বিরল-পৃথিবীর পরমাণু টেলিকম তরঙ্গদৈর্ঘ্যে একটি কোয়ান্টাম রিপিটার তৈরি করতে পারে

প্লেটো দ্বারা প্রকাশিত

অনুসরণকারী: 0

এর্বিয়াম ডিভাইসের চিত্র, যা একটি ধূসর চিপ যাতে একটি গর্ত এবং দুটি ফিতার মতো চ্যানেল থাকে — টেলিকম সামঞ্জস্যপূর্ণ: পরীক্ষায় ব্যবহৃত ডিভাইসের একটি চিত্র। (সৌজন্যে: Lukasz Dusanowski)

মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের প্রিন্সটন ইউনিভার্সিটির গবেষকরা একটি বিরল-পৃথিবী উপাদানের জন্য স্কেলযোগ্য কোয়ান্টাম নেটওয়ার্কগুলি উপলব্ধি করার দিকে একটি গুরুত্বপূর্ণ পদক্ষেপ করেছেন: এর্বিয়াম। আর্বিয়াম টেলিযোগাযোগ শিল্পে ব্যবহৃত তরঙ্গদৈর্ঘ্যে ফোটন নির্গত এবং শোষণ করতে ভাল, এটি একটি সুবিধা কারণ এই ফোটনগুলি স্ট্যান্ডার্ড অপটিক্যাল ফাইবারে সামান্য টেনে নিয়ে দীর্ঘ দূরত্ব ভ্রমণ করতে পারে। কোয়ান্টাম রাজ্যে এই শক্তিকে কাজে লাগানো একটি চ্যালেঞ্জ ছিল, কিন্তু প্রিন্সটন টিম একটি আর্বিয়াম-ভিত্তিক ডিভাইসকে অভিন্ন ফোটন নির্গত করতে সক্ষম করেছে - বিশাল দূরত্ব জুড়ে কোয়ান্টাম তথ্য ভাগ করার জন্য কোয়ান্টাম রিপিটারগুলির একটি পূর্বশর্ত।

"এর্বিয়াম-ডোপড ফাইবারগুলিকে ধ্রুপদী রিপিটার হিসাবে ব্যবহার করা হয় ক্লাসিক্যাল ফাইবার অ্যামপ্লিফায়ার তৈরির জন্য সমস্ত ধরণের অপটিক্যাল যোগাযোগের লিঙ্কগুলির জন্য, যেমন দীর্ঘ-দূরের সমুদ্রের তারের জন্য," বলেছেন জেফ থম্পসন, প্রিন্সটনের বৈদ্যুতিক এবং কম্পিউটার প্রকৌশলের অধ্যাপক এবং কাজের প্রধান তদন্তকারী। "সুতরাং, আমার কাছে, এটির একটি কোয়ান্টাম সংস্করণ নিয়ে আসার চেষ্টা করা খুব স্বাভাবিক ছিল।"

সুবিধাজনক, কিন্তু সাথে কাজ করা কঠিন

ফোটনগুলি প্রাকৃতিক তথ্যের বাহক হতে পারে, তবে তাদের আটকে রাখা কঠিন এবং খুব কমই একে অপরের সাথে যোগাযোগ করে। এর মানে হল যে যদি একটি ফোটন হারিয়ে যায় বা এতে এনকোড করা তথ্য ক্ষয় হয়, তবে অন্যান্য ফোটনগুলি উদ্ধার করতে পারে না। পরিবর্তে, কোয়ান্টাম তথ্য কিছু ধরনের মেমরিতে সংরক্ষণ করা প্রয়োজন - এই ক্ষেত্রে, একটি পরমাণু। "একটি কোয়ান্টাম রিপিটার আসলেই আলো এবং পরমাণুর মধ্যে কোয়ান্টাম তথ্য ম্যাপ করার একটি উপায়," ব্যাখ্যা করে এলিজাবেথ গোল্ডস্মিড্ট, মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের ইলিনয়-আরবানা শ্যাম্পেইন বিশ্ববিদ্যালয়ের কোয়ান্টাম অপটিক্সের একজন অধ্যাপক যিনি এই কাজের সাথে জড়িত ছিলেন না।

রিপিটার-ভিত্তিক কোয়ান্টাম নেটওয়ার্কগুলিতে, সেই দূরত্বকে খণ্ডে ভাগ করে দুটি দূরবর্তী বিন্দুর মধ্যে এনট্যাঙ্গলমেন্ট স্থাপন করা হয়। এটি যেভাবে কাজ করে তা হল যে দীর্ঘ-দূরত্বের চ্যানেলের এক প্রান্তে একটি কোয়ান্টাম রিপিটার একটি ফোটন নির্গত করে এবং প্রক্রিয়ায় এটির সাথে জড়িয়ে পড়ে। চ্যানেলের অল্প দূরে আরেকটি রিপিটারও প্রথমটির দিকে একটি ফোটন নির্গত করে। যখন দুটি ফোটন মিলিত হয়, তখন সেগুলিকে এমনভাবে পরিমাপ করা হয় যা তাদের আটকে দেয়। যতক্ষণ ফোটনগুলি তাদের নিজ নিজ নির্গমনকারীর সাথে আটকে থাকে, নির্গতকারীরাও জড়িয়ে যায়। চেইনের নিচে এই প্রক্রিয়াটি চালিয়ে যাওয়ার মাধ্যমে, অবশেষে চ্যানেলের বিপরীত প্রান্তে থাকা দুটি নির্গমনকারী আটকে যাবে। তারপরে এগুলি একটি কোয়ান্টাম কী বিতরণ স্কিমে ভাগ করা কী হিসাবে ব্যবহার করা যেতে পারে, বা তারা কোয়ান্টাম টেলিপোর্টেশন প্রোটোকলের মাধ্যমে কিছুটা কোয়ান্টাম তথ্য ভাগ করতে পারে।

আমি বলার পরে বলুন

অন্যান্য কোয়ান্টাম রিপিটার প্রযুক্তি বিভিন্ন পরমাণু বা হীরার ত্রুটি ব্যবহার করে তৈরি করা হয়েছে। যাইহোক, এই সিস্টেমগুলি সাধারণত কাছাকাছি-দৃশ্যমান ফ্রিকোয়েন্সিগুলিতে ফোটন নির্গত করে, যা অপটিক্যাল ফাইবারগুলিতে দ্রুত হ্রাস পায়। সর্বোত্তমভাবে কাজ করার জন্য, তাদের ফ্রিকোয়েন্সি রূপান্তর প্রয়োজন, যা জটিল এবং ব্যয়বহুল হতে পারে। একটি পুনরাবৃত্ত যা স্বয়ংক্রিয়ভাবে পছন্দসই রঙের আলো নির্গত করে তা প্রক্রিয়াটিকে ব্যাপকভাবে সহজ করবে।

একটি erbium পরমাণু ফাংশন যেমন একটি কোয়ান্টাম রিপিটার হিসাবে, দুটি প্রধান জিনিস সঠিক যেতে হবে. প্রথমত, স্কিমটিকে বাস্তবসম্মত করার জন্য পরমাণুকে যথেষ্ট দ্রুত ফোটন নির্গত করতে হবে। দ্বিতীয়ত, নির্গত ফোটনকে অবশ্যই তার কোয়ান্টাম বৈশিষ্ট্যগুলি সংরক্ষণ করতে হবে এবং বাধা থাকা সত্ত্বেও এটি নির্গত পরমাণুর সাথে জড়িত থাকতে হবে - একটি বৈশিষ্ট্য যা সুসংগতি নামে পরিচিত।

দুর্ভাগ্যবশত, বন্যের এর্বিয়াম পরমাণু টেলিকম-ব্যান্ড ফোটন নির্গত করে খুব কমই। কাঙ্খিত রঙে এর্বিয়ামের নির্গমন হার বাড়ানোর জন্য, দলটি পৃষ্ঠ থেকে ন্যানোমিটার দূরে একটি স্ফটিকের ভিতরে পরমাণুটিকে স্থাপন করেছিল। এই স্ফটিকের উপরে, তারা একটি গহ্বর স্থাপন করেছিল, যা একটি সিলিকন ন্যানোফোটোনিক ডিভাইস যা সুনির্দিষ্ট তরঙ্গদৈর্ঘ্যের এর্বিয়াম নির্গত আলোকে আটকানোর জন্য ডিজাইন করা হয়েছে। এই গহ্বরে erbium পরমাণু দ্বারা, প্রিন্সটন গবেষকরা এটিকে অন্যথায় প্রায় 1000 গুণ বেশি ঘন ঘন টেলিকম ফোটন নির্গত করতে প্ররোচিত করেন।

বিচক্ষনতার সঙ্গে বেছে নাও

এনট্যাঙ্গলমেন্ট প্রেরণ করার জন্য ফোটনের কোয়ান্টাম সংগতি রক্ষা করার জন্য, থম্পসন এবং সহকর্মীদের খুব সাবধানে তাদের স্ফটিক উপাদান নির্বাচন করতে হয়েছিল। হাজার হাজার প্রাথমিক সম্ভাবনা থেকে, তারা ক্যালসিয়াম টুংস্টেটের উপর বসতি স্থাপনের আগে ল্যাবে প্রায় 20টি চেষ্টা করেছিল, যা তাদের একে অপরের সাথে কোয়ান্টাম হস্তক্ষেপে অংশগ্রহণ করার জন্য নির্গত ফোটনের সমন্বয়কে যথেষ্ট উচ্চ এনেছিল। এই কোয়ান্টাম হস্তক্ষেপ কোয়ান্টাম রিপিটার আর্কিটেকচারে ফোটন-এন্ট্যাংলিং পরিমাপ পর্যায়ের জন্য প্রয়োজনীয়।

নতুন কোয়ান্টাম রিপিটারগুলি একটি মাপযোগ্য কোয়ান্টাম ইন্টারনেট সক্ষম করতে পারে

পরবর্তী ধাপ, যা প্রিন্সটন গবেষকরা বলছেন নাগালের মধ্যে, তা হল বিভিন্ন এর্বিয়াম পরমাণু থেকে নির্গত ফোটনের মধ্যে জটলা প্রদর্শন করা। এর পরে, এটি একটি কোয়ান্টাম কমিউনিকেশন চ্যানেল তৈরি করতে রিপিটারগুলিকে একসাথে ডেইজি-চেইন করার বিষয়। গবেষকরা বিশ্বাস করেন যে এই প্রযুক্তিটি স্কেল করা সহজ হওয়া উচিত কারণ এটি পরিপক্ক সিলিকন ফোটোনিক্স শিল্পকে লাভ করে। "আমি মনে করি এটি একটি খুব অভিনব এবং গুরুত্বপূর্ণ বিষয়," গোল্ডস্মিড বলেছেন। "বিরল পৃথিবীর পরমাণুগুলি ভ্যাকুয়ামে পরমাণু বা আয়নগুলির সাথে আপনি যে দুর্দান্ত সংগতি পান তা অনেকটাই ধরে রাখতে পারে, যদিও অত্যন্ত প্রকৌশলী এবং ডিভাইস ইন্টিগ্রেশনের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ, যেমন এই কাজে স্পষ্টভাবে দেখানো হয়েছে।"

গবেষণায় বর্ণনা করা হয়েছে প্রকৃতি.