श्रोडिंगर-शैली क्वांटम स्विच

हमारे आसपास की दुनिया अपनी स्थापना के समय से ही प्राकृतिक विज्ञान के नियमों के अनुसार काम कर रही है। हम किसी भी, व्यावहारिक रूप से, घटना, बहुत कानूनों पर भरोसा करते हुए समझा सकते हैं। और अब हम पहले से ही जानते हैं कि बिजली ज़ीउस का क्रोध नहीं है, सूनामी नेप्च्यून का साँप नहीं है, पृथ्वी सपाट नहीं है, और पूरी दुनिया में विशाल कछुए मौजूद नहीं हैं। सच है, हमारी जाति के कुछ विशेष रूप से जिद्दी प्रतिनिधि अभी भी नवीनतम बयानों में विश्वास करते हैं। लेकिन आज हम विज्ञान के बारे में बात करेंगे, जो क्वांटम यांत्रिकी के बारे में सब कुछ उल्टा करना पसंद करता है।

अधिक सटीक रूप से, एक अध्ययन के बारे में जो प्रयोगात्मक रूप से इस तथ्य को प्रदर्शित करता है कि हमारे पास हमेशा एक चीज का एक राज्य नहीं होता है। क्वांटम यांत्रिकी से ज्ञान को लागू करते हुए, वैज्ञानिक क्वांटम स्विच में एक अनिश्चित कारण आदेश प्राप्त करने में सक्षम थे। यह क्या है और यह कैसे काम करता है यह हम उनकी रिपोर्ट से सीखते हैं। चलो चलते हैं।

अध्ययन का आधार

एक बहुत ही परिचित और समझने योग्य घटना है। हम जानते हैं कि एक निश्चित कार्रवाई एक निश्चित परिणाम की ओर ले जाती है, एक नियम के रूप में। बेशक, कभी-कभी घटनाओं के विकास के विभिन्न तरीके हो सकते हैं, लेकिन हमेशा एक को चुना जाता है। इसलिए, उदाहरण के लिए, हम एक गमले में एक बीज लगा सकते हैं, और फूल बढ़ेगा या नहीं बढ़ेगा। वह दोनों नहीं कर सकता। यह अद्भुत सैद्धांतिक प्रयोग "श्रोडिंगर बिल्ली" को याद करने लायक है।


अनिश्चित कारण क्रम का अध्ययन करने के लिए, एक रूपरेखा का उपयोग किया जाता है जो यह निर्धारित करता है कि क्या कोई प्रायोगिक स्थिति (बाद में प्रक्रिया के रूप में संदर्भित) एक निश्चित कारण प्रक्रिया को संदर्भित करती है या नहीं। अनिश्चित अनिश्चित कारण क्रम से एक प्रक्रिया का एक उदाहरण एक क्वांटम स्विच है जिसमें ब्लैक बॉक्स * ऑपरेशन लक्ष्य प्रणाली पर किए जाते हैं, जबकि स्विच खुद को एक नियंत्रित क्वांटम सिस्टम द्वारा सुसंगत रूप से नियंत्रित किया जाता है।

ब्लैक बॉक्स * - इस मामले में यह उन ऑपरेशनों का एक पदनाम है जो अभी तक ज्ञात नहीं हैं।

वैज्ञानिकों के अनुसार, क्वांटम स्विच का मुख्य लाभ यह तथ्य है कि इसे पारंपरिक क्वांटम सर्किट का उपयोग करके लागू नहीं किया जा सकता है, जो समान संख्या में ब्लैक बॉक्स ऑपरेशन का उपयोग करता है।

और अब वैज्ञानिकों के मन में तुरंत जो सवाल उठ रहा है, वह यह है कि क्या प्रयोगशाला स्थितियों में इस क्वांटम स्विच का एहसास संभव है? तथ्य यह है कि इस समय, ऐसी तकनीक के कार्यान्वयन से क्वांटम स्विच का लाभ नहीं लिया जाता है, क्योंकि अतिरिक्त "ब्लैक बॉक्स" का उपयोग किया जाता है। इस तरह के कार्यान्वयन में, ऑर्डर को नियंत्रित किया जाता है कि फोटॉनों को किस मार्ग से चुना जाता है, जबकि प्रत्येक "ब्लैक बॉक्स" (इस मामले में, वेव प्लेट) उनके ध्रुवीकरण के आधार पर कार्य करता है। यही है, फोटॉन आदेश के आधार पर, अंतरिक्ष में दो अलग-अलग बिंदुओं पर तरंग प्लेटों से गुजरते हैं। इसके अलावा, एक और माइनस है (अधिक सटीक, सीमा) - इस तरह के कार्यान्वयन में फोटॉन जुटना लंबाई दो लहर प्लेटों के बीच की दूरी से बहुत कम है। इसका मतलब है कि ऑपरेशन समय में भी भिन्न हो सकते हैं, क्योंकि उनमें से कुछ को तरंग प्लेटों को नियंत्रित करके तेजी से निष्पादित किया जा सकता है।

वैज्ञानिकों को अच्छी तरह से पता है कि उपरोक्त कार्यान्वयन कई सीमाओं से भरा हुआ है। यही कारण है कि उन्होंने एक क्वांटम स्विच पर ध्यान केंद्रित किया जो इन सीमाओं को पार कर सकता है।


छवि # 1: क्वांटम स्विच।

छवि switch1 एक क्वांटम स्विच की संचालन योजनाओं को दर्शाता है, जहां एक निश्चित क्रम के लिए नियंत्रित क्विबिट जिम्मेदार है जिसमें दो क्वांटम ऑपरेशन ए और बी निष्पादित किए जाते हैं, जिसका लक्ष्य लक्ष्य qubit है । ψ⟩t

1 ए - जब नियंत्रित क्वेट राज्य में है । 0 , _एस , तो परिणामस्वरूप हमारे पास एबी के फॉर्म का एक ऑपरेशन है;
1 बी - जब नियंत्रण की स्थिति राज्य में है । 1 , _एस , परिणाम ऑपरेशन आईए है;
1 - यदि नियंत्रित करने की मात्रा क्वांटम सुपरपोज़िशन 1 / if2 (! 0⟩ + | 1 the) _{s की स्थिति में है} , तो संचालन का क्रम भी क्वांटम सुपरपोज़िशन में चला जाता है। परिणामस्वरूप, आउटपुट पर नियंत्रण और लक्ष्य प्रणाली की सामान्य स्थिति निम्नानुसार है:



1d - लक्ष्य qubit | ψ⟩t ध्रुवीकरण की स्वतंत्रता की डिग्री में एन्कोडेड है, जबकि | 0⟩ और | 1on वेव प्लेट्स के माध्यम से अलग फोटॉन पथ हैं। ये पथ संचालन ए और बी को लागू करते हैं चूंकि फोटॉनों दो अलग-अलग बिंदुओं पर तरंग प्लेटों से गुजरते हैं, हमें 4 अलग-अलग ऑपरेशन मिलते हैं: ए 1, ए 2 और बी 1, बी 2।

यह ध्यान देने योग्य है कि क्वांटम स्विच के कार्यान्वयन में, वैज्ञानिकों ने "ब्लैक बॉक्स" प्रकार के केवल 2 ऑपरेशन का उपयोग किया, जिनमें से प्रत्येक का उपयोग केवल एक बार किया गया था। प्रायोगिक प्रणाली में, कंट्रोलिंग क्वबिट को ध्रुवीकरण में एन्कोड किया जाता है, और टारगेट के ट्रांसवर्स स्पैटियल मोड में टारगेट क्वबिट को इनकोड किया जाता है।

शोधकर्ताओं का कहना है कि क्वांटम स्विच में उनकी रुचि क्वांटम प्रकार के कारण क्रम को लागू करने की इच्छा से उत्पन्न होती है, जो पहले किसी ने नहीं की।

इसे देखते हुए, इस अध्ययन में, कारण संबंधों को घटनाओं के बीच संकेतों को प्रसारित करने की क्षमता के रूप में परिभाषित किया गया है। घटनाओं से हमारा तात्पर्य किसी भौतिक प्रणाली को बदलने, तैयार करने या बदलने के कार्यों से है। एक उदाहरण के रूप में, वैज्ञानिक कई लेंसों से गुजरने वाले एक फोटॉन का हवाला देते हैं। यह फोटॉन एक घटना को परिभाषित करता है।

एक कारण संरचना कई घटनाओं के बीच संभावित कारण संबंधों का एक नेटवर्क है।

"स्थानीय" शब्दावली के साथ, अब प्रक्रिया के बारे में पता चला। सबसे पहले, सापेक्षतावादी कारण प्रणाली पर विचार करें। यदि घटना A, घटना B के संबंध में अतीत में है, तो हम A से B तक एक संकेत भेज सकते हैं। यदि घटनाओं को स्थानिक रूप से अलग किया जाता है (अंतरिक्ष में एक दूसरे से दूर), तो संकेतों का कोई आदान-प्रदान नहीं हो सकता है।

यहां यह स्पष्ट है कि "स्थानिक पृथक्करण" क्या है, इस अवधारणा को इसके साथ जुड़े अन्य लोगों के साथ पूरक है।

दो अलग-अलग घटनाओं की कल्पना करें: ए और बी यदि आप काफी तेज हैं, तो आप ए और बी दोनों देख सकते हैं। यह एक अस्थायी अलगाव है। यदि घटनाएं अब तक अलग हैं, तो आप दोनों को देखने के लिए, आपको प्रकाश की गति से चलना चाहिए, यह प्रकाश पृथक्करण है। अगर A और B की घटनाएँ और भी अलग हैं, जब आप दोनों को प्रकाश की गति से भी नहीं देख सकते हैं, तो यह एक स्थानिक पृथक्करण है। यह एक मोटा सा स्पष्टीकरण है।

जैसा कि हमने ऊपर दिए गए आरेखों में देखा, दो ऑपरेशन ए और बी हैं वास्तव में, उनमें से तीन हैं, उनमें से प्रत्येक के बारे में भी ऑपरेशन सी है।

ए और बी लक्ष्य प्रणाली पर संचालन हैं, जो इंटरफेरोमीटर के दो भुजाओं के साथ कार्यान्वित किया जाता है। लेकिन सी पहले से ही नियंत्रण प्रणाली का माप है, जो ए और बी दोनों घटनाओं के बाद किया जाता है। इन तीनों घटनाओं को एक क्वांटम स्विच द्वारा पहचाना जाना चाहिए।


प्रयोग की योजना।

अब उस योजना पर विचार करें जिसके द्वारा प्रयोग किया गया था। जैसा कि हम पहले से ही जानते हैं, कंट्रोलिंग क्वाइल को ध्रुवीकरण द्वारा निर्धारित किया जाता है, इसलिए दो ध्रुवीकरण बीम विभाजक हैं - पीबीएस 1 और पीबीएस 2 । पीबीएस 1 फोटॉन को ए या बी घटना के लिए निर्देशित करता है, जो फोटॉन के स्थानिक मोड पर संबंधित संचालन ए और बी को लागू करते हैं। इवेंट सी को फोटॉन के स्टोक्स * मापदंडों का वर्णन करते हुए एक ध्रुवीकरण माप द्वारा दर्शाया गया है। मोड मिलान सुनिश्चित करने के लिए, लेंस का उपयोग किया गया था (आरेख में L1 और L2 )।

स्टोक्स पैरामीटर * - विद्युत चुम्बकीय तरंगों के ध्रुवीकरण वेक्टर का वर्णन करने वाली मात्रा का एक सेट।

कम क्रम अनुप्रस्थ मोड (HG ₀₀ ) के साथ 795 एनएम के तरंग दैर्ध्य के साथ एक 100 kHz लेजर बीम का उपयोग विकिरण स्रोत के रूप में किया गया था। अगला, लेजर बीम को एक तत्व के माध्यम से बीम को पारित करके एचजी ₁₀ हर्मिटियन-गॉसियन मोड में बदल दिया गया था जो बीम के to चरण को जोड़ता है। परिणाम एक स्थानिक मोड है जो हर्मिटियन-गॉसियन मोड्स का एक सुपरपोजिशन है। इसके अलावा, उच्च-क्रम स्थानिक मोड को हटाने के लिए फूरियर फ़िल्टरिंग का उपयोग किया गया था। इस प्रकार, लक्ष्य प्रणाली के क्वबिट स्पेस में पहले क्रम के स्थानिक मोड होते हैं (| 0 qu = = HG 10⟩; | 1⟩ = = HG 01⟩)। और लक्ष्य क्विट का प्रारंभिक मूल्य | |t है | 0⟩ |

इसलिए, ध्रुवीकरण विभाजक पीबीएस 1 से गुजरते हुए, बीम को इंटरफेरोमीटर (ऊपर चित्र) के दो हाथों में विभाजित किया गया है। यहां, दो एकात्मक संचालन ए और बी एक अनुप्रस्थ स्थानिक मोड में काम करते हैं, हालांकि आदर्श परिस्थितियों में उन्हें बीम के ध्रुवीकरण को नहीं बदलना चाहिए। ऊपरी और निचले हथियार आउटपुट विभाजक PBS2 पर जुड़े हुए हैं। परिणामस्वरूप मॉड को पीबीएस 1 में वापस भेजा जाता है। लेंस यह सुनिश्चित करते हैं कि मोड मेल खाता है, अर्थात, मोड जो इंटरफेरोमीटर को फिर से दर्ज करता है, उसे मूल मोड से मेल खाना चाहिए।


संचालन ए और बी के कार्यान्वयन की योजना।

प्रिज्म ( R ) आवक अनुप्रस्थ मोड को घुमाती है। एक समय में, बेलनाकार लेंस ( C ) आने वाले फोटॉन के हर्मिटियन-गाऊसी घटकों के ind / 2 चरण शिफ्ट में ले जाते हैं। मोडल मैचिंग को प्राप्त करने के लिए गोलाकार लेंस ( L ) की आवश्यकता होती है। प्रिज्म में प्रतिबिंब ध्रुवीकरण विकृति का कारण बन सकते हैं। इन परिवर्तनों की भरपाई के लिए, वेव हाफ-प्लेट ( H ) और वेव क्वार्टर-प्लेट ( Q ) का उपयोग किया जाता है। और And चरण प्लेट है। आवश्यक संचालन को लागू करने के लिए, आपको झुकाव θ ₁ और θ ₂ के कोण को समायोजित करने की आवश्यकता है। उदाहरण के लिए, एचजी ₁₀ बीम को एचजी _{01 में} परिवर्तित करने के लिए बीम को आर (rot ₁ ) 45 डिग्री घुमाया जाना चाहिए, और कोण आर () ₂ ) 0 पर सेट किया जाना चाहिए।

प्रयोग में, वैज्ञानिकों ने संभावित त्रुटियों के दो मुख्य स्रोतों की पहचान की: मोड बेमेल और झुकाव कोणों की गलत सेटिंग।

तथाकथित "कारण गवाह", एक पैरामीटर जो एक और बी की घटनाओं के लिए ए और बी की घटनाओं का प्रदर्शन करने वाला एक पैरामीटर है, जो सिस्टम के प्रदर्शन के मुख्य संकेतक के रूप में काम करता है। इसके अलावा, स्टोक्स मापदंडों को इस पैरामीटर को निर्धारित करने के लिए ध्यान में रखा गया था।

व्यावहारिक कार्यान्वयन से पहले प्रणाली के सैद्धांतिक मॉडलिंग से पता चला कि आदर्श परिस्थितियों में idealS ideal लगभग 0.248 के बराबर होगा। यदि हम सिस्टम को इसके वास्तविक मापदंडों को ध्यान में रखते हुए अनुकरण करते हैं, तो -0.20 ⟨ulateSulate .1 -0.14 है।

एक व्यावहारिक प्रयोग ने एक अच्छा परिणाम दिखाया: ⟩S experiment = -0.171 9 0.009, जो अपेक्षित सीमा में फिट बैठता है। इस प्रकार, वैज्ञानिकों ने निष्कर्ष निकाला कि उनकी प्रणाली अनिश्चित कार्य क्रम में काम करती है। इस उपलब्धि की नींव, शोधकर्ता ध्रुवीकरण कहते हैं, या बल्कि, इसके साथ हेरफेर करते हैं, जिससे इस तरह से प्रणाली को लागू करना संभव हो गया।

प्रयोग के विवरण से खुद को परिचित करने के लिए, मैं यहां उपलब्ध वैज्ञानिकों की रिपोर्ट की अत्यधिक अनुशंसा करता हूं।

उपसंहार

इस अध्ययन ने क्वांटम यांत्रिकी के रूप में इस तरह के एक जटिल और जटिल विज्ञान के कुछ पहलुओं की सतह को छुआ। हालांकि, इस दिशा में काम करना जारी है, वैज्ञानिकों का कहना है, वे और भी प्रभावशाली परिणाम प्राप्त करने में सक्षम होंगे जो न केवल कंप्यूटिंग प्रौद्योगिकी, डेटा ट्रांसफर, आदि को बदल सकते हैं, बल्कि प्राकृतिक विज्ञान के कानूनों के एक सेट के रूप में दुनिया के बारे में हमारी दृष्टि भी बदल सकती है जो अपनी स्थिति खो सकती है। " अविनाशी। ”

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