtime کا استعمال کلاؤڈ بیسڈ CPUs، QPUs اور GPUs پر کوانٹم ایپلی کیشنز کو مربوط کرنے کے ساتھ ساتھ اصل کوانٹم پروسیسرز پر سرگرمیوں کو چلانے اور شیڈول کرنے کے لیے کر سکتے ہیں۔
- ٹرانسپلر Qiskit کوڈ کو بیک اینڈ کے مقامی گیٹ سیٹ کا استعمال کرتے ہوئے ایک موثر سرکٹ میں تبدیل کرتا ہے، جس سے صارفین کو کم سے کم ان پٹ کے ساتھ کسی بھی کوانٹم پروسیسر یا فن تعمیر کے لیے ڈیزائن کرنے کی اجازت ملتی ہے۔
نتیجہ
خلاصہ کرنے کے لیے، کوانٹم کمپیوٹرز آج کی خفیہ کاری کی تکنیکوں کو بہت کم وقت میں تیزی سے گھس سکتے ہیں، جبکہ سب سے بڑے سپر کمپیوٹر تک رسائی کے لیے اب برسوں لگتے ہیں۔
اس حقیقت کے باوجود کہ کوانٹم کمپیوٹرز آج کی بہت سی انکرپشن اسکیموں کو توڑنے کے قابل ہوں گے، امید ہے کہ وہ ہیک پروف متبادل تیار کریں گے۔ کوانٹم کمپیوٹرز آپٹیمائزیشن کے مسائل سے نمٹنے میں لاجواب ہیں۔
جواب دیجئے