غیر امتیازی فوٹان کتنے الگ الگ ہیں؟ نیا آپٹیکل انٹرفیرومیٹر اس پر ایک نمبر رکھتا ہے۔

غیر امتیازی فوٹونز کے نمونے میں، وہ کتنے الگ الگ ہیں؟ سائنسدانوں کی ایک بین الاقوامی ٹیم نے اب اس سوال کا جواب ملٹی فوٹون کی غیر امتیازی حیثیت کی پہلی درست پیمائش کرکے دیا ہے۔ باہم مربوط ویو گائیڈز پر مبنی آپٹیکل انٹرفیرومیٹر کی ایک اختراعی قسم کا استعمال کرتے ہوئے، ٹیم نے ظاہر کیا کہ کوانٹم آپٹکس تجربات میں سنگل فوٹون ذرائع کی کارکردگی اور ملٹی فوٹون ریاستوں کی نسل دونوں کو جانچنا ممکن ہے - ایک کامیابی ٹیم کا رکن آندریا کرسی "کوانٹم آپٹکس تجربہ کار کے ٹول باکس میں ایک اضافی عنصر" شامل کرنے کے طور پر بیان کرتا ہے۔

کلاسیکی طبیعیات کے زیر انتظام روزمرہ کی دنیا میں، ہم ہمیشہ یہ بتانے کے طریقے تلاش کر سکتے ہیں کہ کون سی میکروسکوپک آبجیکٹ ہے، چاہے بہت سی اشیاء سطحی طور پر ایک جیسی نظر آتی ہوں۔ کوانٹم کی دنیا میں، تاہم، ذرات گہرے معنوں میں ایک جیسے ہو سکتے ہیں، کریسپی کی وضاحت کرتا ہے، جو ایک طبیعیات دان ہے میلان کی پولی ٹیکنک یونیورسٹی، اٹلی. اس سے ایک ذرہ کو دوسرے سے الگ کرنا واقعی ناممکن ہو جاتا ہے اور یہ لہر کی طرح کے رویے جیسے مداخلت کا باعث بنتا ہے۔

یہ غیر معمولی طرز عمل آپٹیکل کوانٹم ٹیکنالوجیز میں ایک جیسے فوٹونز کو کلیدی وسیلہ بناتے ہیں۔ کوانٹم کمپیوٹنگ میں، مثال کے طور پر، وہ qubits، یا کوانٹم بٹس کی بنیاد بناتے ہیں، جو حساب کرنے کے لیے استعمال ہوتے ہیں۔ کوانٹم کمیونیکیشن میں، وہ بڑے پیمانے پر کوانٹم نیٹ ورکس پر معلومات بھیجنے کے لیے استعمال ہوتے ہیں۔

حقیقی امتیاز ثابت کرنا

یہ جانچنے کے لیے کہ آیا دو فوٹان الگ نہیں کیے جا سکتے، محققین انہیں عام طور پر ایک انٹرفیرومیٹر کے ذریعے بھیجتے ہیں جس میں دو چینلز، یا ویو گائیڈز اتنے قریب ہوتے ہیں کہ ہر ایک فوٹون ان میں سے کسی ایک سے گزر سکتا ہے۔ اگر دو فوٹون بالکل الگ نہیں ہیں، تو وہ ہمیشہ ایک ہی ویو گائیڈ میں ایک ساتھ ختم ہوتے ہیں۔ تاہم، اس تکنیک کو فوٹون کے بڑے سیٹوں کے لیے استعمال نہیں کیا جا سکتا، کیونکہ یہاں تک کہ اگر اسے تمام ممکنہ دو فوٹوون کے امتزاج کے لیے دہرایا جائے، تب بھی یہ ملٹی فوٹوون سیٹ کو مکمل طور پر نمایاں کرنے کے لیے کافی نہیں ہوگا۔ یہی وجہ ہے کہ "حقیقی تفریق" - ایک پیرامیٹر جو اس بات کا اندازہ لگاتا ہے کہ فوٹون کا سیٹ اس مثالی، ایک جیسی حالت سے کتنا قریب ہے - ایک سے زیادہ فوٹونز کی پیمائش کرنا بہت مشکل ہے۔

نئے کام میں، میلان سے محققین اور روم یونیورسٹی "لا سیپینزا" اٹلی میں؛ اطالوی ریسرچ کونسل؛ پالیسو، فرانس میں نینو سائنسز اور نینو ٹیکنالوجی کا مرکز; اور فوٹوونک کوانٹم کمپیوٹنگ فرم کوانڈیلا چار فوٹان کے لیے ایک "غیر امتیازی ٹیسٹ" بنایا۔ ان کا نظام شیشے کے سلیب پر مشتمل تھا جس میں انہوں نے لیزر رائٹنگ تکنیک کا استعمال کرتے ہوئے آٹھ ویو گائیڈز کو امپرنٹ کیا تھا۔ سیمی کنڈکٹر کوانٹم ڈاٹ سورس کا استعمال کرتے ہوئے، انہوں نے بار بار فوٹون کو ویو گائیڈز میں بھیجا، پھر ریکارڈ کیا کہ کون سے فوٹوون کے ساتھ قبضہ کیا گیا ہے۔

اس کے بعد، انہوں نے ایک مائیکرو ہیٹر کا استعمال کرتے ہوئے ایک ویو گائیڈ کو گرم کرنے کے لیے استعمال کیا جس میں ایک فوٹون تھا۔ درجہ حرارت میں اضافے نے ویو گائیڈ کے ریفریکٹیو انڈیکس کو تبدیل کر دیا، جس سے فوٹوون کے آپٹیکل مرحلے میں تبدیلی آئی اور مداخلت کے اثرات کی بدولت یہ سات ویو گائیڈز میں سے کسی ایک کی طرف بڑھنے کا باعث بنی۔

تجربے سے ظاہر ہوا کہ ویو گائیڈز کے درمیان دوغلوں کا طول و عرض حقیقی غیر امتیازی پیرامیٹر کا تعین کرنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے، جو کہ 0 اور 1 کے درمیان ایک عدد ہے (1 بالکل مماثل فوٹونز کے ساتھ)۔ اپنے تجربے میں، انہوں نے 0.8 کی امتیازی حیثیت کا حساب لگایا۔

"کی صورت میں n فوٹون، حقیقی غیر امتیازی صلاحیت کا تصور انتہائی مستند انداز میں مقدار کا تعین کرتا ہے کہ ان ذرات میں فرق کرنا کتنا ناممکن ہے اور اس کا تعلق اس بات سے ہے کہ اجتماعی کوانٹم مداخلت کے اثرات کتنے واضح ہوتے ہیں،‘‘ کریسپی بتاتے ہیں۔ "اس مقدار کی پیمائش کرنے کی ہماری تکنیک ایک نئی قسم کے انٹرفیرومیٹر پر مبنی ہے جو اس کے آؤٹ پٹ پر، غیر معمولی مداخلت کے اثرات دینے کے لیے ڈیزائن کیا گیا ہے جو کہ مکمل سیٹ کی اجتماعی حقیقی امتیاز کو 'آسان' کر دیتا ہے۔ n جزوی ذیلی سیٹوں کی امتیازی حیثیت کے حوالے سے فوٹون۔

کوانٹم آپٹکس کے اوزار

اگرچہ یہ تکنیک چار سے زیادہ فوٹانوں کے ساتھ کام کر سکتی ہے، لیکن تفریق کے لیے مختلف حالتوں کو دیکھنے کے لیے درکار پیمائشوں کی تعداد فوٹان کی تعداد کے ساتھ تیزی سے بڑھ جاتی ہے۔ اس لیے یہ 100 فوٹان یا اس سے زیادہ کے لیے عملی نہیں ہوگا، جو مستقبل کے آپٹیکل کمپیوٹر کے لیے درکار ممکنہ نمبر ہے۔ اس نے کہا، کریسپی کا کہنا ہے کہ یہ کوانٹم آپٹکس تجربات میں استعمال کیا جا سکتا ہے جس میں سائنسدانوں کو یہ جاننے کی ضرورت ہے کہ آیا فوٹون الگ الگ ہیں یا نہیں۔

"حقیقی امتیاز ایک اہم پیرامیٹر ہے جو ملٹی فوٹون ماخذ کے معیار کے بارے میں معلومات فراہم کرتا ہے اور یہ طے کرتا ہے کہ یہ کیسے n فوٹون کو پیچیدہ معلوماتی ریاستوں کا استعمال کیا جا سکتا ہے،" وہ بتاتا ہے۔ طبیعیات کی دنیا. "قابل اعتماد ٹیکنالوجیز تیار کرنے کے لیے جو کوانٹم معلومات کے عمل اور منتقلی کے لیے مقداری فوائد کا مظاہرہ کرتی ہیں، نہ صرف اچھے ذرائع کو تیار کرنا بلکہ ان وسائل کے معیار کو نمایاں کرنے اور اس کی مقدار درست کرنے کے طریقے تیار کرنا بھی ضروری ہے۔"

ٹیم کے رکن سارہ تھامس، جو اب کوانٹم آپٹکس میں پوسٹ ڈاک ہے۔ امپیریل کالج لندن ، یوکےکا کہنا ہے کہ اس طریقہ کا استعمال یہ معلوم کرنے کے لیے کیا جا سکتا ہے کہ بوسن کے نمونے لینے جیسے تجربات کے لیے وسائل کی کتنی اچھی حالتیں ہیں۔ "اس طرح کا ایک خصوصیت کا آلہ ملٹی فوٹون ریاستوں کی تعمیر میں موجودہ حدود کو سمجھنے اور کوانٹم مداخلت پر اس کے اثرات کو سمجھنے میں کارآمد ثابت ہوگا، اور اس وجہ سے ممکنہ طور پر ان وسائل کی حالتوں کو بہتر بنانے کے راستے تلاش کرنا،" وہ کہتی ہیں۔

محققین کے مطابق، ان کا جدید آلہ انہیں براہ راست غیر معمولی مداخلت کے اثرات کا مشاہدہ کرنے کی اجازت دیتا ہے جو فوٹوونکس سے بھی آگے، کثیر ذرہ کوانٹم مداخلت پر بنیادی تحقیق کے لیے نئے راستے کھول سکتے ہیں۔ تھامس نے انکشاف کیا کہ "ہم کوانٹم میٹرولوجی میں ان اثرات کے مضمرات کو تلاش کر سکتے ہیں - یعنی کوانٹم فعال اثرات کے ذریعے جسمانی مقداروں کے بہتر اندازے کے لیے"۔

موجودہ کام کی تفصیل میں ہے۔ جسمانی جائزہ X.