उलझे हुए आयनों ने लंबी दूरी का रिकॉर्ड बनाया - फिजिक्स वर्ल्ड

बिंदु ए से बी तक जानकारी भेजने के लिए प्रकाश और ऑप्टिकल फाइबर का उपयोग करना आज एक मानक अभ्यास है, लेकिन क्या होगा यदि हम "भेजने और ले जाने" के चरणों को पूरी तरह से छोड़ दें और जानकारी को तुरंत पढ़ सकें? क्वांटम उलझाव के लिए धन्यवाद, यह विचार अब कल्पना का काम नहीं है, बल्कि चल रहे शोध का विषय है। आयनों जैसे दो क्वांटम कणों को उलझाकर, वैज्ञानिक उन्हें एक नाजुक संयुक्त स्थिति में डाल सकते हैं जहां एक कण को ​​मापने से दूसरे के बारे में इस तरह से जानकारी मिलती है कि यह शास्त्रीय रूप से असंभव होगा।

ऑस्ट्रिया के इंसब्रुक विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने अब 230 मीटर की दूरी पर ऑप्टिकल गुहाओं में फंसे दो कैल्शियम आयनों पर इस जटिल उलझाव की प्रक्रिया को अंजाम दिया है - जो लगभग दो फुटबॉल पिचों के बराबर है - और 520 मीटर लंबे ऑप्टिकल फाइबर के माध्यम से जुड़े हुए हैं। यह पृथक्करण फंसे हुए आयनों के लिए एक रिकॉर्ड है और इन क्वांटम कणों के आधार पर क्वांटम संचार और गणना प्रणालियों में एक मील का पत्थर स्थापित करता है।

क्वांटम नेटवर्क की ओर

क्वांटम नेटवर्क क्वांटम संचार प्रणालियों की रीढ़ हैं। उनके आकर्षणों में से एक यह है कि वे मेट्रोलॉजी से लेकर नेविगेशन तक के अनुप्रयोगों के लिए सटीक संवेदन और समय माप को बढ़ाते हुए दुनिया को अभूतपूर्व कंप्यूटिंग शक्ति और सुरक्षा से जोड़ सकते हैं। ऐसे क्वांटम नेटवर्क में क्वांटम कंप्यूटर - नोड्स - फोटॉन के आदान-प्रदान के माध्यम से जुड़े होंगे। यह आदान-प्रदान मुक्त स्थान में किया जा सकता है, ठीक उसी तरह जैसे प्रकाश सूर्य से अंतरिक्ष के माध्यम से हमारी आंखों तक यात्रा करता है। वैकल्पिक रूप से, फोटॉन को ऑप्टिकल फाइबर के माध्यम से भेजा जा सकता है, जिसका उपयोग इंटरनेट, टेलीविजन और फोन सेवाओं के लिए डेटा संचारित करने के लिए किया जाता है।

फंसे हुए आयनों पर आधारित क्वांटम कंप्यूटर दो कारणों से क्वांटम नेटवर्क और क्वांटम संचार के लिए एक आशाजनक मंच प्रदान करते हैं। एक यह है कि उनकी क्वांटम अवस्थाओं को नियंत्रित करना अपेक्षाकृत आसान है। दूसरा यह है कि ये राज्य बाहरी गड़बड़ी के खिलाफ मजबूत हैं जो नोड्स के बीच और उसके पास ले जाने वाली जानकारी को बाधित कर सकते हैं।

फंसे हुए कैल्शियम आयन

नवीनतम कार्य में, अनुसंधान टीमों का नेतृत्व किया गया ट्रेसी नॉर्थअप और बेन लान्योन इंसब्रुक में कैल्शियम आयनों को पॉल ट्रैप में फँसाया गया - एक विद्युत क्षेत्र विन्यास जो आयन पर एक बल उत्पन्न करता है, जो इसे ट्रैप के केंद्र में सीमित कर देता है। कैल्शियम आयन आकर्षक होते हैं क्योंकि उनकी इलेक्ट्रॉनिक संरचना सरल होती है और वे शोर के प्रति मजबूत होते हैं। “वे क्वांटम नेटवर्क के लिए आवश्यक प्रौद्योगिकी के अनुकूल हैं; और वे आसानी से फंस जाते हैं और ठंडे हो जाते हैं, इसलिए स्केलेबल क्वांटम नेटवर्क के लिए उपयुक्त हैं, ”बताते हैं मारिया गैली, इंसब्रुक में एक पीएचडी छात्र जो उस काम में शामिल था, जिसका वर्णन इसमें किया गया है फिजिकल रिव्यू लेटर्स.

शोधकर्ताओं ने दो अलग-अलग ऑप्टिकल गुहाओं में से प्रत्येक के अंदर एक फंसे हुए आयन को रखकर शुरुआत की। ये गुहाएँ दर्पणों के जोड़े के बीच की जगह हैं जो उनके बीच उछलने वाली प्रकाश की आवृत्ति के सटीक नियंत्रण और ट्यूनिंग की अनुमति देती हैं (ऊपर छवि देखें)। यह सख्त नियंत्रण आयन की जानकारी को फोटॉन से जोड़ने या उलझाने के लिए महत्वपूर्ण है।

दो गुहाओं - नेटवर्क के नोड्स - में से प्रत्येक पर आयन-फोटॉन प्रणाली को उलझाने के बाद शोधकर्ताओं ने उलझी हुई प्रणाली को चिह्नित करने के लिए एक माप किया। जबकि माप उलझाव को नष्ट कर देता है, शोधकर्ताओं को इस चरण को अनुकूलित करने के लिए इस प्रक्रिया को कई बार दोहराना पड़ा। फोटॉन, प्रत्येक कैल्शियम आयनों में से एक के साथ उलझे हुए, फिर ऑप्टिकल फाइबर के माध्यम से प्रेषित होते हैं जो दो नोड्स को जोड़ता है, जो अलग-अलग इमारतों में स्थित हैं।

जानकारी का आदान - प्रदान करना

जबकि शोधकर्ता फोटॉनों को मुक्त स्थान में स्थानांतरित कर सकते थे, ऐसा करने से कई शोर स्रोतों के कारण आयन-फोटॉन उलझाव में बाधा उत्पन्न होने का जोखिम होता। इसके विपरीत, ऑप्टिकल फाइबर में कम नुकसान होता है, और वे फोटॉन को ढाल भी देते हैं और उनके ध्रुवीकरण को संरक्षित करते हैं, जिससे नोड्स के बीच लंबे समय तक अलगाव होता है। हालाँकि, वे आदर्श नहीं हैं. “हमने ध्रुवीकरण में कुछ बदलाव देखे। इस कारण से, हर 20 मिनट में हम फाइबर के ध्रुवीकरण रोटेशन को चिह्नित करेंगे और इसके लिए सही करेंगे। गैली कहते हैं.

दो फोटॉन फोटॉन बेल-स्टेट माप (पीबीएसएम) नामक प्रक्रिया के माध्यम से अपने संबंधित आयन-फोटॉन सिस्टम की जानकारी का आदान-प्रदान करते हैं। इस राज्य-चयनात्मक पहचान तकनीक में, फोटॉन के तरंग कार्यों को ओवरलैप किया जाता है, जिससे एक हस्तक्षेप पैटर्न बनता है जिसे चार फोटोडिटेक्टरों के साथ मापा जा सकता है।

फोटोडिटेक्टरों पर मापे गए संकेतों को पढ़कर, शोधकर्ता बता सकते हैं कि फोटॉनों द्वारा ली गई जानकारी - उनकी ध्रुवीकरण स्थिति - समान है या नहीं। परिणामों के मिलान जोड़े (या तो क्षैतिज या ऊर्ध्वाधर ध्रुवीकरण राज्य) परिणामस्वरूप दूरस्थ आयनों के बीच उलझाव की पीढ़ी की शुरुआत करते हैं।

सफल उलझाव के लिए व्यापार-बंद

शोधकर्ताओं को आयनों के बीच उलझाव उत्पन्न करने के लिए कई कारकों को संतुलित करना पड़ा। एक समय विंडो है जिसमें वे फोटॉन का अंतिम संयुक्त माप करते हैं। यह समयावधि जितनी लंबी होगी, शोधकर्ताओं के पास फोटॉनों का पता लगाने की संभावना उतनी ही अधिक होगी - लेकिन इसका नतीजा यह है कि आयन कम उलझते हैं। ऐसा इसलिए है क्योंकि उनका लक्ष्य एक ही समय पर आने वाले फोटॉनों को पकड़ना है, और लंबी समय सीमा की अनुमति देने से वे उन फोटॉनों का पता लगा सकते हैं जो वास्तव में अलग-अलग समय पर आए थे।

तीन-नोड क्वांटम नेटवर्क की शुरुआत

इसलिए शोधकर्ताओं को सावधानीपूर्वक जांच करने की आवश्यकता है कि वे एक निश्चित समय सीमा के लिए कितना उलझाव हासिल करने में कामयाब रहे। 1 माइक्रोसेकंड की समयावधि में, उन्होंने प्रयोग को 13 मिलियन से अधिक बार दोहराया, जिससे 555 पहचान घटनाएं उत्पन्न हुईं। फिर उन्होंने सहसंबंध की जांच करने के लिए स्वतंत्र रूप से प्रत्येक नोड पर आयनों की स्थिति को मापा, जो 88% था। गैली कहते हैं, "हमारा अंतिम माप कदम वास्तव में दोनों आयनों की स्थिति को मापने के लिए है ताकि यह सत्यापित किया जा सके कि अपेक्षित राज्य सहसंबंध है।" "यह पुष्टि करता है कि हम दो आयनों के बीच उलझाव पैदा करने में सफल रहे हैं।"

स्प्रिंट से मैराथन तक

दो फ़ुटबॉल पिचें एक बड़ी दूरी की तरह लग सकती हैं, जिस पर एक अनिश्चित मात्रा में उलझी हुई स्थिति पैदा हो सकती है, लेकिन इंसब्रुक टीम के पास बड़ी योजनाएँ हैं। आयनों के बीच सूचना प्रसारित करने के लिए उपयोग किए जाने वाले फोटॉन की तरंग दैर्ध्य को बढ़ाने जैसे बदलाव करके, शोधकर्ताओं को 50 किमी की अधिक दूरी तय करने की उम्मीद है - जो मैराथन से भी अधिक लंबी है।

जबकि अन्य अनुसंधान समूहों ने पहले तटस्थ परमाणुओं का उपयोग करके और भी लंबी दूरी पर उलझाव का प्रदर्शन किया है, आयन-आधारित प्लेटफार्मों के कुछ फायदे हैं। गैली ने नोट किया कि फंसे हुए आयनों के साथ किए गए क्वांटम गेट्स की निष्ठा परमाणुओं पर किए गए क्वांटम गेट्स की तुलना में बेहतर है, मुख्य रूप से क्योंकि आयनों के बीच की बातचीत परमाणुओं के बीच की बातचीत की तुलना में अधिक मजबूत और अधिक स्थिर होती है और आयनों का सुसंगत समय बहुत लंबा होता है।

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• स्रोत: https://physicsworld.com/a/entangled-ions-set-long-distance-record/