क्वांटम टेलीपोर्टेशन भौतिक वस्तुओं का नहीं, बल्कि ऊर्जाओं का टेलीपोर्टेशन है। लेकिन इस मामले में, राज्यों को इस तरह से प्रेषित किया जाता है कि शास्त्रीय प्रतिनिधित्व में ऐसा करना असंभव है। एक नियम के रूप में, किसी वस्तु के बारे में जानकारी प्रसारित करने के लिए बड़ी संख्या में व्यापक माप की आवश्यकता होती है। लेकिन वे क्वांटम राज्य को नष्ट कर देते हैं, और हमारे पास इसे पुनः प्राप्त करने का कोई तरीका नहीं है। क्वांटम टेलीपोर्टेशन का उपयोग किसी निश्चित राज्य को स्थानांतरित करने, इसके बारे में न्यूनतम जानकारी रखने, बिना "इसे देखे" किए बिना और बिना उल्लंघन किए किया जाता है।

qubits

क्यूबिट - यह वह राज्य है जो क्वांटम टेलीपोर्टेशन के दौरान प्रसारित होता है। एक क्वांटम बिट दो राज्यों के सुपरपोजिशन में है। शास्त्रीय राज्य उदाहरण के लिए, या तो राज्य में 0 या राज्य में है 1. क्वांटम राज्य सुपरपोजिशन में है, और, बहुत महत्वपूर्ण है, जब तक हम इसे मापते हैं, यह निर्धारित नहीं किया जाएगा। कल्पना कीजिए कि हमारे पास 30% - 0 और 70% की एक मात्रा थी - 1. यदि हम इसे मापते हैं, तो हम 0 और 1. दोनों प्राप्त कर सकते हैं। एक माप नहीं कहा जा सकता है। लेकिन अगर हम इस तरह के समान राज्यों के 100, 1000 तैयार करते हैं और उन्हें बार-बार मापते हैं, तो हम इस राज्य की काफी सटीक व्याख्या कर सकते हैं और समझ सकते हैं कि वास्तव में 30% - 0 और 70% - 1 थे।

यह एक क्लासिक तरीके से जानकारी प्राप्त करने का एक उदाहरण है। बड़ी मात्रा में डेटा प्राप्त करने के बाद, प्राप्तकर्ता इस स्थिति को फिर से बना सकता है। हालांकि, क्वांटम यांत्रिकी कई राज्यों को तैयार नहीं करने की अनुमति देता है। कल्पना कीजिए कि हमारे पास केवल एक है, अद्वितीय है, और कोई दूसरा नहीं है। फिर क्लासिक्स में, इसे स्थानांतरित करने से काम नहीं चलेगा। शारीरिक रूप से, सीधे, यह भी हमेशा संभव नहीं होता है। और क्वांटम यांत्रिकी में हम उलझाव प्रभाव का उपयोग कर सकते हैं।

हम क्वांटम nonlocality की घटना का भी उपयोग करते हैं, अर्थात्, एक ऐसी घटना जो दुनिया में असंभव है जिससे हम परिचित हैं ताकि यह राज्य गायब हो जाए और वहां दिखाई दे। इसके अलावा, सबसे दिलचस्प बात यह है कि एक ही क्वांटम वस्तुओं के संबंध में एक नॉनक्लोनिंग प्रमेय मौजूद है। यही है, एक दूसरे समान राज्य बनाना असंभव है। दूसरे के प्रकट होने के लिए एक को नष्ट करना चाहिए।

क्वांटम उलझाव

उलझने का प्रभाव क्या है? ये विशेष रूप से दो राज्यों, दो क्वांटम ऑब्जेक्ट - क्विबिट्स तैयार किए जाते हैं। सादगी के लिए, आप फोटॉन ले सकते हैं। यदि ये फोटॉन बड़ी दूरी पर फैले हैं, तो वे एक-दूसरे के साथ सहसंबंधित होंगे। इसका क्या मतलब है? कल्पना कीजिए कि हमारे पास एक फोटॉन ब्लू है, और दूसरा ग्रीन। अगर हमने उन्हें तोड़ा, देखा और मैं नीला हो गया, इसका मतलब है कि आप हरे रंग में बदल गए, और इसके विपरीत। या यदि आप जूतों का एक डिब्बा लेते हैं, जहाँ एक दायें और बायें जूता होता है, तो चुपचाप उन्हें बाहर निकालें और एक जूते को आप तक पहुँचाएँ, दूसरा मुझे थैले में ले जाएँ। तो मैंने बैग खोला, देखो: मेरे पास सही है। तो आपके पास बिल्कुल बायीं ओर है।

क्वांटम मामला इस मायने में अलग है कि माप से पहले मेरे पास आया राज्य नीला नहीं है और हरा नहीं है - यह नीले और हरे रंग के सुपरपोजिशन में है। जूते को विभाजित करने के बाद, परिणाम पहले से ही पूर्व निर्धारित है। बैग ले जाने के दौरान, वे अभी तक नहीं खोले गए हैं, लेकिन यह पहले से ही स्पष्ट है कि वहां क्या होगा। और जबकि क्वांटम वस्तुओं को मापा नहीं गया है, कुछ भी तय नहीं किया गया है।

यदि हम रंग नहीं लेते हैं, लेकिन ध्रुवीकरण, अर्थात् विद्युत क्षेत्र के दोलन की दिशा, हम दो विकल्पों में अंतर कर सकते हैं: ऊर्ध्वाधर और क्षैतिज ध्रुवीकरण और + 45 ° - -45 °। यदि आप समान अनुपात में क्षैतिज और ऊर्ध्वाधर डालते हैं, तो आपको + 45 ° मिलता है, यदि आप एक को दूसरे से घटाते हैं, तो -45 °। अब कल्पना कीजिए कि उसी तरह, एक फोटॉन मेरे पास आया, और दूसरा आप के लिए। मैंने देखा: यह लंबवत है। तो आप क्षैतिज है। अब कल्पना करें कि मैंने एक ऊर्ध्वाधर देखा, और आपने इसे विकर्ण आधार में देखा, अर्थात, आपने इसे देखा - + 45 ° या -45 °, आप समान संभावना के साथ देखेंगे कि क्या यह एक अलग परिणाम है। लेकिन अगर मैंने विकर्ण आधार में देखा और 45 ° देखा, तो मुझे पता है कि आपके पास -45 ° है।

आइंस्टीन का विरोधाभास - पोडॉल्स्की - रोसेन

क्वांटम उलझाव क्वांटम यांत्रिकी के मूलभूत गुणों और तथाकथित आइंस्टीन - पॉडोलस्की - रोसेन विरोधाभास के साथ जुड़ा हुआ है। आइंस्टीन ने क्वांटम यांत्रिकी के खिलाफ इतने लंबे समय तक विरोध किया था, क्योंकि उनका मानना था कि प्रकृति प्रकाश की गति से अधिक गति के साथ राज्य के बारे में जानकारी प्रसारित नहीं कर सकती है। हम फोटॉन को बहुत दूर तक फैला सकते हैं, उदाहरण के लिए, प्रकाश वर्ष में, और एक ही समय में खोलें। और हम अभी भी इस संबंध को देखेंगे।

लेकिन वास्तव में, यह सापेक्षता के सिद्धांत का उल्लंघन नहीं करता है, क्योंकि हम अभी भी इस प्रभाव का उपयोग करके जानकारी प्रसारित नहीं कर सकते हैं। या तो ऊर्ध्वाधर या क्षैतिज फोटॉन मापा जाता है। लेकिन यह पहले से ज्ञात नहीं है कि यह क्या होगा। इस तथ्य के बावजूद कि प्रकाश की गति की तुलना में तेजी से सूचना प्रसारित करना असंभव है, उलझाव आपको क्वांटम टेलीपोर्टेशन के एक प्रोटोकॉल को लागू करने की अनुमति देता है। इसमें क्या शामिल है? फोटॉनों का एक उलझा हुआ जोड़ा पैदा होता है। एक ट्रांसमीटर को जाता है, दूसरा रिसीवर को। ट्रांसमीटर सामूहिक रूप से लक्ष्य फोटॉन को मापता है जिसे उसे प्रसारित करना होगा। और संभावना के साथ will उसे परिणाम ठीक मिलेगा। वह इसे प्राप्त करने वाले को सूचित कर सकता है, और इस समय प्राप्तकर्ता को पता चलता है कि उसके पास ठीक वैसा ही राज्य है जैसा कि ट्रांसमीटर के पास था। और संभावना के साथ gets उसे एक अलग परिणाम मिलता है - न कि एक असफल माप,लेकिन सिर्फ एक अलग परिणाम। लेकिन किसी भी मामले में, यह उपयोगी जानकारी है जिसे प्राप्तकर्ता को प्रेषित किया जा सकता है। प्रेषित स्थिति प्राप्त करने के लिए चार में से तीन मामलों में प्राप्तकर्ता को अपनी श्रेणी में एक अतिरिक्त मोड़ देना चाहिए। यही है, जानकारी के 2 बिट्स प्रेषित होते हैं, और उनकी मदद से एक जटिल स्थिति को टेलीपोर्ट करना संभव है कि उन्हें एन्कोड नहीं किया जा सकता है।

क्वांटम क्रिप्टोग्राफी

क्वांटम टेलीपोर्टेशन के मुख्य अनुप्रयोगों में से एक तथाकथित क्वांटम क्रिप्टोग्राफी है। इस तकनीक के पीछे विचार यह है कि एक भी फोटॉन को क्लोन नहीं किया जा सकता है। इसलिए, हम इस एकल फोटॉन में जानकारी संचारित कर सकते हैं, और कोई भी इसे डुप्लिकेट नहीं कर सकता है। इसके अलावा, किसी के द्वारा इस जानकारी के बारे में कुछ पता लगाने के प्रयास में, फोटॉन की स्थिति बदल जाएगी या ढह जाएगी। तदनुसार, बाहरी लोगों द्वारा यह जानकारी प्राप्त करने के किसी भी प्रयास पर ध्यान दिया जाएगा। इसका उपयोग क्रिप्टोग्राफी में, जानकारी की सुरक्षा में किया जा सकता है। सच है, यह उपयोगी जानकारी नहीं है जो संचारित है, लेकिन एक कुंजी, जिसके बारे में पूरी तरह से विश्वसनीय तरीके से जानकारी प्रसारित करना संभव है।

इस तकनीक में एक बड़ी खामी है। तथ्य यह है कि, जैसा कि हमने पहले कहा था, फोटॉन की एक प्रति बनाना असंभव है। एक फाइबर में एक साधारण संकेत प्रवर्धित किया जा सकता है। क्वांटम मामले के लिए, संकेत को बढ़ाना असंभव है, क्योंकि प्रवर्धन कुछ इंटरसेप्टर के बराबर होगा। वास्तविक जीवन में, वास्तविक लाइनों में, संचरण लगभग 100 किलोमीटर की दूरी तक सीमित है। 2016 में, रूसी क्वांटम सेंटर ने गज़प्रॉमबैंक की तर्ज पर एक प्रदर्शन किया, जहाँ उन्होंने शहरी परिस्थितियों में 30 किलोमीटर फाइबर पर क्वांटम क्रिप्टोग्राफी दिखाई।

प्रयोगशाला में, हम 327 किलोमीटर की दूरी पर क्वांटम टेलीपोर्टेशन दिखाने में सक्षम हैं। लेकिन, दुर्भाग्य से, लंबी दूरी अव्यावहारिक हैं क्योंकि फोटोन फाइबर में खो जाते हैं और गति बहुत कम होती है। क्या करें? आप एक मध्यवर्ती सर्वर रख सकते हैं, जो जानकारी प्राप्त करेगा, डिक्रिप्ट करेगा, फिर दोबारा एन्क्रिप्ट करेगा और इसे आगे प्रसारित करेगा। इसलिए, उदाहरण के लिए, चीनी जब क्वांटम क्रिप्टोग्राफी के अपने नेटवर्क का निर्माण करते हैं। अमेरिकियों द्वारा उसी दृष्टिकोण का उपयोग किया जाता है।

इस मामले में क्वांटम टेलीपोर्टेशन एक नई विधि है जिससे आप क्वांटम क्रिप्टोग्राफी की समस्या को हल कर सकते हैं और दूरी को हजारों किलोमीटर तक बढ़ा सकते हैं। और इस मामले में, एक ही फोटॉन जो संचारित होता है, उसे कई बार टेलीपोर्ट किया जाता है। दुनिया भर में कई समूह इस कार्य पर काम कर रहे हैं।

क्वांटम मेमोरी

टेलीपोर्टेशन की एक श्रृंखला की कल्पना करें। प्रत्येक लिंक में उलझे जोड़े का एक जनरेटर है, जो उन्हें बनाना और वितरित करना चाहिए। यह हमेशा सफल नहीं होता है। कभी-कभी आपको प्रतीक्षा करने की आवश्यकता होती है जब तक कि जोड़े को वितरित करने का एक और प्रयास सफल न हो। और qubit में कुछ जगह होनी चाहिए जहाँ वह teleportation की प्रतीक्षा करेगा। यह क्वांटम मेमोरी है।

क्वांटम क्रिप्टोग्राफी में, यह एक तरह का मध्यवर्ती स्टेशन है। ऐसे स्टेशनों को क्वांटम रिपीटर कहा जाता है, और वे अब अनुसंधान और प्रयोग के लिए मुख्य दिशाओं में से एक हैं। यह एक लोकप्रिय विषय है, 2010 की शुरुआत में रिपीटर्स बहुत दूर की संभावना थे, लेकिन अब यह कार्य साकार होता दिख रहा है। बड़े पैमाने पर क्योंकि प्रौद्योगिकी लगातार विकसित हो रही है, जिसमें दूरसंचार मानकों के कारण भी शामिल है।

प्रयोगशाला प्रयोग

यदि आप क्वांटम संचार की प्रयोगशाला में आते हैं, तो आपको बहुत सारे इलेक्ट्रॉनिक्स और फाइबर ऑप्टिक्स दिखाई देंगे। सभी प्रकाशिकी मानक, दूरसंचार, छोटे मानक बक्से में लेजर - चिप्स हैं। यदि आप अलेक्जेंडर लवोवस्की की प्रयोगशाला में जाते हैं , जहां, विशेष रूप से, वे टेलीपोर्टेशन करते हैं, तो आपको एक ऑप्टिकल टेबल दिखाई देगी, जो वायवीय समर्थन पर स्थिर होती है। यही है, अगर यह टेबल, जिसका वजन एक टन है, एक उंगली से छुआ गया है, तो यह तैरना शुरू कर देगा, बोलबाला होगा। ऐसा इसलिए है क्योंकि क्वांटम प्रोटोकॉल को लागू करने वाली तकनीक बहुत संवेदनशील है। यदि आप कठोर पैरों पर डालते हैं और चारों ओर चलते हैं, तो यह सब तालिका के कंपन के कारण होगा। यही है, यह एक खुला प्रकाशिकी है, बल्कि बड़े महंगे लेजर हैं। सामान्य तौर पर, यह एक नहीं बल्कि भारी उपकरण है।

प्रारंभिक अवस्था एक लेजर द्वारा तैयार की जाती है। उलझे हुए राज्यों को तैयार करने के लिए, एक नॉनलाइनियर क्रिस्टल का उपयोग किया जाता है, जिसे एक स्पंदित या सीवी लेजर द्वारा पंप किया जाता है। गैर-रेखीय प्रभावों के कारण, फोटोन के जोड़े पैदा होते हैं। कल्पना कीजिए कि हमारे पास ऊर्जा के दो फोटॉन हैं - we (2,), यह ऊर्जा के दो फोटॉन में परिवर्तित होता है एक - ℏω + ℏω। ये फोटोन केवल एक साथ पैदा होते हैं, एक फोटॉन पहले अलग नहीं हो सकता है, फिर दूसरा। और वे जुड़े (भ्रमित) हैं और गैर-शास्त्रीय सहसंबंधों का प्रदर्शन करते हैं।

इतिहास और वर्तमान शोध

इसलिए, क्वांटम टेलीपोर्टेशन के मामले में, एक प्रभाव है जो हम दैनिक जीवन में नहीं देख सकते हैं। लेकिन एक बहुत सुंदर, शानदार छवि थी, जो इस घटना का वर्णन करने के लिए बहुत उपयुक्त थी, यही वजह है कि उन्होंने इसे क्वांटम टेलीपोर्टेशन कहा। जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, उस समय का कोई क्षण नहीं है जब यहां अभी भी qubit मौजूद है, और वहां यह पहले से ही दिखाई दिया। अर्थात्, यहाँ पहले नष्ट हो गया, और उसके बाद ही वहाँ प्रकट हुआ। यह वही टेलीपोर्टेशन है।

क्वांटम टेलीपोर्टेशन को सैद्धांतिक रूप से 1993 में चार्ल्स बेनेट के नेतृत्व में अमेरिकी वैज्ञानिकों के एक समूह द्वारा प्रस्तावित किया गया था - तब यह शब्द दिखाई दिया। पहला प्रयोगात्मक कार्यान्वयन 1997 में इंसब्रुक और रोम के भौतिकविदों के दो समूहों द्वारा किया गया था। धीरे-धीरे, वैज्ञानिक बढ़ती दूरी पर राज्य को स्थानांतरित करने में सक्षम थे - एक मीटर से सैकड़ों किलोमीटर या उससे अधिक।

अब लोग प्रयोग करने की कोशिश कर रहे हैं, जो, शायद, भविष्य में क्वांटम रिपीटर्स का आधार बन जाएगा। यह उम्मीद की जाती है कि 5-10 वर्षों के बाद हम वास्तविक क्वांटम रिपीटर्स देखेंगे। विभिन्न प्रकृति की वस्तुओं के बीच राज्य हस्तांतरण की दिशा भी विकसित हो रही है, जिसमें मई 2016 में क्वांटम केंद्र में अलेक्जेंडर लावोव्स्की की प्रयोगशाला में एक हाइब्रिड क्वांटम टेलीपोर्टेशन किया गया था। सिद्धांत भी स्थिर नहीं है। उसी क्वांटम सेंटर में, अलेक्सी फेडोरोव के नेतृत्व में, एक टेलीपोर्टेशन प्रोटोकॉल एक तरह से विकसित नहीं किया जा रहा है, बल्कि द्विदिश, ताकि एक जोड़ी की मदद से एक साथ एक-दूसरे की ओर टेलिपोर्ट राज्यों में।

क्वांटम क्रिप्टोग्राफी पर हमारे काम के हिस्से के रूप में, वितरण और कुंजी का एक क्वांटम डिवाइस बनाया गया है, अर्थात, हम एक कुंजी उत्पन्न करते हैं जिसे इंटरसेप्ट नहीं किया जा सकता है। और फिर उपयोगकर्ता पहले से ही इस कुंजी के साथ सूचना को एन्क्रिप्ट कर सकता है, तथाकथित वन-टाइम नोटपैड का उपयोग कर। अगले दशक में क्वांटम तकनीक के नए लाभों का खुलासा होना चाहिए। क्वांटम सेंसर का विकास हो रहा है। उनका सार यह है कि क्वांटम प्रभावों के कारण हम माप सकते हैं, उदाहरण के लिए, चुंबकीय क्षेत्र, तापमान अधिक सटीक रूप से। यही है, हीरे में तथाकथित एनवी केंद्र लिया जाता है - ये छोटे हीरे हैं, उनके पास नाइट्रोजन दोष हैं जो क्वांटिटी ऑब्जेक्ट का व्यवहार करते हैं। वे एक जमे हुए परमाणु के समान हैं। इस दोष को देखते हुए, कोई एक सेल के अंदर, तापमान में बदलाव का निरीक्षण कर सकता है। यही है, हाथ के नीचे न केवल तापमान को मापने के लिए,और सेल के अंदर ऑर्गेनेल का तापमान।

रूसी क्वांटम केंद्र में एक स्पिन डायोड परियोजना भी है। विचार यह है कि हम एंटीना ले सकते हैं और पृष्ठभूमि रेडियो तरंगों से बहुत कुशलता से ऊर्जा एकत्र करना शुरू कर सकते हैं। यह याद करने के लिए पर्याप्त है कि वर्तमान में शहरों में कितने वाई-फाई स्रोत हैं यह समझने के लिए कि चारों ओर बहुत अधिक रेडियो तरंग ऊर्जा है। इसका उपयोग पहनने योग्य सेंसर (उदाहरण के लिए, रक्त शर्करा सेंसर के लिए) के लिए किया जा सकता है। उन्हें निरंतर ऊर्जा आपूर्ति की आवश्यकता होती है: या तो एक बैटरी, या एक प्रणाली जो ऊर्जा एकत्र करती है, जिसमें मोबाइल फोन भी शामिल है। यही है, एक तरफ, इन समस्याओं को एक निश्चित गुणवत्ता के साथ मौजूदा तात्विक आधार के साथ हल किया जा सकता है, और दूसरी तरफ, आप क्वांटम प्रौद्योगिकियों को लागू कर सकते हैं और इस समस्या को और भी बेहतर, और भी लघु हल कर सकते हैं।

क्वांटम यांत्रिकी ने मानव जीवन को बहुत बदल दिया। अर्धचालक, एक परमाणु बम, परमाणु ऊर्जा - ये सभी वस्तुएं हैं जो इसके लिए धन्यवाद का काम करती हैं। पूरी दुनिया अब एकल कणों के क्वांटम गुणों को नियंत्रित करने के लिए शुरू करने के लिए संघर्ष कर रही है, जिसमें उलझने वाले भी शामिल हैं। उदाहरण के लिए, टेलीपोर्टेशन में तीन कण शामिल होते हैं: एक जोड़ी और लक्ष्य। लेकिन उनमें से प्रत्येक को अलग से प्रबंधित किया जाता है। प्राथमिक कणों के व्यक्तिगत नियंत्रण ने क्वांटम कंप्यूटर सहित प्रौद्योगिकी के लिए नए क्षितिज खोले हैं।

यूरी कुरोच्किन , भौतिक और गणितीय विज्ञान के उम्मीदवार, रूसी क्वांटम केंद्र के क्वांटम संचार की प्रयोगशाला के प्रमुख।

क्वांटम टेलीपोर्टेशन