کوانٹم کمپیوٹر دے اندر اک ذراتی ٹکراؤ مشین
ٹکراؤ لمے ویلے توں مادے دی اندرلی بناوٹ نوں کھوجن لئی فزکس دے مکھ اوزاراں وچوں اک رہے نیں۔ کوانٹم سمولیٹر ہن کوانٹم ہارڈویئر اُتے ٹکراؤ چلان دی سہولت دیندے نیں، جتھے آپسی عمل دا زور مرضی نال، کمزور توں بہت زوردار تیک، بدلیا جا سکدا اے۔
اصلی مادیاں وچ جتھے الیکٹران زور نال آپس وچ عمل کردے نیں، کوازی پارٹیکلاں (quasiparticles) — اجتماعی ہلجلاں جو ذریاں وانگ ورتاؤ کردیاں نیں — وچکار ٹکراؤ ایہہ طے کردے نیں پئی چارج تے توانائی کیویں چلدے نیں۔ فیر وی ایہناں نوں عام طور تے صرف اسِدھے طریقے نال، سپیکٹروسکوپی راہیں، پڑھیا جاندا اے۔ اک کوانٹم سمولیٹر اک اک کوازی پارٹیکل بنا سکدا اے، اوہناں نوں سٹ سکدا اے، تے مکان تے ویلے وچ اوہناں نوں ٹکراندیاں ویکھ سکدا اے۔
دو الٹ گولے
سیول دی ہانیانگ یونیورسٹی، کوریا دی آجو یونیورسٹی تے امریکہ دی اوہائیو سٹیٹ یونیورسٹی دے چان بن بارک، مون جپ پارک تے ساتھیاں نے آپس وچ عمل کردے الیکٹراناں دا اک کتابی ماڈل چُنیا، فرمی-ہبرڈ ماڈل (Fermi-Hubbard model)۔ الیکٹران اک لڑی وچ تھاں توں تھاں ٹپدے نیں، تے اکو تھاں اُتے دو الیکٹران اک توانائی U نال اک دوجے نوں پرے دھکدے نیں۔ ہر تھاں اُتے ٹھیک اک الیکٹران ہووے تے لڑی اک موٹ انسولیٹر (Mott insulator) بن جاندی اے۔
ایس پس منظر اُتے، دو قسم دیاں ہلجلاں چارج چک سکدیاں نیں:
- ڈبلون (doublon)، دو الیکٹراناں والی تھاں؛
- ہولون (holon)، اک خالی تھاں۔
ایہہ اک ذرے تے اوہدے ضد ذرے (antiparticle) وانگ ورتاؤ کردے نیں۔ اکو جیہے کوازی پارٹیکلاں وچکار ٹکراؤ پہلاں پڑھے گئے سن؛ دو وکھرے کوازی پارٹیکلاں وچکار ٹکراؤ، ہر اک وکھرا تیار کیتا ہویا، نئیں پڑھیا گیا سی۔
ٹکراؤ مشین بنانا
ٹیم نے IBM دے سپر کنڈکٹنگ کوانٹم پروسیسر ibm_boston دے 42 کیوبٹاں اُتے 21 تھاواں دی لڑی رکھی، ہر تھاں لئی دو کیوبٹ۔ اوہناں نے اک پاسے ڈبلون تے دوجے پاسے ہولون رکھیا۔
اوہناں نوں سٹن لئی، اوہناں نے پہلاں تھوڑے ویلے لئی باہرلے کنڈھیاں ول ٹپنا بند کیتا، تاں جے ہر ہلجل صرف وچکار ول ای چل سکے — جویں دوڑ دا شروع والا پھاٹک۔ فیر اوہناں نے سارا ٹپنا بحال کیتا تے دوواں پیکٹاں نوں وچکار دے نیڑے ملن دتا۔
اج دے شور والے ہارڈویئر اُتے اجیہے سرکٹ چلان لئی دھیان چاہیدا سی: اوہناں نے مڈھلیاں پرکھاں نال سبھ توں چنگے کیوبٹ چُنے، ہر ڈیٹا نقطے لئی 70,000 ناپ لئے، تے غلطیاں ٹھیک کرن لئی ایس گل نوں ورتیا پئی ذریاں دی کُل گنتی اکو جیہی رہنی چاہیدی اے۔ اوہناں نے سبھ کجھ ماڈل دے اک پکے نظریاتی حل، بیتھے اینزاٹز (Bethe ansatz)، تے کلاسیکی کمپیوٹر نقلاں نال تلیا۔
وچوں لنگھنا، اچھلنا، یا دوویں
- کمزور دھکے (U = 1) نال، ڈبلون تے ہولون اک دوجے وچوں لنگھ کے اگے ٹر جاندے نیں۔
- زوردار دھکے (U = 7) نال، اوہ اچھل کے مڑ جاندے نیں۔ تھاں بدلن لئی، اوہناں نوں اک وچکارلی ترتیب وچوں لنگھنا پوے گا جیہدی قیمت توانائی U اے، ایس لئی اوہ سخت گیندان وانگ ورتاؤ کردے نیں۔
- دوواں صورتاں وچ اوہ اوسے رفتار نال جاندے نیں جیہدے نال آئے سن: ٹکراؤ لچکیلا (elastic) اے۔
اوہناں نے 1 توں 8 تیک دے دھکیاں لئی وچوں لنگھن دا امکان ناپیا۔ ایہہ پکے نظریے دے پچھے بنا کسے سنوارے پیرامیٹر دے چلدا اے — لکھاریاں مطابق، کوانٹم ہارڈویئر اُتے ایس ماڈل دے کوازی پارٹیکلاں لئی پہلی واری۔
ادھا لنگھیا، ادھا مڑیا
اک وچکارلے دھکے (U = 3.5) اُتے، اک انوکھی گل ہوندی اے: ٹکراؤ توں بعد چارج لگ بھگ غائب ہو جاندا اے۔ ڈبلوناں تے ہولوناں نوں وکھرا ناپن نال وجہ پتہ لگدی اے۔ کوئی وی مُکیا نئیں — ڈبلوناں دی گنتی نئیں گھٹدی — پر ہر اک لڑی دے دوواں پاسیاں ول پھیل گیا۔ نکلدی حالت «لنگھ گیا» تے «مڑ آیا» دا ملتے جلدے حصیاں وچ رلا لگدی اے۔
اجیہی سپرپوزیشن لڑی دے کھبے تے سجے ادھاں نوں الجھا (entangle) دیندی اے۔ ٹیم نے ایہنوں کوانٹم حالت دی پوری دوبارہ بناوٹ بنا ای پھڑیا، ایہہ ناپ کے پئی کھبے ادھ وچ ذریاں دی گنتی اک دوڑ توں دوجی تیک کنی اُتے تھلے ہوندی اے۔ ایہہ اُتار چڑھاؤ وچکارلے حال وچ سبھ توں وڈا اے۔
کنٹرول وجوں، اوہناں نے ہولون دی تھاں دوجا ڈبلون رکھیا۔ دو اکو جیہے ڈبلون تھاں نئیں بدل سکدے، تے سچ مچ اوہناں دا ٹکراؤ ہر دھکے اُتے لگ بھگ اکو جیہا لگیا، لگ بھگ کوئی اُتار چڑھاؤ نئیں۔
جو ہلے وکھانا باقی اے
لکھاری محتاط نیں: اوہناں دے ناپ وکھاؤندے نیں پئی دوویں نتیجے موجود نیں، تے کنے حصیاں وچ، پر ایہہ سدھا ثابت نئیں کردے پئی دوویں ہم آہنگ (coherent) طرح سپرپوزیشن وچ نیں۔ ایہہ سمجھ کوانٹم ارتقا دے قانوناں تے نظریے نال میل اُتے ٹکی اے۔ جدوں لمیاں نقلاں ممکن ہون گیاں تے اک تداخل (interference) تجربہ ایہدی تصدیق کر سکدا اے — ایتھے پڑھی گئی ویلے دی کھڑکی توں اگے، کلاسیکی نقلاں وی نال رلن وچ اوکھیاں نیں۔