गैर-मार्कोवियन अपव्यय से लेकर क्वांटम नैनोडिवाइसेस के स्पैटिओटेम्पोरल नियंत्रण तक

गैर-मार्कोवियन अपव्यय से लेकर क्वांटम नैनोडिवाइसेस के स्पैटिओटेम्पोरल नियंत्रण तक

समय टिकट: 3 अप्रैल, 2024 11:35 पूर्वाह्न

थिबॉट लैक्रोइक्स1,2,3, ब्रेंडन डब्ल्यू लवेट2, और एलेक्स डब्ल्यू चिन3

1इंस्टिट्यूट फर थियोरेटिस्चे फिजिक अंड आईक्यूएसटी, अल्बर्ट-आइंस्टीन-एली 11, यूनिवर्सिटी उल्म, डी-89081 उल्म, जर्मनी
2एसयूपीए, स्कूल ऑफ फिजिक्स एंड एस्ट्रोनॉमी, यूनिवर्सिटी ऑफ सेंट एंड्रयूज, सेंट एंड्रयूज KY16 9SS, यूके
3सोरबोन यूनिवर्सिटी, सीएनआरएस, इंस्टिट्यूट डे नैनोसाइंसेज डी पेरिस, चौथी जगह जुसीउ, 4 पेरिस, फ्रांस

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सार

क्वांटम प्रभावों का शोषण करने वाले नैनोडिवाइसेस भविष्य की क्वांटम प्रौद्योगिकियों (क्यूटी) के महत्वपूर्ण तत्व हैं, लेकिन उनका वास्तविक दुनिया का प्रदर्शन स्थानीय 'पर्यावरणीय' इंटरैक्शन से उत्पन्न होने वाले विघटन से दृढ़ता से सीमित है। इसे जोड़ते हुए, जैसे-जैसे उपकरण अधिक जटिल होते जाते हैं, यानी उनमें कई कार्यात्मक इकाइयाँ होती हैं, `स्थानीय' वातावरण ओवरलैप होने लगते हैं, जिससे नए समय-और-लंबाई के पैमाने पर पर्यावरण की मध्यस्थता वाली विघटन घटना की संभावना पैदा होती है। इस तरह की जटिल और स्वाभाविक रूप से गैर-मार्कोवियन गतिशीलता क्यूटी को बढ़ाने के लिए एक चुनौती पेश कर सकती है, लेकिन दूसरी ओर - 'सिग्नल' और ऊर्जा को स्थानांतरित करने के लिए वातावरण की क्षमता भी अंतर-घटक प्रक्रियाओं के परिष्कृत स्पोटियोटेम्पोरल समन्वय को सक्षम कर सकती है, जैसा कि सुझाव दिया गया है एंजाइम और प्रकाश संश्लेषक प्रोटीन जैसे जैविक नैनोमशीनों में घटित होना। संख्यात्मक रूप से सटीक कई बॉडी विधियों (टेंसर नेटवर्क) का उपयोग करके हम एक पूर्ण क्वांटम मॉडल का अध्ययन करते हैं जो हमें यह पता लगाने की अनुमति देता है कि पर्यावरणीय गतिशीलता का प्रसार स्थानिक रूप से दूरस्थ, गैर-इंटरैक्टिंग क्वांटम सिस्टम के विकास को कैसे प्रेरित और निर्देशित कर सकता है। हम प्रदर्शित करते हैं कि क्षणिक उत्तेजित/प्रतिक्रियाशील अवस्थाएँ बनाने के लिए पर्यावरण में नष्ट हुई ऊर्जा को दूरस्थ रूप से कैसे एकत्रित किया जा सकता है, और यह भी पहचानते हैं कि सिस्टम उत्तेजना द्वारा ट्रिगर किया गया पुनर्गठन गुणात्मक और विपरीत रूप से एक 'कार्यात्मक' क्वांटम सिस्टम के 'डाउनस्ट्रीम' कैनेटीक्स को कैसे बदल सकता है। संपूर्ण सिस्टम-पर्यावरण तरंग कार्यों तक पहुंच के साथ, हम इन घटनाओं में अंतर्निहित सूक्ष्म प्रक्रियाओं को स्पष्ट करते हैं, जिससे ऊर्जा कुशल क्वांटम उपकरणों के लिए उनका उपयोग कैसे किया जा सकता है, इस बारे में नई जानकारी मिलती है।

गैर-मार्कोवियन अपव्यय से लेकर क्वांटम नैनोडिवाइसेस प्लेटोब्लॉकचेन डेटा इंटेलिजेंस के स्पैटिओटेम्पोरल नियंत्रण तक। लंबवत खोज. ऐ.

विशेष छवि: (ए) स्थानिक रूप से वितरित प्रणालियाँ अपने वातावरण में ऊर्जा का अपव्यय करती हैं और/या स्थानीय विकृतियों का कारण बनती हैं जो आम तौर पर फैलती हैं और थोक माध्यम (लाल तीर) में खो जाती हैं। जब सिस्टम को नैनोस्केल क्षेत्रों में पैक किया जाता है, तो पर्यावरणीय उत्तेजनाओं का एक महत्वपूर्ण अंश पड़ोसी सिस्टम का सामना करेगा और उनकी गतिशीलता (हरा तीर) को प्रभावित करेगा, भले ही सिस्टम अनयुग्मित हो (पीला तीर सुसंगत युग्मन को इंगित करता है)। ये इंटरैक्शन मंद हैं, यानी सिग्नल प्रसार की गति और सिस्टम के पृथक्करण पर निर्भर करते हैं, जो उनकी अब सहकारी विघटनकारी गतिशीलता को नए समय और लंबाई के पैमाने प्रदान करते हैं।

1डी में उदाहरण:
(बी) प्रकाश संश्लेषक प्रतिक्रिया केंद्रों में, वर्णक एक प्रोटीन मचान द्वारा रखे जाते हैं जो विभिन्न स्थानों (4 - 5 एनएम द्वारा अलग) में एक्सिटॉन (ईइलेक्ट्रॉन-होल जोड़ी) विभाजन, इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण और छेद रीफिलिंग को समन्वित करने के लिए कंपन और संरचनात्मक पुनर्गठन में मध्यस्थता कर सकते हैं। एफएस से μs तक समयमान पर।
(सी) इंट्रामोल्युलर सिंगलेट विखंडन द्वारा उत्पन्न स्पिन-एंटेंगल ट्रिपलेट-जोड़े आणविक रीढ़ संरचना के कंपन तरंग पैकेट के माध्यम से दृढ़ता से बातचीत करते हैं, जैसे कि पॉलीडायसिटिलीन में।
(डी) अनयुग्मित क्वांटम डॉट्स (क्यूडी) की एक जोड़ी एक नैनोवायर में समाहित है। उनमें से एक को उत्तेजित करने से तार के यांत्रिक तरीके उत्तेजित हो जाते हैं। ये विकृतियाँ फैलती हैं और अन्य QD के साथ अंतःक्रिया कर सकती हैं।

लोकप्रिय सारांश

भविष्य की क्वांटम प्रौद्योगिकियों की मुख्य सीमा बाहरी अनियंत्रित वातावरण (उदाहरण के लिए विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र, जाली कंपन ...) के साथ क्वांटम उपकरणों की विभिन्न कार्यशील इकाइयों की बातचीत के परिणामस्वरूप होने वाली विकृति है। आम तौर पर अलग-अलग इकाइयों को अलग-अलग वातावरणों के साथ बातचीत करने के रूप में वर्णित किया जाता है जो एक-दूसरे के साथ बातचीत नहीं करते हैं, और ये वातावरण स्थानीय अपव्यय और विघटन के लिए जिम्मेदार होते हैं।
हालाँकि जितने अधिक जटिल क्वांटम उपकरण बनेंगे, उनके विभिन्न घटक उतने ही करीब होंगे। उस संदर्भ में, अलग-अलग स्थानीय वातावरणों की धारणा टूट जाती है और हमें एक सामान्य वातावरण के साथ कार्यात्मक इकाइयों की बातचीत पर विचार करने की आवश्यकता है। उस स्थिति में, उदाहरण के लिए, सिस्टम के एक हिस्से द्वारा नष्ट की गई ऊर्जा को बाद में दूसरे हिस्से द्वारा अवशोषित किया जा सकता है। यह ऐसे वैश्विक वातावरणों का वर्णन स्थानीय लोगों की तुलना में मौलिक रूप से अधिक जटिल बनाता है क्योंकि यदि कोई सिस्टम की गतिशीलता को समझना चाहता है तो उनकी आंतरिक गतिशीलता को नजरअंदाज नहीं किया जा सकता है।
सिस्टम और पर्यावरण की क्वांटम स्थिति को एक साथ दर्शाने और समय-विकसित करने के लिए टेंसर नेटवर्क विधियों का उपयोग करके, हम उन प्रक्रियाओं को उजागर करने में सक्षम हैं जो पर्यावरण के अंदर ऊर्जा/सूचना के प्रसार के कारण नए समय और लंबाई के पैमाने पर हो रही हैं।
एक सामान्य वातावरण के साथ बातचीत करने वाले क्वांटम सिस्टम पर विचार करने के परिणामस्वरूप भौतिक प्रक्रियाओं की नई घटना विज्ञान, नैनोडिवाइस के डिजाइन के लिए महत्वपूर्ण परिणाम है क्योंकि यह नए नियंत्रण, सेंसिंग और क्रॉस-टॉक तंत्र तक पहुंच प्रदान करता है।

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