ای آئی انفراسٹرکچر کے لیے نایاب زمینی عناصر اربیم اور ٹائٹینیم اہم ہیں، چین کے پاس فراہمی کا غالب موقع ہے

بجلی کے علاوہ، اس AI ڈیٹا سینٹر کی توسیع کے اس دور میں، چین کے دو اور قدرتی فوائد بھی بیرونی ممالک کو مل گئے ہیں۔

ہالی، IEEE نے دو ایسے ناموں کو اجاگر کیا جنہیں مارکیٹ نے اب تک کم توجہ دی تھی—

ایریم اور ایٹیم۔

ایک لمبی فاصلے کے آپٹیکل کمیونیکیشن نیٹ ورک میں چھپا ہوا ہے جو ڈیٹا سینٹرز کو جوڑتا ہے، اور دوسرا ڈیٹا سینٹرز کو بجلی فراہم کرنے والے گیس ٹربن میں چھپا ہوا ہے، جو AI Infra کے موجودہ دو سب سے زیادہ فشار والے معاملات کو ظاہر کرتے ہیں:

نیٹ ورک اور بجلی۔

سادہ الفاظ میں، اربیم ڈیٹا کو زیادہ دور تک بھیجنے کا کام کرتا ہے؛ جبکہ ٹائٹینیم گیس ٹربن کے اعلیٰ درجہ حرارت والے مواد میں استعمال ہوتا ہے، جس سے وہ اعلیٰ درجہ حرارت پر مستحکم طور پر کام کرتا ہے اور بجلی کی کارکردگی بڑھتی ہے۔

اور جبکہ AI ڈیٹا سینٹر کی تیزی سے توسیع ہو رہی ہے، ان دونوں استعمالات کی اہمیت بھی بڑھ رہی ہے۔

ایک طرف، کمپیوٹنگ پاور کلسٹرز لگاتار بڑھ رہے ہیں، اور زیادہ سے زیادہ کمپیوٹنگ پاور کو کراس کیمپس، کراس شہر پر ڈیپلوی کیا جا رہا ہے، جس کے لیے ڈیٹا سینٹرز کے درمیان زیادہ سے زیادہ ہائی اسپیڈ، لمبی فاصلے والی آپٹیکل نیٹ ورکس کی ضرورت ہے؛

دوسری طرف، AI سرورز بجلی کی مانگ کو سینکڑوں میگاواٹ سے لے کر گیگاواٹ تک پہنچا رہے ہیں، اور امریکہ نے گرڈ کی نئی صلاحیت کو پُر کرنے کے لیے گیس ٹربین کے آرڈرز کی لہر دوبارہ شروع کر دی ہے۔

یہ کہا جا سکتا ہے کہ جب AI کی سرمایہ کاری کا دائرہ GPU سے روشنی کے نیٹ ورک اور بجلی کے نظام تک پھیل رہا ہے، تو گزشتہ زنجیرہ تأمین کے سب سے گہرے حصوں میں چھپے دو چھوٹے دھاتیں بھی دوبارہ میز پر آ گئی ہیں۔

اور زیادہ قابل توجہ بات یہ ہے کہ، IEEE کے مطابق، ہمارا ملک ان دوں میں سے دونوں چھوٹی دھاتوں کی تقریباً 100 فیصد پیداوار کرتا ہے۔

دوسرا الفاظ میں، موجودہ وقت میں گلوبل اور ڈومیسٹک AI ڈیٹا سینٹر کی پیداوار میں اضافہ کا فائدہ صرف GPU، آپٹیکل ماڈیول اور بجلی کے اوزار جیسے واضح شعبوں تک محدود نہیں ہو سکتا۔

سلسلہ تأمین کی طرف اوپر کھودتے رہیں، ہمارے پاس ابھی بھی کچھ کارڈ چھپے ہوئے ہیں۔

تو، اربیم اور ٹائٹینیم AI ڈیٹا سینٹر کی تعمیر میں کیسے شامل ہوتے ہیں؟

آئیے اب ہر ایک کو الگ الگ دیکھتے ہیں۔

ایربیم کا عنصری علامت Er ہے، اور اس کا اٹومی نمبر 68 ہے، جو لینثانائیڈز کی طرف سے ایک بھاری ریئر ایرتھ ہے۔

△

اس کا AI ڈیٹا سینٹر کے ساتھ سب سے براہ راست تعلق، ڈیٹا سینٹرز کے درمیان لمبی فاصلے کی فائبر آپٹیکل نیٹ ورک میں ہوتا ہے۔　

معروف ہے کہ آج کے ڈیٹا سنٹر صرف ایک عمارت میں سرورز بھرنا نہیں ہیں۔

جیسے جیسے ایکل AI کلسٹر کا سائز بڑھ رہا ہے، تربیت، استدلال اور ذخیرہ سازی کے وسائل مختلف کیمپسز، شہروں اور ممالک میں بکھر رہے ہیں، جس کے نتیجے میں ڈیٹا سنٹرز کے درمیان ڈیٹا تبادلہ بھی بڑھ رہا ہے۔

مثلاً، گوگل نے عالمی ڈیٹا سینٹرز کو جوڑنے کے لیے ایک خصوصی وائیڈ ایریا نیٹ ورک تعمیر کیا ہے، جس کا بنیادی ڈھانچہ زمینی اور سمندری فائبر آپٹکس پر مشتمل ہے۔

اس سال، اس نیٹ ورک کی کُل فائبر آپٹیکل لمبائی 10 ملین کلومیٹر سے زیادہ ہو گئی ہے، جو 43 گوگل کلاؤڈ علاقوں کو جوڑتی ہے۔

اور یہ فائبر آپٹک لائنز جو سووں یا ہزاروں کلومیٹر کی لمبائی کے ہوتی ہیں، ایک سادہ سا سوال پیدا کرتی ہیں: روشنی جتنا دور جاتی ہے، سگنل اتنا ہی کمزور ہوتا جاتا ہے۔

erbium کے کردار کو بہتر طریقے سے سمجھنے کے لیے، ہم اب روشنی کے مواصلات کے اصول پر ایک تفصیل دیتے ہیں۔

ڈیٹا فیسٹلی کے باہر نکلنے کے بعد، فائبر آپٹکس کے ذریعے اگلے نوڈ تک جانے والے تیزی سے تبدیل ہونے والے لیزر پالس میں کوڈ کر دیا جاتا ہے۔

لیکن مسئلہ یہ ہے کہ جب تک جدید کوارٹز فائبر میں نقصان بہت کم کر دیا جائے، سگنل فاصلے کے ساتھ ساتھ مسلسل کمزور ہوتا رہتا ہے۔

جب ڈیٹا سگنل کو کئی دہاکوں یا سو کلومیٹر تک منتقل کیا جاتا ہے، تو سگنل کو دوبارہ طاقت دینے کی ضرورت ہوتی ہے۔

پہلے، عام طور پر "روشنی—الیکٹرک—روشنی" کا طریقہ استعمال کیا جاتا تھا، جس میں پہلے روشنی کے سگنل کو الیکٹرک سگنل میں تبدیل کیا جاتا تھا، اسے تقویت اور پروسیس کیا جاتا تھا، اور پھر دوبارہ روشنی میں تبدیل کرکے بھیجا جاتا تھا۔

لیکن جدید DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) آپٹیکل نیٹ ورک میں، ایک فائبر آپٹیکل میں ایک ساتھ کئی دہاڑیوں یا سووں مختلف لہروں کے سگنلز بھیجے جا سکتے ہیں۔

اگر ہر راستے کے لیے پہلے بجلی میں تبدیل کرنا، پرداز کرنا اور پھر واپس روشنی میں تبدیل کرنا پڑے، تو نہ صرف ڈیوائسز پیچیدہ ہو جائیں گے بلکہ لاگت اور بجلی کی استھمالی بھی بڑھ جائے گی۔

اس وقت، ایڈفا یعنی ایربیم ڈوپڈ فائبر ایمپلیفائر کام آتا ہے۔

خاص طور پر، EDFA میں، انجینئرز ایک چھوٹے سے فائبر میں مقدار میں Er³⁺ آئن ڈالتے ہیں اور پھر 980 نانومیٹر یا 1480 نانومیٹر کے لیزر کا استعمال کرتے ہیں۔

جب Er³⁺ آئن توانائی جذب کرکے محرَّک حالت میں داخل ہوتا ہے، تو جب مواصلاتی نوری سگنل گزرتا ہے، وہ موجدہ اخراج کے ذریعے نئے فوٹون خارج کرتا ہے اور اصل نوری سگنل کو براہِ راست تقویت دیتا ہے۔

واضح طور پر، اس سے روشنی کو بجلی میں تبدیل کرنے کے عمل میں کمی آ جاتی ہے۔

مزید اس بات کا تعجب ہے کہ اربیم کا سب سے زیادہ کارآمد کام کرنے والا طیف 1550 نانومیٹر کے قریب ہے، جو آج کل کے کوئٹز فائبر میں کم ترین نقصان والے اور لمبی فاصلے کے مواصلات کے لیے سب سے زیادہ استعمال ہونے والے ونڈوز میں سے ایک ہے۔

اس کے علاوہ، بین الاقوامی ٹیلیکام یونین (ITU) کے مطابق، ایڈفا ایک ساتھ مختلف لہروں کے روشنی کے سگنلز کو تقویت دے سکتا ہے، بغیر ہر ایک کے لیے الگ الگ فوٹو الیکٹرک تبدیلی کے۔

اس لیے آج کے زمینی بک بون، سمندری فائبر کیبل اور علاقائی ڈیٹا سینٹرز کے درمیان کنکشن میں، ایڈفا ایک بہت زیادہ بالغ مرکزی ڈیوائس بن چکا ہے۔

یعنی، اربیم اور AI ڈیٹا سینٹر کی اس توسیع کے درمیان منطق یہ ہے کہ جیسے جیسے ڈیٹا سینٹرز کی تعداد بڑھے گی اور کمپوٹنگ پاور زیادہ دور پر منتشر ہوگی، اس کے ساتھ لمبی فاصلے کے آپٹیکل نیٹ ورکس کی تعمیر اور اپ گریڈ کی ضرورت بھی بڑھے گی، جس سے EDFA کی مانگ بھی بڑھے گی۔

تاہم، اس بات کا خیال رکھنا ضروری ہے کہ اربیم کا بنیادی فائدہ درمیانی اور لمبی فاصلے کی روشنی کی مواصلات پر ہے، نہ کہ کیبنٹ کے اندر کے کئی دہائیوں یا سو میٹر کی مختصر فاصلے کی کنکشنز پر۔

اس کے علاوہ، ایڈفای کو مکمل طور پر غیر قابل تبدیل نہیں کہا جا سکتا۔

ITU کے مطابق، EDFA کے علاوہ، ریمان ایمپلیفائر، سیمی کنڈکٹر آپٹیکل ایمپلیفائر (SOA)، اور O/E/O ریجنریٹن ڈیوائسز جنہیں فوٹونکس سے الیکٹرک تبدیلی کی ضرورت ہوتی ہے، تمام مختلف قسم کے لینک ایمپلیفیکیشن یا ایکسٹینشن فنکشنز کو پورا کر سکتے ہیں۔

حقیقی لمبی دور کی روشنی کے نیٹ ورک میں، رامن اور ایڈفا کا مخلوط تقویت کا طریقہ بھی موجود ہے۔

لیکن صدیوں کے صنعتی ترقی کے بعد، EDFA اس میں سب سے زیادہ بالغ تکنیکی راستہ بن چکا ہے۔

ایٹم نمبر 39 پر یٹریم کا سymbology Y ہے۔

یہ لینثانائیڈ سیریز کا حصہ نہیں ہے، لیکن اس کی کیمیائی خصوصیات بھاری ریئر ایرths کے قریب ہیں اور اکثر ان کے ساتھ ساتھ پائی جاتی ہیں، اس لیے صنعتی طور پر اسے بھی ریئر ایرث سسٹم میں شامل کیا جاتا ہے۔

ایٹیوم اور ڈیٹا سینٹر کے درمیان تعلق، ڈیٹا سینٹر کو بجلی فراہم کرنے والے بجلی کے نظام کے ساتھ ہے۔

بے زبان، ڈیٹا سینٹر کتنے بجلی کھاتا ہے، سب جانتے ہیں۔

امریکی لارنس برکلی قومی لیب کا تخمنا ہے کہ 2030 تک ڈیٹا سینٹرز امریکہ کی تقریباً 11.8 فیصد بجلی کا استعمال کر سکتے ہیں۔

امریکی توانائی معلوماتی ادارہ نے بھی یہ جائزہ لیا ہے کہ ڈیٹا سینٹر کی بجلی کی استعمال میں تیزی سے اضافے کے ساتھ، قدرتی گیس سے بجلی کا پیداوار کافی حد تک نئی بجلی کی مانگ کو پورا کرے گا۔

جنرل الیکٹرک ورنووا نے 2025 کی سالانہ رپورٹ میں ڈیٹا سینٹر کو گیس ٹربائن کی مانگ میں اضافے کا اہم دروازہ قرار دیا۔

اس لیے، AI ڈیٹا سینٹر کی پیداوار میں اضافہ اب اوپر کی طرف منتقل ہونا شروع ہو گیا:

GPU کی کمی کے بعد ٹرانسفارمر کی کمی ہوئی، ٹرانسفارمر کے بعد گرڈ کی صلاحیت کافی نہیں رہی، اور جب گرڈ ڈیٹا سینٹر کی تعمیر کی رفتار کے ساتھ نہیں چل پا رہا تھا، تو کمپنیاں براہ راست بجلی کے پیداواری طرف جانے لگیں۔

گیس ٹربن بھی اس لیے دوبارہ مقبول ہو گئی۔

سادہ الفاظ میں، گیس ٹربن صرف قدرتی گیس جلائے جاتی ہے تاکہ اونچے درجہ حرارت کی گیس پیدا ہو، جو ٹربین کو گھمانے کے لیے استعمال ہوتی ہے اور پھر جنریٹر کے ساتھ مل کر بجلی پیدا کرتی ہے۔

اور گیس ٹربائن کی کارکردگی بڑھانے کا ایک بہت سادہ طریقہ یہ ہے: زیادہ گرم جلائیں۔

تھرموڈائنامکس کے مطابق، گیس کا درجہ حرارت جتنا زیادہ ہوگا، گیس ٹربین کی کارکردگی اتنی ہی زیادہ بہتر ہونے کا امکان ہوگا۔ لیکن مسئلہ یہ ہے کہ جب درجہ حرارت بڑھ جاتا ہے، تو ٹربین کے پنکھے اسے برداشت نہیں کر پاتے۔

اس لیے، ہمارے آج کے ایک مرکزی کردار، ایٹھیوم، ٹربین بلیڈ کو زیادہ گرمی کا تحفظ فراہم کرنے کے لیے آیا۔

ابھی، صنعت میں تھرمل بیریئر کوٹنگ کے طور پر یٹریا سٹیبلائزڈ زرکونیا (YSZ) استعمال ہوتا ہے۔

اس کا اصول، زرکونیا میں تقریباً 6%—8% اکسائیڈ یٹریم شامل کرنا ہے۔

خالص زرکونیا کی تھرمل کنڈکٹیوٹ کم ہوتی ہے، جس کی وجہ سے یہ تھرمل انسریشن کے لیے بہت مناسب ہے، لیکن جب درجہ حرارت بار بار بڑھتا اور گھٹتا ہے تو اس میں کرستلین فاز کا تبدیل ہونا شروع ہو جاتا ہے اور ساتھ ہی حجم میں تبدیلی آتی ہے، جس کی وجہ سے دہرائے جانے کے بعد کوٹنگ آسانی سے دراڑوں کے ساتھ یا پھر الگ ہو جاتی ہے۔

ایکسید یٹریم شامل کرنے کے بعد، Y³⁺ ایکسید زرکونیم کے جالی میں داخل ہو جاتا ہے اور مناسب مقدار میں آکسیجن خالی جگہیں بناتا ہے، جس سے ایکسید زرکونیم کی اونچی درجہ حرارت کی کرِسٹللائٹ سٹرکچر مستحکم ہوتی ہے اور یہ بار بار ٹھنڈا اور گرم ہونے کے دوران بہتر استحکام برقرار رکھتی ہے۔

حاصل شدہ YSZ نہ صرف تھرمل انسولیشن فراہم کرتا ہے بلکہ لمبے عرصے تک اعلیٰ درجہ حرارت اور دہرائی جانے والی تھرمل سائیکلز کا بھی مقابلہ کرتا ہے، جس سے گیس ٹربین بلیڈز کو سرامک تھرمل انسولیشن آرمور جیسا لباس ملتا ہے۔

یہ تہہ نیچے کے دھاتی پنکھوں کو برداشت کرنے والے درجہ حرارت کو کم کرتی ہے، جس سے ٹھنڈا ہونے والی ہوا کی مقدار کم ہوتی ہے اور گیس ٹربائن کو زیادہ درجہ حرارت پر چلانے کی اجازت دی جاتی ہے۔

ناسا کے ابتدائی تجربات میں اکسائیڈ یٹریم، اکسائیڈ میگنیشیم اور اکسائیڈ کیلشیم سے استحکام دیا گیا اکسائیڈ زرکونیم کا موازنہ کیا گیا، اور آخرکار یہ واضح کر دیا گیا کہ جامدیت اور پروسیسنگ لاگت کے مجموعی اعتبار سے، اکسائیڈ یٹریم سے استحکام دیا گیا اکسائیڈ زرکونیم تینوں حل کے درمیان بہترین تھا۔

تو، خلاصہ کرتے ہوئے، یٹی کے ذریعہ کھائے گئے ڈیٹا سینٹر منطق کا اصل مطلب یہ ہے:

جس قدر ڈیٹا سینٹر میں بجلی کی کمی زیادہ ہو → نئی بجلی کی درخواست زیادہ ہوتی ہے → گیس ٹربائن کے آرڈرز میں اضافہ ہوتا ہے → اس کے ساتھ ہی اونچے درجہ حرارت کے بلیڈ اور تھرمل بیریئر کوٹنگز کی درخواست بڑھتی ہے → جس سے اوپر تک اکسائیڈ یٹریم تک اثر پڑتا ہے۔

یہ زنجیر ارب سے لمبی ہے۔

اور، ہر ڈیٹا سینٹر کے پاس اپنا گیس ٹربائن نہیں ہوتا، اور گیس سے بجلی کا پیداوار صرف ڈیٹا سینٹرز کے لیے بجلی کے نئے ذرائع میں سے ایک ہے۔

اسی دوران، میگنیشیم آکسائیڈ، کیلشیم آکسائیڈ اور زیادہ جدید نئی تھرمل بیریئر مٹیریلز YSZ کے متبادل کے طور پر آزمایے جا سکتے ہیں۔

لیکن ابھی کے لیے، اکسائیڈ یٹریم کے لیے مختصر مدت میں ٹیسٹنگ اور انجینئرنگ تصدیق کا رُکاوٹ بنی رہتا ہے۔

آخری بار فراہمی کے پہلو کو دیکھیں۔

ایک بات ہے کہ جبکہ ہمارا ملک دنیا کے زیادہ تر اربیم اور ٹائٹینیم کے ائیرن کے ذخائر رکھتا ہے، لیکن حقیقی فرق اس کے بعد کی الگ کرنے اور تعمیر کی صلاحیتوں سے بنتا ہے۔

چونکہ نادر مٹی کے عناصر عام طور پر ایک دوسرے کے ساتھ ملے ہوتے ہیں اور ان کی کیمیائی خصوصیات بہت مشابہ ہوتی ہیں، اس لیے اربیم اور اسٹریٹیم کو الگ الگ کرنا اور صنعتی سطح پر اعلی خالصیت حاصل کرنا عام طور پر دسوں سے سوں تک حلال نکالنے کے مراحل کی ضرورت ہوتی ہے، جس میں پیداواری لائن، عمل اور تجربہ کی بہت بڑی ضرورت ہوتی ہے۔

USGS کے ڈیٹا کے مطابق، 2020 سے 2023 تک، امریکہ کی طرف سے درآمد کیے جانے والے یٹریم کے مرکبات میں سے 93% ب без واسطہ چین سے آئے، جس کا خالص درآمد کی تابعداری 100% تھی؛

IEEE کے مطابق، ابھی تک چین کے باہر ایسی کوئی کمپنی تقریباً نہیں ملتی جو اکسائیڈ اربیم کا تجارتی سطح پر پیداوار کر سکے۔

اس لیے، ہمارا اصل فائدہ صرف کھنیروں تک محدود نہیں بلکہ ریئر ایرتھ معدن کو الگ کرنے، صاف کرنے اور مستقل طور پر اعلیٰ خالص اربیم، ٹائٹینیم جیسے مواد میں تبدیل کرنے کی صنعتی صلاحیت میں ہے۔

جبکہ خارجی مانگ بڑھنے کے ساتھ، اگر مقامی الگ کرنے اور صاف کرنے کی صلاحیت مساوی طور پر نہیں بڑھتی، تو درمیانی مرحلے پر مرکوز سپلائی چین کا یہ فائدہ مزید خارجی قیمتی اضافے میں تبدیل ہو سکتا ہے۔

تاہم، یہ بھی پہلے سے جاننا ضروری ہے کہ کم فلزات کے طور پر، اربیم اور ٹائٹینیم دونوں بہت چھوٹے بازار ہیں۔

موجودہ آکسائیڈ قیمت اور عوامی پیداوار کے مطابق تخمینہ لگایا جائے تو، عالمی اربیم اور ٹائٹینیم کے ابتدائی سامان کے مارکیٹ کا مجموعہ، عام سالانہ 100 ملین سے 200 ملین امریکی ڈالر کے تقريبًا ہوتا ہے۔

پیداوار کے لحاظ سے، USGS کا تخمینہ ہے کہ 2025ء میں عالمی یٹریم پیداوار صرف تقریباً 10,000 سے 15,000 ٹن آکسائیڈ یٹریم کے برابر ہوگی؛ اربیم کے لیے عالمی سطح پر کوئی بااختیار منفرد اعداد و شمار دستیاب نہیں، لیکن مجموعی طور پر یہ صرف کئی ہزار ٹن کا مارکیٹ ہے۔

یعنی، یہ ایک کئی سو یا کئی ہزار ارب امریکی ڈالر کا کمودٹی مارکیٹ نہیں ہے، بلکہ ایک چھوٹا سا معدنی مارکیٹ ہے جس کا سائز چھوٹا اور فراہمی بہت مرکزی ہے۔

اس لیے، جب تک AI ڈیٹا سینٹر لمبی دوری کے آپٹیکل نیٹ ورک اور گیس ٹربائن کی پیداوار کو بڑھاتے رہیں، تو یہاں تک کہ نئی مانگ کی مطلق مقدار نہ بہت زیادہ ہو، اسے ایک چھوٹے سے بازار میں ڈال دیا جائے تو وہ کافی واضح حد تک سرحدی تبدیلی پیدا کر سکتی ہے۔

بالکل، ایربیم اور یٹیم دونوں غیر قابل تبدیل نہیں ہیں، اور AI بالآخر کتنی زیادہ حقیقی اضافہ لائے گا، اس کا ابھی مشاہدہ جاری ہے۔

حوالہ لنک

[1]https://spectrum.ieee.org/rare-earth-shortage?itm_source=homepage&itm_medium=hero&itm_campaign=hero-2026-08-27&itm_content=hero2

[2]https://ntrs.nasa.gov/citations/19760025104?utm_source=chatgpt.com

[3]https://www.gevernova.com/investors/annual-report/ceo-letter?utm_source=chatgpt.com

[4]https://www.itu.int/dms_pub/itu-t/opb/hdb/t-hdb-out.10-2009-1-pdf-e.pdf?utm_source=chatgpt.com

یہ مضمون ویچن گروپ "Quantum Bit" سے ہے، مصنف: سرحدی ٹیکنالوجی پر توجہ دیں