Scientists measure electron spin qubit without demolishing it سائنسدان الیکٹران اسپن کوبٹ کو مسمار کیے بغیر ناپ لیتے ہیں

 

سائنسدان الیکٹران اسپن کوبٹ کو مسمار کیے بغیر ناپ لیتے ہیں 

 

جاپان میں RIKEN سینٹر فار ایمرجنٹ میٹر سائنس  کے سائنس دانوں کے ایک گروپ نے سلیکن کوانٹم ڈاٹ (کیوڈی) میں اس عمل میں اپنی سپن کو تبدیل کیے بغیر الیکٹران کے اسپن کی بار بار پیمائش کرنے میں کامیابی حاصل کی ہے۔ کوانٹم کمپیوٹرز بنانے کے لئے اس طرح کی "عدم انہدام" کی پیمائش اہم ہے جو غلطی روادار ہیں۔ کوانٹم کمپیوٹرز حساب کتاب کی بعض کلاسوں کو انجام دینے میں آسانی پیدا کردیتے ہیں جیسے جسمانی بہت سے مسائل ( many-body problems) ، جو روایتی کمپیوٹرز کے لئے انتہائی مشکل اور وقت طلب ہیں۔ بنیادی طور پر ، اس میں کوانٹم قدر کی پیمائش کرنا شامل ہے جو روایتی ٹرانجسٹر (transistor) جیسی کسی ایک اسٹیٹ میں کبھی نہیں ہوتی ہے ، بلکہ اس کی بجائے ایک " انتہائی مسلط اسٹیٹ ( superimposed state) " کے طور پر موجود ہوتی ہے - اسی طرح سکروڈنگر کی مشہور کیٹ Schrodinger's famous cat زندہ یا مردہ نہیں کہی جاسکتی ہے جب تک کہ اس کا مشاہدہ نہیں کیا جائے۔ . اس طرح کے سسٹمز کے استعمال سے ، یہ ممکن ہے کہ ایک حساب سے حساب کتاب کریں جو دو اقدار کی بالادستی ہو it is possible to conduct calculations with a qubit that is a superimposition of two values ، اور پھر اعدادوشمار سے یہ طے کریں کہ صحیح نتیجہ کیا ہے۔ کوانٹم کمپیوٹرز جو سلکان کیو ڈی (QDs) میں سنگل الیکٹران اسپن کا استعمال کرتے ہیں وہ ان کی امکانی صلاحیت کی وجہ سے پرکشش نظر آتے ہیں اور کیوں کہ الیکٹرانکس ٹیکنالوجی میں سلیکن پہلے ہی وسیع پیمانے پر استعمال ہوتا ہے۔

 

تاہم ، کوانٹم کمپیوٹرز کی نشوونما کرنے میں کلیدی مشکل یہ ہے کہ وہ بیرونی شور کے لئے بہت حساس ہیں ، جس سے غلطی کی اصلاح کو اہم بنایا جاتا ہے۔ ابھی تک ، محققین طویل معلومات برقرار رکھنے کے وقت اور اعلی صحت سے متعلق کوانٹم آپریشن کے ساتھ سلیکن کیو ڈی میں سنگل الیکٹران اسپن تیار کرنے میں کامیاب ہوچکے ہیں ، لیکن کوانٹم نان انہدام کی ( quantum non-demolition ) پیمائش جو موثر غلطی کی اصلاح کی کلید ہے مشکل ثابت ہوئی ہے
سلکان میں سنگل الیکٹران اسپنوں کو پڑھنے کا روایتی طریقہ یہ ہے کہ سپنوں کو تیزی سے چارجز میں تبدیل کریں معلوم کیا جاسکتا ہے
 ، لیکن بدقسمتی سے ، الیکٹران اسپن کا پتہ لگانے کے عمل سے متاثر ہوتا ہے( the electron spin is affected by the detection process.) ۔
اب ، نیچر کمیونیکیشنز میں شائع ہونے والی تحقیق میں ، RIKEN ٹیم نے اس طرح کے عدم انہدام کی پیمائش حاصل کی ہے۔ کلیدی بصیرت جس نے اس گروپ کو پیش قدمی کرنے کی اجازت دی وہ تھا آئسنگ ٹائپ انٹرایکشن ماڈل استعمال- فرومیگنیٹزم کا ایک ایسا نمونہ جو دیکھنے میں آتا ہے کہ پڑوسی ایٹموں کے الیکٹران کا گھماؤ کس طرح منسلک ہوتا ہے ، جس کی وجہ سے پوری جالی entire lattice میں فیرو میگنیٹزم تشکیل پاتا ہے۔
بنیادی طور پر ، وہ مقناطیسی میدان میں Ising type interaction قسم کے تعامل کو استعمال کرتے ہوئے پڑوسی کیوڈی میں کسی الیکٹران کے اسپن کی معلومات اوپر یا نیچے QD میں کسی دوسرے الیکٹران کو منتقل کرنے میں کامیاب تھے ، اور پھر روایتی طریقہ استعمال کرکے پڑوسی کے اسپن کی پیمائش کرسکتے ہیں۔ ، تاکہ وہ اصلی اسپن کو متاثر نہ کرسکیں ، اور پڑوسی کی بار بار اور تیز پیمائش کرسکی
اس کے ذریعہ ،" ریسرچ گروپ کی سربراہی کرنے والے گروپ ڈائریکٹر سیگو تاروچا نے وضاحت کی ، "ہم 99 فیصد غیر جمودی وفاداری کی شرح ( a( non-demolition fidelity rate of 99% حاصل کرنے میں کامیاب ہوگئے تھے ، اور بار بار پیمائش کرنے سے 95٪ کی ریڈ آؤٹ کی درستگی ہوگی۔ دکھایا گیا ہے کہ نظریاتی طور پر ، اس کو بڑھا کر 99.6٪ کیا جاسکتا ہے ، اور اس سطح تک پہنچنے کی طرف کام جاری رکھنے کا منصوبہ ہے۔ 
وہ جاری رکھتے ہیں ، "یہ بہت دلچسپ ہے ، کیونکہ اگر ہم اپنے کام کو اعلی مخلص
(high-fidelity) سنگل اور دو کوبٹ گیٹ کے ساتھ جوڑ سکتے ہیں ، جو اس وقت تیار ہورہے ہیں تو ، ہم ممکنہ طور پر مختلف قسم کے غلطی برداشت کرنے والے کوانٹم انفارمیشن پروسیسنگ سسٹم, سلکان کوانٹم ڈاٹ پلیٹ فارم کا استعمال کرتے ہوئے تشکیل دے سکتے ہیں "