राक्षसों और टेलीपोर्टेशन पर: दो प्रौद्योगिकियां जो क्वांटम भविष्य को करीब लाती हैं

आइए उन प्रौद्योगिकियों के बारे में बात करें जो क्वांटम मशीनों के व्यापक उपयोग में योगदान कर सकते हैं, मैक्सवेल के दानव के बराबर क्वांटम , और एक क्वांटम गेट के टेलीपोर्टेशन।


/ फोटो विकिमीडिया पीडी

मैक्सवेल विरोधाभास के बारे में संक्षेप में

मैक्सवेल दानव 19 वीं शताब्दी में भौतिक विज्ञानी जेम्स क्लर्क मैक्सवेल द्वारा आविष्कार किया गया एक काल्पनिक प्राणी है, जो ऊष्मप्रवैगिकी के दूसरे कानून के विरोधाभास का वर्णन करता है।

मैक्सवेल ने निम्नलिखित विचार का प्रस्ताव रखा। एक कंटेनर लिया जाता है और एक विभाजन द्वारा दो हिस्सों में विभाजित किया जाता है। फिर यह मनमाने ढंग से "ठंडा" और "गर्म" गैस अणुओं से भर जाता है। ये अणु मिश्रित होते हैं और विभिन्न गति से चलते हैं।

एक उपकरण के साथ सेप्टम में एक छेद बनाया गया था जो गर्म अणुओं को बाएं से दाएं और ठंडे अणुओं को दाएं से बाएं से गुजरने की अनुमति देता है। इस उपकरण को मैक्सवेल दानव कहा जाता है। नतीजतन, टैंक का एक आधा गरम होता है, और दूसरा बिना किसी ऊर्जा खपत के ठंडा होता है।

विरोधाभास यह है कि टैंक में अणु "अपने स्थान लेते हैं" के बाद, प्रणाली का एन्ट्रापी अपनी मूल स्थिति से कम है। यह ऊष्मप्रवैगिकी के दूसरे नियम का उल्लंघन करता है, जिसके अनुसार एक पृथक प्रणाली की एन्ट्रापी घट नहीं सकती है, लेकिन केवल वृद्धि या एक ही रहती है।

सबसे पहले, भौतिकविदों ने निर्णय लिया कि मैक्सवेल के दानव की पहचान एक स्थायी गति मशीन से की जा सकती है, क्योंकि यह ऊर्जा "कहीं से भी बाहर" ले जाती है। लेकिन फिर यह साबित हो गया कि दानव भी छंटाई वाले अणुओं पर ऊर्जा बर्बाद करता है। इसका मतलब है कि ऊर्जा दानव के काम से उत्पन्न होती है, और ऊष्मप्रवैगिकी के नियमों का उल्लंघन नहीं किया जाता है। विरोधाभास 1929 में लियो सिलार्ड द्वारा हल किया गया था।

मैक्सवेल की दानव अवधारणा को व्यवहार में लाने के लिए वे लंबे समय से कोशिश कर रहे थे। कई शोधकर्ता भी कुछ सफलताओं को प्राप्त करने में सफल रहे। उदाहरण के लिए, 2010 में, जापानी शोधकर्ताओं ने सिलार्ड इंजन का एक इलेक्ट्रोमैकेनिकल मॉडल विकसित किया , जिसे मैक्सवेल दानव का एक प्रकार माना जाता है। यह एक बफर समाधान में एक सर्कल में तैरते हुए पॉलीस्टायर्न (जो मूल प्रणाली में अणु थे) की गेंदों का इस्तेमाल किया। दानव की भूमिका एक विद्युत वोल्टेज द्वारा निभाई गई थी, जिसने प्रकाश की गेंदों को अपनी दिशा की दिशा बदलने के लिए धकेल दिया था।

तीन साल पहले, मैक्सवेल के दानव को एकल-इलेक्ट्रॉन ट्रांजिस्टर के रूप में सुपरकंडक्टिंग एल्यूमीनियम लीड के साथ लागू किया गया था। हालांकि, वैज्ञानिक एक महत्वपूर्ण संख्या में परमाणुओं या अणुओं के साथ अवधारणा को जीवन में लाने में सक्षम नहीं थे। हाल तक।

क्वांटम दानव: क्या बात है

इस वर्ष के सितंबर में, पेन्सिलवेनिया विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने एक बड़े पैमाने पर क्वांटम का संचालन करने में कामयाबी हासिल की। उन्होंने एक विशेष तरीके से बड़ी संख्या में सीज़ियम परमाणुओं के एक विषम सरणी को समूहीकृत किया , जिससे सिस्टम की एन्ट्रापी कम हो गई।

इसके लिए, विशेषज्ञों की एक टीम ने तीन जोड़े लेज़रों के साथ तथाकथित ऑप्टिकल जाल का इस्तेमाल किया। यह आपको परमाणुओं पर कब्जा करने और उन्हें अल्ट्रा-कम तापमान (केवल शून्य से कुछ डिग्री ऊपर) तक ठंडा करने की अनुमति देता है।

प्रयोग के हिस्से के रूप में, शोधकर्ताओं ने 5x5x5 ऑप्टिकल 3 डी जाली बनाने और उसमें सीज़ियम परमाणुओं को रखने के लिए 839 एनएम के तरंग दैर्ध्य के साथ लेजर का उपयोग किया। प्रारंभ में, ये परमाणु एक राज्य में एक कक्षीय क्वांटम संख्या (l) के बराबर 4 और एक चुंबकीय क्वांटम संख्या (m) oms4 के बराबर थे और उन्हें जाली पर वितरित किया गया था। हालांकि, प्रयोग के अंत में, उन्होंने आकार 5x5x2 या 4x4x3 के उप-खंडों का गठन किया, जिसने सिस्टम के एन्ट्रापी को दो से अधिक बार कम कर दिया।

एक परमाणु को एक जाली के साथ स्थानांतरित करने के लिए, वैज्ञानिकों ने इसकी स्थिति (इसकी क्वांटम संख्याओं को बदलते हुए) को बदल दिया और एक प्रकाश पुंज के ध्रुवीकरण को बदल दिया। नतीजतन, विभिन्न राज्यों में परमाणु "खदेड़ना" शुरू कर दिया और जाली के साथ आगे बढ़ गए। जब परमाणु की स्थिति को "ठीक" करना आवश्यक था, तो इसकी क्वांटम संख्या अपनी मूल स्थिति में लौट आई।

विकास क्यों उपयोगी है

एंट्रॉपी रिडक्शन क्वैबिट बनाने के लिए एक आशाजनक विकल्प है। क्वांटम कंप्यूटिंग के लिए तटस्थ परमाणुओं का उपयोग करना एक मुश्किल काम है। उनके पास इलेक्ट्रिक चार्ज नहीं है, इसलिए उन्हें क्वांटम उलझाव की स्थिति में लाना मुश्किल है, जिसमें वस्तुओं की स्थिति एक दूसरे पर निर्भर करती है।

परमाणुओं के ऑप्टिकल जाल में एन्ट्रापी में कमी से व्यक्ति कम त्रुटियों के साथ क्वांटम गेट का निर्माण कर सकता है। और क्वांटम गेट्स को क्वांटम कंप्यूटर का मूल तार्किक तत्व माना जाता है। इसलिए, प्रस्तावित प्रणाली भविष्य में क्वांटम मशीन की कम्प्यूटेशनल दक्षता बढ़ाने की अनुमति देती है।

एक अन्य तकनीक क्वांटम गेट का टेलीपोर्टेशन है।

क्वांटम मशीनों के व्यापक होने के लिए, सैकड़ों खदानों के समन्वित कार्य को व्यवस्थित करना आवश्यक है। इसे प्राप्त करने का एक तरीका सिस्टम को मॉड्यूलर बनाना है: छोटे क्वांटम सिस्टम को एक बड़े में मिलाएं।


/ फोटो राहेल जॉनसन सीसी

इसके लिए, क्वांटम गेट्स को इंटरमॉड्यूलर इंटरैक्शन की संभावना देना आवश्यक है। यह अंत करने के लिए, येल विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं की एक टीम ने एक मॉड्यूलर क्वांटम आर्किटेक्चर विकसित किया है, जहां क्वांटम गेट्स टेलीपोर्ट (अपने राज्य को दूर से स्थानांतरित) करते हैं।

शोधकर्ताओं ने CNOT लॉजिक गेट (नियंत्रित निषेध) को टेलीपोर्ट किया है, जो " मॉडुलो 2 एडिशन " के समान एक ऑपरेशन को लागू करता है। त्रुटि सुधार कोड को देखते हुए, विधि की विश्वसनीयता 79% थी।

भविष्य में, यह तकनीक मॉड्यूलर क्वांटम कंप्यूटरों को व्यवस्थित करने की अनुमति देगी जो केवल पैमाने पर होंगे।

यह सब, पेन्सिलवेनिया विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं की उपलब्धि के साथ मिलकर क्वांटम मशीनों के व्यापक रूप से अपनाने के क्षण को करीब लाता है। ऐसा माना जाता है कि यह अगले दस वर्षों में होगा।

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