क्लोनिंग क्वांटम स्टीयरिंग नो-गो है

क्वांटम स्टीयरिंग - क्वांटम उलझाव के समान एक अजीब, गैर-स्थानीय घटना - स्टीयरिंग सिस्टम और बाहरी सिस्टम के बीच किसी भी संयुक्त ऑपरेशन द्वारा पूरी तरह से दोहराया नहीं जा सकता है। यह नया "नो-क्लोनिंग" प्रमेय चीन में शोधकर्ताओं के काम का परिणाम है जिन्होंने उस स्थिति का अध्ययन किया जो तब उत्पन्न होती है जब क्वांटम स्थिति साझा करने वाले दो पक्षों में से एक उस स्थिति को बनाने के लिए उपयोग किए जा रहे क्वांटम कणों के स्रोत पर भरोसा नहीं करता है। मौलिक भौतिकी के लिए महत्वपूर्ण होने के साथ-साथ, यह खोज क्वांटम क्रिप्टोग्राफी और क्वांटम कंप्यूटिंग के लिए निहितार्थ हो सकती है।

पारंपरिक कंप्यूटर जानकारी को "बिट्स" के रूप में संग्रहीत करते हैं जिनका मान 1 या 0 होता है। इसके विपरीत, क्वांटम कंप्यूटर जानकारी को दो-स्तरीय क्वांटम सिस्टम में संग्रहीत करते हैं जैसे कि फोटॉन की क्षैतिज और ऊर्ध्वाधर ध्रुवीकरण स्थिति या "स्पिन अप" और " स्पिन डाउन” इलेक्ट्रॉनों की अवस्थाएँ। इन क्वांटम बिट्स या क्वबिट्स की अवस्थाएँ 0 और 1 तक सीमित नहीं हैं; वे एक मध्यवर्ती संयोजन में भी मौजूद हो सकते हैं जिसे सुपरपोज़िशन के रूप में जाना जाता है। हालाँकि, क्वांटम प्रणाली की पूर्ण स्थिति कभी भी पूरी तरह से ज्ञात नहीं की जा सकती है, जिसका अर्थ है कि क्वैबिट का पूर्ण दोहराव निषिद्ध है। यह तथाकथित "नो-क्लोनिंग" प्रमेय है, और यह क्वांटम क्रिप्टोग्राफी का आधार बनता है।

एक अन्य महत्वपूर्ण सिद्धांत यह है कि दो या दो से अधिक क्वैबिट उलझ सकते हैं, जिसका अर्थ है कि उनका शास्त्रीय भौतिकी द्वारा अनुमति की तुलना में बहुत करीबी संबंध है। जब दो क्यूब आपस में उलझ जाते हैं, तो उनमें से एक की स्थिति को मापने से आपको स्वचालित रूप से दूसरे की स्थिति का पता चल जाता है, चाहे वे कितनी भी दूर क्यों न हों। उदाहरण के लिए, यदि आप एक कण की स्पिन जानते हैं, तो आप दूसरे की स्पिन निर्धारित कर सकते हैं।

अल्बर्ट आइंस्टीन ने उलझाव के इस पहलू को अस्थिर पाया, क्योंकि इसका तात्पर्य यह था कि उलझे हुए कण गैर-स्थानीय तरीके से एक-दूसरे की स्थिति को प्रभावित कर सकते हैं - जिसे उन्होंने "दूरी पर डरावनी कार्रवाई" कहा। 1935 में प्रकाशित एक पेपर में, उन्होंने और उनके सहयोगियों बोरिस पोडॉल्स्की और नाथन रोसेन ने गैर-स्थानीयता के इस रूप के खिलाफ तर्क दिया, और इसे उनके शुरुआती अक्षरों के बाद ईपीआर विरोधाभास के रूप में जाना जाने लगा। हालाँकि, बाद के शोध से पता चला कि उनका तर्क गलत है: द 2022 भौतिकी के लिए नोबेल पुरस्कार प्रयोगवादियों की तिकड़ी के पास गए, जिन्होंने दिवंगत सिद्धांतकार जॉन स्टीवर्ट बेल के काम को आगे बढ़ाते हुए प्रदर्शित किया कि उलझाव (और इस प्रकार गैर-स्थानीयता) वास्तव में हमारी भौतिक दुनिया का हिस्सा है।

"स्टीयरिंग नो-क्लोनिंग सिद्धांत"

हालाँकि, क्वांटम उलझाव क्वांटम सिद्धांत में गैर-स्थानीयता का एकमात्र रूप नहीं है। एक अन्य प्रकार, जिसे क्वांटम स्टीयरिंग के रूप में जाना जाता है, पहली बार इरविन श्रोडिंगर द्वारा ईपीआर विरोधाभास के सामान्यीकरण के रूप में पेश किया गया था। क्वांटम उलझाव में, क्वांटम लेनदेन में शामिल दो पक्ष (पारंपरिक रूप से ऐलिस और बॉब के रूप में जाने जाते हैं), दोनों अपने संबंधित राज्यों को उत्पन्न करने के लिए उपयोग किए जाने वाले क्वांटम कणों के स्रोत पर भरोसा करते हैं। क्वांटम स्टीयरिंग इस सेट-अप में एक विषमता का परिचय देता है: अब केवल एक स्रोत (उदाहरण के लिए ऐलिस का) भरोसेमंद है। यह ऐलिस को बॉब द्वारा देखे गए कणों की स्थिति को "संचालित" करने में सक्षम बनाता है, जिसका अर्थ है कि वह अपने उलझे हुए कण जोड़े के आधे हिस्से पर जो माप लेती है, वह बॉब के आधे हिस्से की स्थिति को इस तरह से प्रभावित करती है जिसे शास्त्रीय रूप से समझाया नहीं जा सकता है।

नए कार्य में प्रदर्शित "स्टीयरिंग नो-क्लोनिंग सिद्धांत" गैर-स्थानीयता के इस रूप के बारे में हमारी समझ को बढ़ाता है। "मूल नो-क्लोनिंग प्रमेय बताता है कि कोई भी भौतिक ऑपरेशन किसी अज्ञात क्वांटम स्थिति की पूरी तरह से नकल नहीं कर सकता है," बताते हैं फू-लिन झांग, जिन्होंने शोधकर्ताओं की एक टीम का नेतृत्व किया तियानजिन विश्वविद्यालय में भौतिकी विभाग और नानकई विश्वविद्यालय में चेर्न इंस्टीट्यूट ऑफ मैथमेटिक्स. "हमारी खोज से संकेत मिलता है कि यदि स्थिति 'बहुत अधिक' है तो ज्ञात स्थिति में क्वांटम स्टीयरिंग को पूरी तरह से कॉपी नहीं किया जा सकता है।"

शोधकर्ताओं ने यह भी पाया कि निकट से संबंधित क्वांटम सहसंबंध जिसे ईपीआर स्टीयरिंग कहा जाता है, को आंशिक रूप से क्लोन किया जा सकता है। ईपीआर स्टीयरिंग उन राज्यों में मौजूद है जिनका उपयोग क्वांटम स्टीयरिंग को ठोस रूप से प्रदर्शित करने के लिए किया जा सकता है, भले ही संचालित राज्यों के पर्यवेक्षक को मापने वाले पर भरोसा न हो। झांग बताते हैं कि इसलिए इसे क्वांटम स्टीयरिंग की तुलना में "मजबूत" क्वांटम संपत्ति माना जा सकता है। "ऐलिस और बॉब के बीच क्वांटम सूचना कार्यों में एक तीसरे पक्ष, 'चार्ली' द्वारा हमला किया गया, एक क्लोनिंग मशीन का उपयोग करके, हमारा परिणाम ऐलिस और बॉब के बीच ईपीआर स्टीयरिंग पर थ्रेशोल्ड सेट करता है ताकि ऐलिस और चार्ली के बीच ईपीआर स्टीयरिंग को बाहर रखा जा सके," वह बताते हैं। भौतिकी की दुनिया.

"क्वांटम स्टीयरिंग का नो-क्लोनिंग क्वांटम सुपरपोजिशन का परिणाम है, जैसा कि मूल नो-क्लोनिंग और नो-गो प्रमेय हैं," उन्होंने आगे कहा, "और हमारा प्रमाण तथाकथित नो-ब्रॉडकास्टिंग प्रमेय पर आधारित है, जो है 'मिश्रित' अवस्थाओं (मिश्रित प्रणालियों में) की एक विस्तारित नो-क्लोनिंग प्रणाली।"

शोधकर्ता अब जांच कर रहे हैं कि "क्वांटमनेस" की डिग्री अन्य नो-गो प्रमेयों को कैसे प्रभावित करती है। झांग ने खुलासा किया, "हम क्वांटम क्लोनिंग के ढांचे में कई पर्यवेक्षकों के बीच गैर-स्थानीयता और अन्य प्रकार की क्वांटम जानकारी साझा करने के प्रोटोकॉल का अध्ययन कर रहे हैं।" "गैर-स्थानीयता और सूचना साझा करने का ऐसा विषय क्वांटम सूचना विज्ञान में मौलिक है।"

कार्य विस्तृत है चीनी भौतिकी के पत्र.