क्वांटम भौतिकी: क्वांटम यादों का रिकॉर्ड उलझाव

शोधकर्ताओं ने 33 किलोमीटर लंबे फाइबर ऑप्टिक कनेक्शन, एक रिकॉर्ड और क्वांटम इंटरनेट की दिशा में एक महत्वपूर्ण कदम पर दो क्वांटम यादों को उलझा दिया है।
एक नेटवर्क जिसमें डेटा ट्रांसमिशन हैकिंग के खिलाफ पूरी तरह से सुरक्षित है?
यदि भौतिकविदों के पास अपना रास्ता है, तो यह एक दिन क्वांटम यांत्रिक घटना की मदद से एक वास्तविकता बन जाएगा जिसे उलझाव के रूप में जाना जाता है।
उलझे हुए कणों के लिए, नियम है: यदि आप एक कण की स्थिति को मापते हैं, तो आप स्वचालित रूप से दूसरे की स्थिति को जान लेते हैं।
इससे कोई फर्क नहीं पड़ता कि उलझे हुए कण एक दूसरे से कितनी दूर हैं।
लंबी दूरी पर सूचना प्रसारित करने के लिए यह एक आदर्श स्थिति है जिससे छिपकर बात करना असंभव हो जाता है।
एलएमयू के भौतिक विज्ञानी प्रो. हेराल्ड वेनफर्टर और सारलैंड विश्वविद्यालय के प्रो. क्रिस्टोफ बेचर के नेतृत्व में एक टीम ने अब 33 किलोमीटर लंबे फाइबर ऑप्टिक कनेक्शन पर दो परमाणु क्वांटम यादों को जोड़ा है।
यह अब तक की सबसे लंबी दूरी है जिसे किसी ने दूरसंचार फाइबर के माध्यम से उलझाने में कामयाबी हासिल की है।
दो क्वांटम यादों द्वारा उत्सर्जित फोटॉनों के माध्यम से क्वांटम यांत्रिक उलझाव की मध्यस्थता की जाती है।
एक निर्णायक कदम शोधकर्ताओं द्वारा उत्सर्जित प्रकाश कणों की तरंग दैर्ध्य को पारंपरिक दूरसंचार के लिए उपयोग किए जाने वाले मूल्य पर स्थानांतरित करना था।
“ऐसा करने से, हम फोटॉन के नुकसान को कम करने और फाइबर ऑप्टिक केबल की लंबी दूरी पर भी उलझी हुई क्वांटम यादें बनाने में सक्षम थे,” वेनफर्टर कहते हैं।
सामान्यतया, क्वांटम नेटवर्क में व्यक्तिगत क्वांटम यादों के नोड्स होते हैं – जैसे कि परमाणु, आयन, या क्रिस्टल जाली में दोष।
ये नोड क्वांटम अवस्थाओं को प्राप्त करने, संग्रहीत करने और संचारित करने में सक्षम हैं।
नोड्स के बीच मध्यस्थता को हल्के कणों का उपयोग करके पूरा किया जा सकता है जो या तो हवा में या फाइबर ऑप्टिक कनेक्शन के माध्यम से लक्षित तरीके से आदान-प्रदान किए जाते हैं।
अपने प्रयोग के लिए, शोधकर्ता एलएमयू परिसर में दो प्रयोगशालाओं में दो वैकल्पिक रूप से फंसे रूबिडियम परमाणुओं से युक्त एक प्रणाली का उपयोग करते हैं।
दोनों स्थान 700 मीटर लंबे फाइबर ऑप्टिक केबल के माध्यम से जुड़े हुए हैं, जो विश्वविद्यालय के मुख्य भवन के सामने गेशविस्टर स्कॉल स्क्वायर के नीचे चलता है।
कॉइल पर अतिरिक्त फाइबर जोड़कर, 33 किलोमीटर तक की लंबाई के कनेक्शन प्राप्त किए जा सकते हैं।
एक लेज़र पल्स परमाणुओं को उत्तेजित करता है, जिसके बाद वे अनायास वापस अपनी जमीनी अवस्था में आ जाते हैं, जिससे प्रत्येक एक फोटॉन का उत्सर्जन करता है।
कोणीय संवेग के संरक्षण के कारण परमाणु का प्रचक्रण उसके उत्सर्जित फोटान के ध्रुवण में उलझा रहता है।
इन प्रकाश कणों का उपयोग दो परमाणुओं के क्वांटम यांत्रिक युग्मन बनाने के लिए किया जा सकता है।
ऐसा करने के लिए, वैज्ञानिकों ने उन्हें फाइबर ऑप्टिक केबल के माध्यम से एक रिसीवर स्टेशन पर भेजा, जहां फोटॉनों का एक संयुक्त माप क्वांटम यादों के उलझाव को इंगित करता है।
हालांकि, अधिकांश क्वांटम यादें दृश्यमान या निकट-अवरक्त सीमा में तरंग दैर्ध्य के साथ प्रकाश उत्सर्जित करती हैं।
“फाइबर ऑप्टिक्स में, ये फोटॉन खो जाने से कुछ ही किलोमीटर पहले इसे बनाते हैं, ” क्रिस्टोफ बीचर बताते हैं।
इस कारण से, सारब्रुकन के भौतिक विज्ञानी और उनकी टीम ने केबल में अपनी यात्रा के लिए फोटॉन की तरंग दैर्ध्य को अनुकूलित किया।
दो क्वांटम फ़्रीक्वेंसी कन्वर्टर्स का उपयोग करते हुए, उन्होंने मूल तरंग दैर्ध्य को 780 नैनोमीटर से बढ़ाकर 1,517 नैनोमीटर की तरंग दैर्ध्य कर दिया।
“यह लगभग 1,550 नैनोमीटर के तथाकथित दूरसंचार तरंग दैर्ध्य के करीब है,” बीचर कहते हैं।
टेलीकॉम बैंड फ़्रीक्वेंसी रेंज है जिसमें फाइबर ऑप्टिक्स में प्रकाश के संचरण में सबसे कम नुकसान होता है।
बीचर की टीम ने 57 प्रतिशत की अभूतपूर्व दक्षता के साथ रूपांतरण पूरा किया।
साथ ही, वे फोटॉन में संग्रहीत जानकारी की गुणवत्ता को उच्च डिग्री तक संरक्षित करने में कामयाब रहे, जो क्वांटम युग्मन की स्थिति है।
पेपर के मुख्य लेखक टिम वैन लेंट कहते हैं, “हमारे प्रयोग का महत्व यह है कि हम वास्तव में दो स्थिर कणों को उलझाते हैं – यानी परमाणु जो क्वांटम यादों के रूप में कार्य करते हैं।”
“फोटॉन को उलझाने की तुलना में यह बहुत अधिक कठिन है, लेकिन यह कई और अनुप्रयोग संभावनाओं को खोलता है।”
शोधकर्ताओं का मानना ​​है कि उनके द्वारा विकसित प्रणाली का उपयोग बड़े पैमाने पर क्वांटम नेटवर्क बनाने और सुरक्षित क्वांटम संचार प्रोटोकॉल के कार्यान्वयन के लिए किया जा सकता है।
हेराल्ड वेनफर्टर कहते हैं, “मौजूदा फाइबर ऑप्टिक बुनियादी ढांचे के आधार पर क्वांटम इंटरनेट के रास्ते पर प्रयोग एक महत्वपूर्ण कदम है।”