क्वांटम नेटवर्क: संभावनाओं और कार्यान्वयन की कठिनाइयों

मैक्स प्लैंक सोसायटी के जर्मन शोधकर्ताओं के अनुमान के मुताबिक, अगले कुछ वर्षों में वैश्विक क्वांटम नेटवर्क को लागू किया जाएगा। हम आपको बताएंगे कि क्या कठिनाइयाँ हैं।


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क्वांटम नेटवर्क क्या हैं?

क्वांटम नेटवर्क एक डेटा ट्रांसमिशन सिस्टम है जो क्वांटम यांत्रिकी के नियमों के अनुसार काम करता है। इस तरह के नेटवर्कों में, डेटा का उपयोग क्वैब का उपयोग करके किया जाता है। ये एक ऑप्टिकल संचार चैनल के माध्यम से प्रसारित ध्रुवीकृत फोटॉन हैं। पूरे क्वांटम नेटवर्क को ग्लोबल क्वांटम नेटवर्कों पर तैनात करने के लिए, इंटरनेट की तरह, डेवलपर्स और शोधकर्ताओं को कई कठिनाइयों को हल करना होगा। उदाहरण के लिए, एक निश्चित कठिनाई फोटॉनों के संचरण के कारण उनकी "नाजुकता" के कारण लंबी दूरी है। हम इस और अन्य समस्याओं के बारे में बाद में बात करेंगे, लेकिन पहले हम इस बारे में बात करेंगे कि क्वांटम नेटवर्क क्यों बनाए जाएं।

वे कैसे उपयोगी हो सकते हैं

क्वांटम उलझाव की घटना क्वांटम कणों को इस तरह से जोड़ती है कि उनमें से एक की विशेषताओं को मापते समय, हम स्वचालित रूप से दूसरे की विशेषताओं को पहचानते हैं। इसके अलावा, यह संबंध बड़ी दूरी पर भी बना रहता है।

यदि आप दो बिंदुओं के बीच संबंध स्थापित करते हैं, तो आप इसके दो सिरों पर यादृच्छिक संख्याओं के अनुक्रम उत्पन्न कर सकते हैं। क्रिप्टोग्राफी में, इस सुविधा का उपयोग एन्क्रिप्शन कुंजी उत्पन्न करने के लिए किया जाता है।

क्वांटम नेटवर्क का एक अन्य लाभ प्रसारण फोटॉनों को दो बार पढ़ने में असमर्थता है। क्वांटम यांत्रिकी के नियम प्रकाश कणों की स्थिति के "क्लोनिंग" पर रोक लगाते हैं। जब एक क्वैबिट को इंटरसेप्ट किया जाता है , तो यह अपना मूल्य बदल देता है। यह पता चला है कि जब आप डेटा चैनल पर "ईगलड्रॉप" करने की कोशिश करते हैं, तो हमलावर किसी भी मूल्यवान जानकारी को निकालने में सक्षम नहीं होंगे। आउटपुट पर, उन्हें संख्याओं का एक यादृच्छिक सेट मिलता है।

इस प्रकार, क्वांटम नेटवर्क लगभग पूर्ण क्रिप्टोग्राफ़िक सुरक्षा हैं। लगभग निरपेक्ष, जैसा कि स्वीडन के वैज्ञानिकों ने यह साबित कर दिया कि इस तरह के नेटवर्क पर अभी भी "छिपकर देखना" संभव है । ऐसा करने के लिए, एक क्वांटम सिफर का अनुकरण करें। फोटॉन डिटेक्टर प्रकाश के अप्रकाशित कणों को अनदेखा करते हैं जिन्हें शून्य कहते हैं। यदि आप समय में एक निश्चित बिंदु पर इन शून्य का अनुकरण करते हैं और उन्हें रिसीवर को भेजते हैं, तो वह सिग्नल क्वांटम पर विचार करेगा (हालांकि ऐसा नहीं है)।

आप समस्या को हल कर सकते हैं, लेकिन आपको रिसीवर के सिद्धांतों को बदलना होगा। एक विकल्प सिग्नल की शक्ति का एक संकेतक जोड़ना है (क्योंकि यह बाहरी हस्तक्षेप से बदल जाएगा)। लेकिन इससे क्वांटम नेटवर्क को स्कैन करने की लागत बढ़ जाएगी।

क्यों मुश्किल है

क्वांटम की "नाजुकता", जो क्वांटम संचार को विश्वसनीय बनाती है, नुकसान का भी परिचय देती है। एकल फोटॉन अपने राज्यों को बदलते हैं या केवल हस्तक्षेप के कारण माध्यम द्वारा अवशोषित होते हैं। इस कारण से, 100 किमी से अधिक की दूरी पर फाइबर ऑप्टिक केबल पर एक क्वांटम संचारित करना मुश्किल हो सकता है।


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अब फाइबर क्वांटम नेटवर्क रिपीटर्स का उपयोग करके बनाया जा रहा है। वे जानकारी को डिकोड करते हैं, इसे फिर से एनकोड करते हैं और इसे एक श्रृंखला में अन्य नोड्स तक पहुंचाते हैं। हालाँकि, इस तरह, बिचौलियों को संदेश की सामग्री का भी पता चल जाता है, जिससे यदि उनमें से किसी एक के साथ छेड़छाड़ की जा सकती है। लागत के साथ एक समस्या है - ऐसे रिपीटर्स महंगे मैग्नेट और दुर्लभ खनिजों का उपयोग करते हैं ।

उस वातावरण पर विचार करना महत्वपूर्ण है जिसमें ये नेटवर्क तैनात किए जाएंगे। प्रयोगशाला और "मुकाबला" स्थितियों के बीच एक महत्वपूर्ण अंतर है। शहर में, फाइबर ऑप्टिक केबल तापमान परिवर्तन से प्रभावित होते हैं। इससे फोटॉन के चरण परिवर्तन हो सकते हैं और डेटा ट्रांसमिशन में त्रुटियां हो सकती हैं।

लंबी दूरी पर संचरण के साथ समस्या को हल करने के लिए क्वांटम टेलीपोर्टेशन की अनुमति होगी। शोधकर्ताओं ने क्वांटम उलझाव की स्थिति में वैकल्पिक रूप से दो qubits का परिचय कर सकते हैं। नीदरलैंड की डेल्फ़्ट यूनिवर्सिटी ऑफ़ टेक्नोलॉजी का एक प्रोजेक्ट इस तरह के प्रोजेक्ट में लगा हुआ है । शोधकर्ता डेल्फ़्ट शहर और द हेग के बीच दस किलोमीटर का क्वांटम नेटवर्क बना रहे हैं।

ऐसी प्रौद्योगिकियां अभी भी विकास के प्रारंभिक चरण में हैं। तथ्य यह है कि लंबे समय तक "कनेक्टिविटी" बनाए रखना विनाशकारी प्रभाव (जिसे डिकॉरेन्स कहा जाता है ) के कारण मुश्किल है, जो कि पर्यावरण क्वांटा पर है। एक विभाजन दूसरे के लिए क्वांटम उलझाव की स्थिति को बनाए रखना संभव है।

मैं क्वांटम नेटवर्क का उपयोग कहां कर सकता / सकती हूं

जैसा कि हमने कहा है, क्वांटम नेटवर्क वायरटैपिंग के लिए अत्यधिक प्रतिरोधी हैं। इसलिए, वे आपको विश्वसनीय क्रिप्टोग्राफ़िक कुंजी वितरण सिस्टम बनाने की अनुमति देते हैं। ऐसी तकनीकें पहले से मौजूद हैं। उदाहरण के लिए, वर्ष की शुरुआत में, चीन ने एक क्रिप्टोग्राफिक कुंजी वितरण प्रणाली शुरू की जिसमें डेटा उपग्रहों और लेजर बीम के माध्यम से प्रसारित किया जाता है। जर्मन शोधकर्ताओं द्वारा एक समान प्रणाली प्रस्तावित की गई थी।

इसके अलावा, क्वांटम नेटवर्क को क्वांटम कंप्यूटर को नेटवर्क में एकीकृत करना होगा । क्वांटम मशीनों के समूहों से भौतिक और रासायनिक सिमुलेशन में तेजी लाने की उम्मीद की जाती है, उदाहरण के लिए, जब नई दवाओं का विकास होता है।

विज्ञान के बाहर भी ऐसे मामले हैं, जैसे मतदान। इस तरह की परियोजना स्विट्जरलैंड में लागू की गई थी - कुछ साल पहले CERN ने चुनावों के लिए एक क्वांटम नेटवर्क को व्यवस्थित करने में मदद की थी। हार्वर्ड-स्मिथसोनियन सेंटर फॉर एस्ट्रोफिज़िक्स के विशेषज्ञों के अनुसार, विश्वसनीयता के अलावा, क्वांटम नेटवर्क नई रणनीतिक मतदान योजनाओं को लागू करना संभव बनाता है जो आज उपलब्ध नहीं हैं। उदाहरण के लिए, लोग एक उम्मीदवार को नहीं, बल्कि दो को एक बार (दूसरा विकल्प) चुन सकेंगे।

क्वांटम नेटवर्क के विकास में कई संस्थान और संगठन शामिल हैं। इसलिए, अधिक से अधिक ऐसी परियोजनाएं हाल ही में दिखाई दी हैं। हम इस क्षेत्र में विदेशी और रूसी विकास के बारे में अपनी अगली सामग्री हैबे में बताएंगे।

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