पुनर्जीवित फोटॉन उलझाव क्वांटम संचार और इमेजिंग को बढ़ा सकता है

पुनर्जीवित फोटॉन उलझाव क्वांटम संचार और इमेजिंग को बढ़ा सकता है   

टाइम स्टैम्प: 8 जनवरी, 2023 सुबह 10:24 बजे

उलझाव पुनरुद्धार का चित्रण
नुकसान और पुनरुद्धार: आनंद झा और उनके सहयोगियों द्वारा मापी गई कोणीय-स्थिति उलझाव का कलात्मक चित्रण। (सौजन्य: आनंद झा)

भारत में शोधकर्ताओं ने दिखाया है कि एक निश्चित निरंतर-परिवर्तनीय आधार पर फोटॉन उलझाव खुद को पुनर्जीवित करता है क्योंकि फोटॉन अपने स्रोत से दूर फैलते हैं। लंबी दूरी पर सुरक्षित रूप से क्वांटम सूचना प्रसारित करने और अशांत मीडिया में क्वांटम इमेजिंग के लिए खोज उपयोगी साबित हो सकती है।

कंप्यूटिंग, संचार, संवेदन और इमेजिंग के लिए नई क्वांटम तकनीकों को विकसित करने के उद्देश्य से अक्सर भौतिकविदों द्वारा फोटोन के बीच क्वांटम उलझाव का बड़े पैमाने पर पता लगाया जा रहा है। कुछ संभावित अनुप्रयोगों के लिए लंबी दूरी पर या अशांत वातावरण के माध्यम से बिना नुकसान के उलझे हुए फोटॉन भेजने की आवश्यकता होती है। हालांकि, इन परिस्थितियों में कुछ प्रकार के उलझाव को संरक्षित करना वर्तमान में बहुत मुश्किल है - और सफलता कई कारकों पर निर्भर कर सकती है, जिसमें यह भी शामिल है कि क्वांटम जानकारी फोटॉन में कैसे एन्कोड की जाती है।

अभी आनंद झा और सहयोगियों पर क्वांटम प्रकाशिकी और उलझाव प्रयोगशाला भारतीय प्रौद्योगिकी संस्थान कानपुर में सूचना को सांकेतिक करने के लिए फोटॉन की कोणीय स्थिति का उपयोग करके एक संभावित समाधान प्रदान किया है। उन्होंने देखा कि फोटॉन फैलते ही उलझाव गायब हो जाता है, लेकिन फिर अजीब तरह से प्रकट होता है। उन्होंने यह भी दिखाया कि उलझाव का पुनरुद्धार फोटॉन के अशांत हवा के माध्यम से यात्रा करने के बाद भी होता है, जो आम तौर पर उलझाव को नष्ट कर देगा। वे में अपने शोध का वर्णन करते हैं विज्ञान अग्रिम.

फोटॉन उलझाव

फोटॉनों में स्वतंत्रता की कई अलग-अलग डिग्री होती हैं जिनका उपयोग क्वांटम सूचना को एन्कोड करने के लिए किया जा सकता है। पसंद उस तरह की जानकारी पर निर्भर करता है जिसे एन्कोड किया जाना है। क्युबिट्स के लिए, असतत गुणों जैसे कि ध्रुवीकरण या एक फोटॉन की कक्षीय कोणीय गति का उपयोग किया जा सकता है। लेकिन कभी-कभी, विशेष रूप से संवेदन और इमेजिंग उद्देश्यों के लिए, क्वांटम जानकारी को अधिक निरंतर तरीके से एन्कोड करना बेहतर होता है। इस तरह के अनुप्रयोगों में, सबसे अधिक खोजी गई उलझी हुई संपत्ति - या "आधार" - इसके कार्टेशियन निर्देशांक द्वारा दिए गए फोटॉन की स्थिति है।

क्वांटम उलझाव की घटना शास्त्रीय भौतिकी द्वारा अनुमत की तुलना में कणों को एक निकट संबंध प्रदान करती है और यह स्वतंत्र है कि क्वांटम जानकारी को एन्कोड करने के लिए किस विशेष आधार का उपयोग किया जाता है। हालाँकि, जिस तरह से उलझाव का प्रयोग किया जाता है या प्रयोग में मापा जाता है वह आधार-स्वतंत्र नहीं हो सकता है। यह उलझाव "गवाह" पर लागू होता है, जो एक गणितीय मात्रा है जो यह निर्धारित करती है कि कोई सिस्टम उलझा हुआ है या नहीं। साक्षी निरंतर आधारों के लिए आधार-निर्भर हैं और इस निर्भरता का अर्थ है कि कुछ प्रकार के निरंतर उलझाव दूसरों की तुलना में अधिक उपयोगी हो सकते हैं।

स्थिति-गति के आधार पर, जैसा कि गवाह के माध्यम से देखा गया है, उलझाव बहुत जल्दी समाप्त हो जाता है क्योंकि फोटॉन अपने स्रोत से दूर फैलते हैं। इसके आसपास जाने के लिए, वैज्ञानिक आमतौर पर फोटॉनों के बीच उलझाव का उपयोग करने के लिए स्रोत की ही छवि बनाते हैं। रास्ते में कोई भी अशांति भी तेजी से उलझाव को नष्ट कर देती है, इसे पुनर्जीवित करने के लिए अनुकूली प्रकाशिकी जैसे जटिल समाधानों की आवश्यकता होती है। ये अतिरिक्त सुधारात्मक कदम इन उलझे हुए फोटॉनों की उपयोगिता को सीमित करते हैं।

झा और उनके सहयोगियों द्वारा किया गया यह नवीनतम शोध इस बात की पड़ताल करता है कि एक करीबी से संबंधित वैकल्पिक आधार - एक फोटॉन की कोणीय स्थिति का उपयोग करके कैसे उलझाव को संरक्षित किया जा सकता है।

उलझाव पैदा करना, खोना और पुनर्जीवित करना

अपने प्रयोग में, शोधकर्ताओं ने एक उच्च-शक्ति "पंप" लेजर से एक गैर-रैखिक क्रिस्टल में प्रकाश भेजकर उलझे हुए फोटॉन उत्पन्न किए। उन स्थितियों के तहत जहां फोटॉनों की ऊर्जा और गति को संरक्षित किया जाता है, एक पंप फोटॉन सहज पैरामीट्रिक डाउन कन्वर्जन (एसपीडीसी) नामक प्रक्रिया में दो उलझे हुए फोटॉन का उत्पादन करेगा। दो फोटॉन अपने सभी गुणों में उलझे हुए हैं। यदि एक स्थान पर एक फोटॉन का पता लगाया जाता है, उदाहरण के लिए, दूसरे उलझे हुए फोटॉन की स्थिति स्वचालित रूप से निर्धारित की जाती है। सहसंबंध अन्य मात्राओं के लिए भी मौजूद है, जैसे गति, कोणीय स्थिति और कक्षीय कोणीय गति।

जैसा कि बिना किसी सुधारात्मक उपायों के गवाह के माध्यम से देखा गया, शोधकर्ताओं ने देखा कि लगभग 4 सेमी प्रसार के बाद फोटॉन के बीच स्थिति उलझाव गायब हो जाता है। दूसरी ओर, कोणीय-स्थिति उलझाव के लिए कुछ दिलचस्प होता है। यह लगभग 5 सेमी प्रसार के बाद गायब हो जाता है, लेकिन फोटॉन के 20 सेमी की यात्रा करने के बाद, उलझाव फिर से प्रकट होता है (चित्र देखें)। शोधकर्ताओं ने संख्यात्मक मॉडल के साथ गुणात्मक रूप से अपने प्रयोगात्मक परिणामों की पुष्टि की।

यही प्रवृत्ति तब देखी गई जब टीम ने उलझे फोटॉनों के मार्ग में एक अशांत वातावरण बनाया। यह हवा को हिलाने और इसके अपवर्तनांक को बदलने के लिए ब्लो हीटर का उपयोग करके किया गया था। इस मामले में प्रकाश के लगभग 45 सेमी की लंबी दूरी तक फैलने के बाद उलझाव फिर से शुरू हो गया था।

यह अभी तक पूरी तरह से ज्ञात नहीं है कि कोणीय-स्थिति के आधार पर फिर से प्रकट होने के कारण क्या होता है। आधार विशेष है क्योंकि यह एक पूर्ण चक्र के बाद चारों ओर लपेटता है। झा के अनुसार, यह इसके विशिष्ट कारकों में से एक है।

भले ही अध्ययन एक मीटर से कम की दूरी पर मजबूती का प्रदर्शन करता है, झा और उनके सहयोगियों का दावा है कि पुनरुत्थान किलोमीटर की दूरी पर भी संभव है। यह उलझाव को नष्ट किए बिना वायुमंडलीय अशांति के माध्यम से क्वांटम सूचना प्रसारित करना संभव बना सकता है। अशांति के माध्यम से मजबूती न्यूनतम आक्रमण या विनाश के साथ अस्पष्ट जैव रासायनिक वातावरण में वस्तुओं की क्वांटम इमेजिंग की अनुमति दे सकती है।

समय टिकट:

से अधिक भौतिकी की दुनिया