اردو
کوانٹم امیجنگ: یہ کیمرہ ماڈیولز کی تعریف کیسے نو تشکیل دے سکتی ہے
سائنچ کی 2025.12.25
اسمارٹ فون فوٹوگرافی اور صنعتی امیجنگ کے دور میں، کیمرہ ماڈیولز طویل عرصے سے کلاسیکی آپٹکس کی حدود سے پابند رہے ہیں۔ دھندلی کم روشنی کی تصاویر سے لے کر بھاری لینس سسٹمز تک، روایتی کیمرے تصاویر بنانے کے لیے لاکھوں فوٹون کو پکڑنے پر انحصار کرتے ہیں—ایک ایسا طریقہ جو اس وقت ایک رکاوٹ کا شکار ہو جاتا ہے جب روشنی کم ہو، سائز اہم ہو، یا درستگی کی ضروریات کلاسیکی طبیعیات کی اجازت سے آگے بڑھ جائیں۔ لیکن کوانٹم امیجنگ، ایک ٹیکنالوجی جو کبھی لیب کے تجربات تک محدود تھی، اب ایک گیم چینجر کے طور پر ابھر رہی ہے۔ کوانٹم میکانکس کی غیر متوقع اور شاندار خصوصیات جیسے کہ فوٹون کی الجھن، سپرپوزیشن، اور کوانٹم تعلقات کو استعمال کرتے ہوئے، یہ جدت صرف کیمرے کی کارکردگی کو بہتر نہیں بنا رہی؛ یہ کیمرے کے ماڈیولز کی تعریف نو کر رہی ہے کہ وہ کیا ہو سکتے ہیں، کیا کر سکتے ہیں، اور کیا ممکن بناتے ہیں۔
کوانٹم امیجنگ کیا ہے، بہرحال؟
کوانٹم امیجنگ کی اہمیت کو سمجھنے کے لیے، آئیے ایک سادہ موازنہ سے شروع کرتے ہیں۔ کلاسیکی کیمرے بالکل بالٹیوں کی طرح کام کرتے ہیں: وہ ایک مخصوص وقت کے دوران جتنے ممکنہ فوٹونز (روشنی کے ذرات) جمع کر سکتے ہیں، پھر ان فوٹونز کو برقی سگنلز میں تبدیل کرتے ہیں تاکہ ایک تصویر بن سکے۔ مسئلہ یہ ہے؟ اگر کافی فوٹونز نہیں ہیں (مثلاً، تاریک ماحول میں)، تو تصویر شور والی یا ناقابل استعمال ہو جاتی ہے۔ اگر آپ کو ایک کمپیکٹ کیمرے کی ضرورت ہے (مثلاً، پہننے کے قابل یا طبی آلات کے لیے)، تو لینز اور سینسر کی ترتیب کو معیاری معیار کو قربان کیے بغیر ایک خاص نقطے سے آگے نہیں سکڑایا جا سکتا۔
کوانٹم امیجنگ اس اسکرپٹ کو پلٹ دیتی ہے۔ فوٹونز کو آزاد ذرات کے طور پر سمجھنے کے بجائے، یہ ان کی کوانٹم خصوصیات کا فائدہ اٹھاتی ہے تاکہ کم فوٹونز سے زیادہ معلومات نکالی جا سکے—کبھی کبھی تو ایک ہی فوٹون سے بھی۔ دو بنیادی اصول اس کی رہنمائی کرتے ہیں:
• کوانٹم تعلق: فوٹونز کو اس طرح جوڑا جاتا ہے (مربوط) کہ ایک کی حالت فوراً دوسرے پر اثر انداز ہوتی ہے، چاہے وہ الگ ہوں۔ یہ کیمروں کو "دیکھنے" کی اجازت دیتا ہے کہ وہ فوٹونز کے درمیان تعلقات کی پیمائش کریں، نہ کہ صرف انہیں گنیں۔
• فوٹون سکڑنا: کوانٹم مکینکس سائنسدانوں کو فوٹون کی پیمائش میں غیر یقینی (شور) کو کم کرنے کی اجازت دیتا ہے، جس سے کم روشنی میں واضح تصاویر حاصل ہوتی ہیں۔
نتیجہ؟ کیمرے جو تقریباً مکمل تاریکی میں کام کر سکتے ہیں، ملی میٹر پیمانے کے آلات میں فٹ ہوتے ہیں، اور تفصیلات کو پکڑتے ہیں جو روایتی کیمرے نہیں کر سکتے—یہ سب کچھ سادہ، چھوٹے ہارڈ ویئر کا استعمال کرتے ہوئے۔
کوانٹم امیجنگ کیمرہ ماڈیولز کو دوبارہ متعین کرنے کے 5 طریقے
کوانٹم امیجنگ صرف ایک تدریجی اپ گریڈ نہیں ہے؛ یہ کیمرہ ماڈیول کے ڈیزائن پر ایک بنیادی نظرثانی ہے۔ یہاں وہ اہم شعبے ہیں جہاں یہ حدود توڑ رہا ہے:
1. diffraction کی حدود سے آگے: بغیر بھاری لینز کے انتہائی اعلیٰ قرارداد
کلاسیکی کیمرے روشنی کی diffraction کی وجہ سے محدود ہیں—یعنی وہ سب سے چھوٹا تفصیل جو وہ پکڑ سکتے ہیں روشنی کی طول موج اور لینز کے اپرچر کے سائز سے متاثر ہوتا ہے۔ اعلیٰ قرارداد حاصل کرنے کے لیے، آپ کو ایک بڑا لینز چاہیے (پروفیشنل DSLR لینز یا دوربین کی آپٹکس کے بارے میں سوچیں)، جو کیمرا ماڈیولز کو بھاری اور پورٹیبل ڈیوائسز کے لیے غیر عملی بنا دیتا ہے۔
کوانٹم امیجنگ اس حد کو توڑ دیتی ہے۔ "کوانٹم گھوسٹ امیجنگ" جیسی تکنیکوں کا استعمال کرتے ہوئے (جہاں ایک تصویر کو الجھنے والے فوٹون کے جوڑوں کا استعمال کرتے ہوئے دوبارہ تشکیل دیا جاتا ہے، یہاں تک کہ جب ایک فوٹون کبھی بھی شے کے ساتھ تعامل نہیں کرتا)، کوانٹم کیمرے ایسی تفصیل حاصل کر سکتے ہیں جو کلاسیکی آپٹکس کی اجازت سے کہیں زیادہ ہے—ایک لینز کے ساتھ جو سائز میں ایک چھوٹے سے حصے کے برابر ہے۔ مثال کے طور پر، گلاسگو یونیورسٹی کے محققین نے ایک کوانٹم کیمرہ تیار کیا جو ایک پن کے سر سے چھوٹے لینز کا استعمال کرتے ہوئے ذیلی ملی میٹر کی تفصیل کے ساتھ 3D تصاویر کو قید کرتا ہے۔ اس کا مطلب یہ ہے کہ مستقبل کے کیمرہ ماڈیولز اسمارٹ فون کے سائز (یا اس سے بھی چھوٹے) آلات میں DSLR معیار کی تفصیل فراہم کر سکتے ہیں، جو کہ باہر نکلنے والے کیمرہ کے ابھار کی ضرورت کو ختم کر دیتا ہے۔
2. بغیر لینز کے کوانٹم کیمرے: سائز کی انقلاب
روایتی کیمرہ ماڈیولز کا ایک بڑا مسئلہ لینز کا نظام ہے۔ لینز بھاری، نازک، اور تیار کرنے میں مہنگے ہیں—خاص طور پر طبی امیجنگ یا ڈرون نگرانی جیسے اعلیٰ کارکردگی کے استعمال کے لیے۔ کوانٹم امیجنگ 'بغیر لینز' کیمروں کو فعال کر رہی ہے جو روشنی کو مرکوز کرنے کے لیے شیشے کے بجائے کوانٹم تعلقات پر انحصار کرتی ہیں۔
یہ کیسے کام کرتا ہے؟ لینس کے بغیر کوانٹم کیمرے ایک واحد سینسر کا استعمال کرتے ہیں جو الجھتے ہوئے فوٹون کے جوڑوں کے ساتھ جڑا ہوتا ہے: ایک فوٹون چیز کے ساتھ تعامل کرتا ہے، جبکہ دوسرا ایک حوالہ ڈیٹیکٹر کے ذریعہ ماپا جاتا ہے۔ دونوں فوٹونز کے درمیان تعلق کا تجزیہ کرکے، کیمرہ ایک واضح تصویر کی تعمیر کرتا ہے—کوئی لینس درکار نہیں۔ یہ ڈیزائن کیمرے کے ماڈیول کے سائز کو 90% تک کم کرتا ہے، چھوٹے آلات میں انضمام کے امکانات کو کھولتا ہے: اندرونی طبی اسکین کے لیے نگلنے کے قابل کیمرے، پہننے کے قابل مائیکروسکوپک کیمرے، یا خود مختار روبوٹ کے لیے انتہائی کمپیکٹ سینسرز کے بارے میں سوچیں۔
3. فوٹون کی سطح کی حساسیت: کم روشنی کی تصویریں دوبارہ تصور کی گئیں
جو کوئی بھی تاریک کمرے یا رات میں تصویر لینے کی کوشش کر چکا ہے وہ شور والے، دانے دار تصاویر کی مایوسی کو جانتا ہے۔ کلاسیکی کیمروں کو قابل استعمال تصویر بنانے کے لیے کم از کم کچھ فوٹون کی ضرورت ہوتی ہے، لہذا وہ یا تو ISO کو بڑھاتے ہیں (شور شامل کرتے ہیں) یا فلیش کا استعمال کرتے ہیں (منظر کو متاثر کرتے ہیں)۔ کوانٹم امیجنگ اس کو فوٹون کی سطح کی حساسیت کے ساتھ حل کرتی ہے—صرف چند فوٹون کا استعمال کرتے ہوئے تصاویر کو قید کرنے کی صلاحیت۔
2023 میں، کیلی ٹیک کے محققین نے ایک کوانٹم کیمرہ پیش کیا جو 0.0001 لکس میں واضح تصاویر پیدا کرتا ہے—ایک چاند کے بغیر رات سے بھی تاریک۔ یہ کیمرہ "کوانٹم روشنی" کا استعمال کرتا ہے، ایک تکنیک جس میں الجھے ہوئے فوٹونز کو شے کی طرف بھیجا جاتا ہے؛ اگرچہ صرف 10,000 میں سے 1 فوٹون واپس منعکس ہوتا ہے، لیکن کوانٹم تعلق سینسر کو سگنل کو شور سے ممتاز کرنے کی اجازت دیتا ہے۔ کیمرہ ماڈیولز کے لیے، اس کا مطلب ہے:
• کم روشنی کے ماحول میں مزید فلیش نہیں (سیکیورٹی کیمروں یا جنگلی حیات کی فوٹوگرافی کے لیے اہم)۔
• طبی امیجنگ جو کم شعاعیں استعمال کرتی ہے (جیسے، کوانٹم ایکس رے کیمرے جو کلاسیکی ایکس رے سے 10 گنا کم فوٹون کی ضرورت ہوتی ہے)۔
• خود مختار گاڑیوں کے کیمرے جو رات یا دھند میں قابل اعتماد کارکردگی دکھاتے ہیں۔
4. کثیر جہتی امیجنگ: مرئی روشنی سے آگے
روایتی کیمرے 2D یا 3D امیجز کو مرئی روشنی کا استعمال کرتے ہوئے پکڑتے ہیں، لیکن کوانٹم امیجنگ بہت زیادہ معلومات نکال سکتی ہے: طیفی ڈیٹا (RGB سے آگے کا رنگ)، پولرائزیشن (مواد کے تجزیے کے لیے مفید)، اور یہاں تک کہ وقت کی پرواز (درست فاصلے کی پیمائش کے لیے)—یہ سب ایک ہی ماڈیول میں۔
مثال کے طور پر، کوانٹم کیمرے دھند، دھوئیں، یا یہاں تک کہ حیاتیاتی بافتوں کے ذریعے "دیکھ" سکتے ہیں، کیونکہ یہ فوٹونز کی کوانٹم خصوصیات کا پتہ لگاتے ہیں جنہیں روایتی کیمرے نظر انداز کرتے ہیں۔ صنعتی سیٹنگز میں، اس کا مطلب یہ ہے کہ کیمرہ ماڈیولز مواد کی اندرونی ساخت کا معائنہ کر سکتے ہیں بغیر انہیں نقصان پہنچائے (جیسے، ہوائی جہاز کے پروں میں دراڑوں یا سیمی کنڈکٹرز میں نقصانات کا پتہ لگانا)۔ زراعت میں، کوانٹم امیجنگ ماڈیولز فصل کی صحت کا تجزیہ کر سکتے ہیں، طیفی اور پولرائزیشن کے ڈیٹا کی پیمائش کرکے، جس سے بڑے پیمانے پر درست زراعت ممکن ہوتی ہے۔
5. اینٹی مداخلت کی قابل اعتمادیت: انتہائی ماحول میں امیجنگ
روایتی کیمرے سخت حالات میں جدوجہد کرتے ہیں—مضبوط مقناطیسی میدان، تابکاری، یا برقی مقناطیسی مداخلت (EMI) تصاویر کو بگاڑ سکتی ہیں یا سینسرز کو نقصان پہنچا سکتی ہیں۔ کوانٹم امیجنگ بنیادی طور پر ان خللوں کے خلاف مزاحم ہے کیونکہ کوانٹم تعلقات آسانی سے بیرونی شور سے متاثر نہیں ہوتے۔
یہ کوانٹم کیمرہ ماڈیولز کو مثالی بناتا ہے:
• خلا کی تلاش: کیمرے جو سیاہ سوراخوں کے قریب یا زیادہ تابکاری والے ماحول میں واضح تصاویر حاصل کر سکتے ہیں (NASA پہلے ہی مستقبل کے مشنوں کے لیے کوانٹم سینسرز کی جانچ کر رہا ہے)۔
• فوجی اور دفاع: نگرانی کے کیمرے جو جام کرنے والے ماحول میں یا چھپانے کے ذریعے کام کرتے ہیں۔
• جوہری پاور پلانٹس: معائنہ کرنے والے کیمرے جو زیادہ تابکاری والے زونز میں بغیر کسی خرابی کے کام کرتے ہیں۔
حقیقی دنیا کی ایپلیکیشنز: کوانٹم امیجنگ عمل میں
کوانٹم امیجنگ صرف نظریاتی نہیں ہے—کئی صنعتیں پہلے ہی کوانٹم فعال کیمرا ماڈیولز کی جانچ کر رہی ہیں:
• طبی امیجنگ: کوانٹم کیمروں کا استعمال غیر حملہ آور دماغی اسکینز تیار کرنے کے لیے کیا جا رہا ہے جنہیں MRI مشینوں کی نسبت 100 گنا کم شعاعوں کی ضرورت ہوتی ہے۔ کمپنیوں جیسے کہ Quantum Imaging Technologies اینڈوسکوپس کے لیے کمپیکٹ کوانٹم ماڈیولز بنا رہی ہیں، جس سے ڈاکٹروں کو جسم کے اندر بے مثال وضاحت کے ساتھ دیکھنے کی اجازت ملتی ہے۔
• خود مختار گاڑیاں: ٹیسلا اور ویمو کم روشنی اور موسمی کارکردگی کو بہتر بنانے کے لیے کوانٹم کیمرہ ماڈیولز کی تلاش کر رہے ہیں۔ ایک کوانٹم سینسر دھندلی حالتوں میں پیدل چلنے والوں یا رکاوٹوں کا پتہ لگا سکتا ہے جہاں روایتی لائڈار اور کیمرے ناکام ہو جاتے ہیں۔
• سیکیورٹی اور نگرانی: اسٹارٹ اپس جیسے ارسور کے ذریعہ تیار کردہ کوانٹم گھوسٹ امیجنگ کیمرے سرحدی سیکیورٹی میں تعینات کیے جا رہے ہیں، جو پتے یا دھوئیں کے ذریعے میلوں دور سے واضح تصاویر حاصل کرنے کی صلاحیت رکھتے ہیں۔
• صنعتی معائنہ: سمیس نے کوانٹم کیمرا ماڈیولز کو فیکٹری روبوٹس میں شامل کیا ہے، جو الیکٹرانکس یا ہوا بازی کے اجزاء میں مائیکرو نقصانات کی درست شناخت کو ممکن بناتا ہے۔
آگے کا راستہ: چیلنجز اور تجارتی کاری
جبکہ کوانٹم امیجنگ میں بے پناہ وعدہ ہے، لیکن یہ چیلنجز کے بغیر نہیں ہے۔ آج کے سب سے بڑے چیلنجز یہ ہیں:
• قیمت: کوانٹم سینسرز اور مربوط فوٹون کے ذرائع اب بھی تیار کرنے میں مہنگے ہیں۔ تاہم، سیمی کنڈکٹر کی تیاری میں ترقی (جیسے، CMOS سینسرز میں کوانٹم ڈاٹس کو ضم کرنا) قیمتوں کو کم کر رہی ہے۔
• بجلی کی کھپت: ابتدائی کوانٹم کیمرے کو کافی بجلی کی ضرورت ہوتی ہے، لیکن محققین کم طاقت والے کوانٹم چپس تیار کر رہے ہیں جو بیٹری کی طاقت پر کام کر سکتے ہیں۔
• ماس پروڈکشن: کوانٹم ٹیکنالوجی کو بڑے پیمانے پر مارکیٹ کے آلات (جیسے اسمارٹ فونز) میں لانے کے لیے معیاری پیداوار کے طریقے درکار ہوں گے—یہ کچھ ہے جس میں انڈسٹری کے رہنما جیسے سونی اور کینن سرمایہ کاری کر رہے ہیں۔
ان چیلنجز کے باوجود، تجارتی کاری کا وقت بہت سے لوگوں کی توقع سے کم ہے۔ ماہرین کا اندازہ ہے کہ 2028 تک، ہم اعلیٰ درجے کے اسمارٹ فونز اور طبی آلات میں کوانٹم فعال کیمرے کے ماڈیولز دیکھیں گے۔ 2030 تک، صارفین کے معیار کے کوانٹم کیمرے آج کے 4K کیمروں کی طرح عام ہو سکتے ہیں۔
نتیجہ: کوانٹم امیجنگ کیمرہ ماڈیولز کا مستقبل ہے
چند دہائیوں سے، کیمرا ماڈیولز بتدریج ترقی کر رہے ہیں—بہتر سینسر، مزید لینز، زیادہ میگا پکسلز۔ کوانٹم امیجنگ ایک پیراڈائم شفٹ کی نمائندگی کرتی ہے، جو کلاسیکی طبیعیات کی حدود سے آگے بڑھ کر ایسے کیمرا ماڈیولز تخلیق کرتی ہے جو پہلے سے زیادہ چھوٹے، زیادہ حساس، اور زیادہ ورسٹائل ہیں۔ چاہے یہ ایک لینز کے بغیر کیمرا ہو جو آپ کی اسمارٹ واچ میں فٹ ہو، ایک کوانٹم سینسر جو آپریشن کے کمرے میں جانیں بچاتا ہے، یا ایک نگرانی کا کیمرا جو اندھیرے میں دیکھتا ہے، کوانٹم امیجنگ ممکنات کی تعریف نو کر رہی ہے۔
جیسے جیسے ٹیکنالوجی ترقی کرتی ہے اور قیمتیں کم ہوتی ہیں، کوانٹم کیمرہ ماڈیولز نہ صرف موجودہ ایپلی کیشنز کو بہتر بنائیں گے—بلکہ یہ بالکل نئے ایپلی کیشنز کو بھی ممکن بنائیں گے۔ کوانٹم امیجنگ کا دور یہاں ہے، اور یہ ہماری بصری معلومات کو پکڑنے، پروسیس کرنے اور اس کے ساتھ تعامل کرنے کے طریقے کو تبدیل کرنے کے لیے تیار ہے۔
اگر آپ ایک ٹیکنالوجی کے شوقین ہیں، صنعت کے پیشہ ور ہیں، یا صرف امیجنگ کے مستقبل کے بارے میں متجسس ہیں، تو جڑے رہیں—یہ صرف آغاز ہے۔
رابطہ
اپنی معلومات چھوڑیں اور ہم آپ سے رابطہ کریں گے۔
WhatsApp
WeChat