ऑप्टिक्स शोधकर्ताओं - फिजिक्स वर्ल्ड का कहना है कि क्वांटम उतार-चढ़ाव को पहली बार नियंत्रित किया गया है

ऑप्टिक्स शोधकर्ताओं - फिजिक्स वर्ल्ड का कहना है कि क्वांटम उतार-चढ़ाव को पहली बार नियंत्रित किया गया है

टाइम स्टैम्प: 7 अगस्त, 2023 सुबह 9:30 बजे

क्वांटम यादृच्छिक संख्या प्रयोग
क्वांटम नियंत्रण: प्रायोगिक सेटअप जिसका उपयोग वैक्यूम उतार-चढ़ाव से ट्यून करने योग्य यादृच्छिक संख्याएँ उत्पन्न करने के लिए किया जाता है। (सौजन्य: चार्ल्स रोक्स-कारमेस, यानिक सलामिन)

खाली स्थान में मौजूद यादृच्छिक ऊर्जा उतार-चढ़ाव का दोहन करने और एक लागू क्षेत्र के साथ उतार-चढ़ाव को पूर्वाग्रहित करने की एक नई तकनीक अमेरिकी वैज्ञानिकों द्वारा प्रदर्शित की गई है। शोधकर्ताओं का मानना ​​है कि इस तकनीक में संभाव्य ऑप्टिकल कंप्यूटिंग में संवेदन से लेकर यादृच्छिक संख्या पीढ़ी तक के अनुप्रयोग हो सकते हैं।

जिस तरह यह एक कण को ​​पूरी तरह से गति से रहित होने से रोकता है, उसी तरह हाइजेनबर्ग का अनिश्चितता सिद्धांत एक प्रणाली को पूरी तरह से ऊर्जा से रहित होने से रोकता है। इसलिए, क्वांटम यांत्रिकी में, एक वैक्यूम यादृच्छिक आवृत्तियों पर विद्युत क्षेत्र में छोटे उतार-चढ़ाव से भर जाता है। ये आम तौर पर प्रयोगात्मक रूप से प्रासंगिक होने के लिए बहुत छोटे होते हैं, लेकिन विशिष्ट स्थितियों में ये महत्वपूर्ण हो सकते हैं।

उदाहरण के लिए, 2021 में सैद्धांतिक भौतिक विज्ञानी ऑर्टविन हेस ट्रिनिटी कॉलेज डबलिन और सहकर्मियों के नेतृत्व में हुई काओ कनेक्टिकट में येल विश्वविद्यालय ने मल्टी-मोड लेजर से यादृच्छिक संख्या जनरेटर का उत्पादन करने के लिए इन उतार-चढ़ाव का उपयोग किया। हेस बताते हैं, "लेज़र विवरण में जो हमने उस समय उपयोग किया था, [हमने वर्णन किया] अप्रत्याशितता और धड़कन जो कई तरीकों से बातचीत के परिणामस्वरूप होगी।" "लेकिन यह एक बहुत ही दिलचस्प परिणाम था जिसने क्वांटम उतार-चढ़ाव की कटाई की अनुमति दी।"

यादृच्छिक कठिनाइयाँ

क्रिप्टोग्राफी और कंप्यूटर सिमुलेशन में व्यापक उपयोग के बावजूद, वास्तविक यादृच्छिक संख्याओं के सेट उत्पन्न करना बेहद कठिन है। यह क्वांटम ऑप्टिक्स के क्षेत्र के बाहर काओ और हेस के काम को बहुत रुचि का बनाता है।

नए काम में, मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी (एमआईटी) के शोधकर्ताओं ने क्वांटम उतार-चढ़ाव में हस्तक्षेप करने और इस हस्तक्षेप के प्रभाव को मापने के लिए एक बाहरी संकेत लागू करके इस अवधारणा को एक कदम आगे बढ़ाया। यानिक सलामिन, चार्ल्स रोक्स-कारमेस और सहकर्मियों ने एक लिथियम नाइओबेट क्रिस्टल को एक ऑप्टिकल गुहा में रखा और इसे लेजर से फोटॉन के साथ पंप किया। इससे क्रिस्टल में उत्तेजित अवस्थाएँ उत्पन्न हुईं जो पंप फोटॉन की बिल्कुल आधी ऊर्जा के दो फोटॉन उत्पन्न करने के लिए विघटित हो गईं।

सलामिन बताते हैं, "इन फोटॉनों का जो चरण होगा वह पूरी तरह से यादृच्छिक है क्योंकि वे वैक्यूम के उतार-चढ़ाव से शुरू होते हैं," लेकिन अब फोटॉन गुहा में प्रसारित होगा और, जब अगला फोटॉन आएगा, तो यह उसी फोटॉन को ऊर्जा दे सकता है। और इसे बढ़ाएँ. लेकिन प्रभाव की भौतिक प्रकृति के कारण, केवल दो संभावित चरणों को ही बढ़ाया जा सकता है।

द्विभाजन संक्रमण

फोटॉनों को शुरू में दोनों चरणों के साथ प्रवर्धित किया जाता है, लेकिन सिस्टम एक "द्विभाजन संक्रमण" से गुजरता है और नुकसान को दूर करने के लिए जैसे ही उस मोड में पर्याप्त ऊर्जा जमा हो जाती है, वह एक या दूसरे मोड को चुन लेता है। रोक्स-कारमेस बताते हैं, "एक बार जब आप स्थिर स्थिति में आ जाते हैं, तो परिणाम तय हो जाता है।" "यदि आप एक नया नमूना प्राप्त करना चाहते हैं, तो आपको पूरी प्रक्रिया को फिर से शुरू करना होगा, वैक्यूम वितरण पर वापस जाना होगा और फिर से द्विभाजन से गुजरना होगा," उन्होंने आगे कहा।

जब कोई बाहरी पूर्वाग्रह लागू नहीं किया गया था, तो गुहा के दो संभावित मोड में से किसी एक में समाप्त होने की समान संभावना थी, और बार-बार परीक्षणों के बाद परिणामों के विभिन्न संयोजनों की सापेक्ष आवृत्तियों ने एक आदर्श गाऊसी वितरण का गठन किया। शोधकर्ताओं ने तब एक स्पंदित विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र लागू किया, जिसे तब तक क्षीण किया गया जब तक कि यह वैक्यूम उतार-चढ़ाव के क्रम पर नहीं आ गया। उन्होंने पाया कि, हालांकि सिस्टम अभी भी किसी भी राज्य में व्यवस्थित हो सकता है, वे इस संभावना को पूर्वाग्रहित कर सकते हैं कि यह एक राज्य को दूसरे के ऊपर ले लेगा। जब उन्होंने एक मजबूत पूर्वाग्रह लागू किया, तो सिस्टम ने लगातार उसी स्थिति को चुना।

टीम अब संभाव्य कंप्यूटिंग सहित संभावित अनुप्रयोगों का अध्ययन कर रही है। "सामान्य विचार यह है कि कई पी-बिट्स [संभाव्य बिट्स] को एक साथ जोड़कर हम एक पी-कंप्यूटर बना सकते हैं," रोक्स-कार्मेस कहते हैं। "विज्ञान के ऐसे कई क्षेत्र हैं जहां आप अनिश्चितता को एन्कोड करने में सक्षम होना चाहते हैं... हम इस फोटोनिक पी-बिट को लेने और इसे एक फोटोनिक प्रसंस्करण इकाई में शामिल करने की योजना बना रहे हैं।" अनुसंधान एक सेंसर का उत्पादन करने के लिए छोटे विद्युत क्षेत्रों में सिस्टम की प्रतिक्रिया का उपयोग करने की संभावना की भी जांच कर रहा है।

में अनुसंधान वर्णित है विज्ञान और हेस पेपर में वर्णित परिणामों को लेकर उत्सुक हैं। हेस, जो इस नवीनतम कार्य में शामिल नहीं थे, कहते हैं, "यह काफी असाधारण है, क्योंकि यह लगभग वैसा ही है जैसे आप चीजों को बिना किसी पूर्वाग्रह के पूर्वाग्रहित करते हैं।" "जिस बात ने मुझे प्रभावित किया वह यह है कि उनके पास पांडुलिपि लिखने का एक बहुत अच्छा तरीका है - वे इसे लैम्ब और परसेल जैसे लेजर विज्ञान के कुछ महान गुरुओं के साथ बहुत मजबूती से जोड़ते हैं - वे हॉकिंग और उनरुह का हवाला देते हैं। 1950 और 1960 के दशक में यह वास्तव में स्पष्ट नहीं था कि इनमें से कितनी प्रक्रियाएँ घटित हुईं और उनके घटित होने के आधार पर उतार-चढ़ाव को कैसे बदला जा सकता है...ऐसे बहुत से अनुप्रयोग हैं जिनमें कोई इसका उपयोग कर सकता है, लेकिन मौलिक दृष्टिकोण से मैं' मैं बस इस तथ्य से प्रभावित हूं कि उन्होंने प्रयोगात्मक रूप से दिखाया है कि क्वांटम सांख्यिकी अभी भी क्वांटम सांख्यिकी है, भले ही यह किसी तरह से पक्षपातपूर्ण हो।

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