माइक्रोवेव फोटोन ऑप्टिकल फोटोन से उलझे हुए हैं - फिजिक्स वर्ल्ड

ऑस्ट्रिया में शोधकर्ताओं द्वारा माइक्रोवेव और ऑप्टिकल फोटॉन को उलझाने के लिए एक प्रोटोकॉल का प्रदर्शन किया गया है। इसमें ऑप्टिकल फाइबर के माध्यम से क्वांटम जानकारी का आदान-प्रदान करने के लिए माइक्रोवेव आवृत्ति सर्किट की अनुमति देकर क्वांटम इंटरनेट के निर्माण में केंद्रीय मुद्दों में से एक को दूर करने में मदद करने की क्षमता है।

क्वांटम इंटरनेट को रेखांकित करने वाली केंद्रीय दृष्टि - पहली बार 2008 में व्यक्त की गई थी जेफ किम्बले अमेरिका में कैलटेक की - यह है कि नेटवर्क वाले क्वांटम प्रोसेसर क्वांटम जानकारी का आदान-प्रदान कर सकते हैं, जैसे शास्त्रीय कंप्यूटर इंटरनेट के माध्यम से शास्त्रीय जानकारी का आदान-प्रदान करते हैं। हालाँकि, क्वांटम जानकारी को स्थानांतरित करना कहीं अधिक कठिन है, क्योंकि पृष्ठभूमि शोर डिकोहेरेंस नामक प्रक्रिया में क्वांटम सुपरपोजिशन को नष्ट कर सकता है।

अस्तित्व में मौजूद सबसे शक्तिशाली क्वांटम कंप्यूटरों में से कई, जैसे कि आईबीएम के ऑस्प्रे, सुपरकंडक्टिंग क्वैबिट का उपयोग करते हैं। ये माइक्रोवेव आवृत्तियों पर काम करते हैं, जो उन्हें पृष्ठभूमि थर्मल विकिरण द्वारा व्यवधान के प्रति बेहद संवेदनशील बनाता है - और बताता है कि उन्हें क्रायोजेनिक तापमान पर रखने की आवश्यकता क्यों है। यह सुपरकंडक्टिंग क्वैबिट के बीच जानकारी स्थानांतरित करना भी बेहद कठिन बना देता है। "[एक तरीका] अल्ट्राकोल्ड लिंक बनाना है," बताते हैं जोहान्स फ़िंक क्लोस्टर्न्यूबर्ग में इंस्टीट्यूट फॉर साइंस एंड टेक्नोलॉजी ऑस्ट्रिया के। “रिकॉर्ड बस था में प्रकाशित प्रकृति [द्वारा एंड्रियास वालराफ का समूह स्विट्जरलैंड में ईटीएच ज्यूरिख और सहकर्मियों में]: 30-10 एमके पर 50 मीटर - जिसे आगे बढ़ाने के लिए कुछ चुनौतियाँ हैं। इसके विपरीत, वह कहते हैं, "फाइबर ऑप्टिक्स संचार के लिए वास्तव में अच्छी तरह से काम करता है - जब हम इंटरनेट पर सर्फ करते हैं तो हम हर समय इसका उपयोग करते हैं"।

क्वांटम पारगमन

ऐसी योजना जिसके तहत क्वांटम जानकारी को ऑप्टिकल फाइबर के नीचे फोटॉन भेजकर माइक्रोवेव क्वैबिट के बीच स्थानांतरित किया जा सकता है, इसलिए बेहद मूल्यवान होगी। सबसे सीधा दृष्टिकोण क्वांटम ट्रांसडक्शन है, जिसमें, तीसरे फोटॉन के साथ बातचीत करके, एक माइक्रोवेव फोटॉन को एक ऑप्टिकल फोटॉन में परिवर्तित किया जाता है जिसे फाइबर के साथ भेजा जा सकता है।

दुर्भाग्य से, इस प्रक्रिया के व्यावहारिक कार्यान्वयन में हानि और शोर दोनों शामिल हैं: "आप दस फोटॉन भेजते हैं और हो सकता है कि उनमें से केवल एक ही परिवर्तित हो सके... और हो सकता है कि आपका डिवाइस कुछ अतिरिक्त फोटॉन जोड़ता हो क्योंकि यह गर्म था या किसी अन्य कारण से," फिंक के पीएचडी कहते हैं। विद्यार्थी ऋषभ साहू, जो इस नवीनतम शोध का वर्णन करने वाले पेपर के संयुक्त प्रथम लेखक हैं। "ये दोनों पारगमन की निष्ठा को नीचे लाते हैं।"

क्वांटम सूचना को स्थानांतरित करने का एक वैकल्पिक तरीका क्वांटम टेलीपोर्टेशन कहा जाता है और इसे पहली बार प्रयोगात्मक रूप से 1997 में इंसब्रुक विश्वविद्यालय में एंटोन ज़िलिंगर के समूह द्वारा प्रदर्शित किया गया था - जिसके लिए ज़िलिंगर ने साझा किया था 2022 भौतिकी के लिए नोबेल पुरस्कार. जब एक क्वबिट एक उलझे हुए जोड़े में एक फोटॉन के साथ संपर्क करता है, तो उसकी अपनी क्वांटम स्थिति दूसरे फोटॉन के साथ उलझ जाती है।

उलझाव की अदला-बदली

एक क्वांटम नेटवर्क का उत्पादन परिवेशीय परिस्थितियों में किया जा सकता है यदि यह दूसरा फोटॉन तथाकथित बेल स्टेट माप के माध्यम से दूसरे नेटवर्क नोड से एक समान रूप से तैयार ट्रांसमिशन फोटॉन के साथ बातचीत करने के लिए कम-नुकसान ऑप्टिकल फाइबर के नीचे यात्रा कर सकता है। यह दूरस्थ सुपरकंडक्टिंग क्वैबिट के बीच एक "उलझन स्वैप" निष्पादित करेगा।

उलझे हुए फोटॉन जोड़े सहज पैरामीट्रिक डाउन-रूपांतरण नामक एक प्रक्रिया द्वारा उत्पन्न होते हैं, जिससे एक फोटॉन दो में विभाजित हो जाता है। हालाँकि, इससे पहले कोई भी फोटॉन की उलझी हुई जोड़ी उत्पन्न करने में कामयाब नहीं हुआ था, जिसकी ऊर्जा 10,000 से अधिक के कारक से भिन्न थी। यह अंतर लगभग 1550 एनएम के ऑप्टिकल टेलीकॉम तरंग दैर्ध्य पर एक फोटॉन को शामिल करता है; और दूसरा लगभग 3 सेमी की माइक्रोवेव तरंगदैर्घ्य पर।

फ़िंक के समूह ने एक लिथियम नाइओबेट ऑप्टिकल रेज़ोनेटर को पंप किया जो टेलीकॉम तरंग दैर्ध्य पर एक उच्च-शक्ति लेजर के साथ माइक्रोवेव रेज़ोनेटर का हिस्सा था। लेज़र प्रकाश का अधिकांश भाग बिना किसी बदलाव के रेज़ोनेटर से वापस आ गया और फ़िल्टर कर दिया गया। हालाँकि, प्रति पल्स लगभग एक फोटॉन दो उलझे हुए फोटॉनों में विभाजित हो जाता है - एक माइक्रोवेव और दूसरा पंप फोटॉनों की तुलना में थोड़ी लंबी तरंग दैर्ध्य पर।

उलझा हुआ प्रकाश स्रोत पूरी तरह से ऑन-चिप है

“हमने दो विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के उतार-चढ़ाव के सहप्रसरण को मापकर इस उलझाव को सत्यापित किया। हमने माइक्रोवेव-ऑप्टिकल सहसंबंध पाया जो शास्त्रीय रूप से स्वीकृत से अधिक मजबूत है, जो दर्शाता है कि दोनों क्षेत्र उलझी हुई स्थिति में हैं। कहते हैं लियू किउ, एक पोस्टडॉक्टरल शोधकर्ता और काम का वर्णन करने वाले पेपर पर संयुक्त प्रथम लेखक। शोधकर्ताओं को अब इस उलझाव को क्वैबिट्स और कमरे के तापमान वाले फाइबर तक विस्तारित करने, क्वांटम टेलीपोर्टेशन को लागू करने और अलग-अलग कमजोर पड़ने वाले रेफ्रिजरेटर में क्वैबिट्स को उलझाने की उम्मीद है।

अलेक्जेंड्रे ब्लैस कनाडा में यूनिवर्सिटि डे शेरब्रुक ने वालराफ पर सहयोग किया प्रकृति पेपर और वह फ़िंक और सहकर्मी के काम से प्रभावित हैं, “आम तौर पर प्रकाशिकी और माइक्रोवेव एक दूसरे से बात नहीं करते हैं। प्रकाशिकी वास्तव में उच्च ऊर्जा है और आपके माइक्रोवेव सर्किट की क्वांटम सुसंगतता गुणों को बर्बाद कर देती है। अब [शोधकर्ताओं] के पास खड़े फोटॉन हैं: अगर मैं उस जानकारी को दूसरे फ्रिज में स्थानांतरित करना चाहता हूं तो मुझे उस जानकारी को ऑप्टिकल फाइबर में उड़ने वाले फोटॉन में स्थानांतरित करना होगा, और वहां नुकसान होगा। और उस फोटॉन को फिर उस फाइबर के नीचे यात्रा करनी होती है, दूसरे फ्रिज में प्रवेश करना होता है और कुछ जादू करना होता है... हमें यह नहीं सोचना चाहिए कि इससे अब सब कुछ आसान हो जाता है - यह सिर्फ शुरुआत है, लेकिन यह प्रयोग की गुणवत्ता को कम नहीं करता है। ”

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• स्रोत: https://physicsworld.com/a/microwave-photons-are-entangled-with-optical-photons/