साइन प्रयोग से पता चला कि क्वांटम संदेश शास्त्रीय की तुलना में तेज है

पहली बार एक पेरिस प्रयोगशाला में शोधकर्ताओं ने दिखाया कि सूचना प्रसारित करने की क्वांटम विधियां शास्त्रीय से बेहतर हैं

क्वांटम संचार आपको एक निश्चित प्रकार की जानकारी भेजने की अनुमति देता है जो क्लासिक संचार के लिए आवश्यक है

क्वांटम कंप्यूटर अभी भी एक सपना है, लेकिन क्वांटम संचार का युग पहले ही आ चुका है। पहली बार पेरिस में एक नए प्रयोग ने प्रदर्शित किया कि क्वांटम संचार सूचना प्रसारित करने के शास्त्रीय तरीकों से बेहतर है।

"हम सबसे पहले सूचना हस्तांतरण के क्षेत्र में एक क्वांटम लाभ दिखा रहे थे, जो एक उपयोगी कार्य को पूरा करने के लिए दो पक्षों को साझा करना चाहिए," सोरबोन के एक इलेक्ट्रिकल इंजीनियर हेलेन दीमंती और परिणाम के सह-लेखक, जोर्डिस केरेनिडिस के साथ, जो कि डीदो विश्वविद्यालय के कंप्यूटर विज्ञान के विशेषज्ञ हैं। पेरिस में, और नीरज कुमार के साथ।

कई विशेषज्ञों को उम्मीद है कि जानकारी को सांकेतिक शब्दों में बदलना करने के लिए क्वांटम गुणों का उपयोग करके क्वांटम मशीनों की गणना उल्टा हो जाएगी। लेकिन प्रगति धीरे-धीरे आगे बढ़ रही है। इंजीनियर अल्पविकसित क्वांटम कंप्यूटर बनाने के लिए कड़ी मेहनत कर रहे हैं, और सैद्धांतिक कंप्यूटर वैज्ञानिकों ने एक अधिक मौलिक समस्या का सामना किया है: वे यह साबित नहीं कर सके कि शास्त्रीय कंप्यूटर उन कार्यों से कभी सामना नहीं कर सकते हैं जिनके लिए क्वांटम विकसित किए गए हैं। उदाहरण के लिए, पिछली गर्मियों में टेक्सास के एक किशोर ने साबित कर दिया कि एक समस्या, जिसे पहले सोचा गया था, उसे केवल क्वांटम कंप्यूटर पर ही हल किया जा सकता है, जल्दी से एक शास्त्रीय पर हल किया जा सकता है।

हालांकि, संचार के क्षेत्र में (कंप्यूटिंग के बजाय), क्वांटम दृष्टिकोण के फायदे पहले से ही पहचाने जाते हैं। दस साल से अधिक समय पहले, एक कंप्यूटर वैज्ञानिक ने साबित किया कि, कम से कम सैद्धांतिक रूप से, क्वांटम संचार कुछ कार्यों के ढांचे के भीतर संदेश भेजने के शास्त्रीय तरीकों से आगे हैं।

“अधिकांश भाग के लिए, लोगों ने कम्प्यूटेशनल समस्याओं को देखा। संचार का महान लाभ यह है कि आप लाभ को साबित कर सकते हैं, ”केरेनीडिस ने कहा।

2004 में, केरेनीडिस और कंप्यूटर विज्ञान के दो अन्य विशेषज्ञों ने एक कार्य की कल्पना की जिसमें एक व्यक्ति को दूसरे को जानकारी भेजने की आवश्यकता होती है ताकि दूसरा एक विशिष्ट प्रश्न का उत्तर दे सके। शोधकर्ताओं ने साबित किया है कि एक क्वांटम सेटअप शास्त्रीय मामले की तुलना में बहुत कम जानकारी को प्रसारित करके इस समस्या को हल कर सकता है। लेकिन उनके द्वारा स्थापित की गई स्थापना विशुद्ध रूप से सैद्धांतिक थी, और उस समय की तकनीक के लिए दुर्गम थी।

"हम एक क्वांटम लाभ साबित कर सकते हैं, लेकिन क्वांटम प्रोटोकॉल को लागू करना वास्तव में बहुत मुश्किल था," केरेनीडिस ने कहा।




हेलेन और लोग: दमयंती, केरेनीडिस और कुमार ने एक क्वांटम सूचना हस्तांतरण प्रणाली बनाई, जो किसी भी शास्त्रीय व्यक्ति की श्रेष्ठता साबित हो सकती है

नया काम उस परिदृश्य के एक संशोधित संस्करण को लागू करता है जिसे केरेनीडिस और उनके सहयोगियों ने कल्पना की थी। दो उपयोगकर्ताओं को ऐलिस और बॉब में माना जाता है। एलिस के पास गिने हुए गेंदों का एक सेट है। प्रत्येक गेंद में एक यादृच्छिक रंग, लाल या नीला होता है। बॉब यह जानना चाहते हैं कि क्या एक निश्चित जोड़ी गेंदों को बेतरतीब ढंग से चुना गया है, तो उनमें समान या अलग रंग होगा। ऐलिस बॉब के सवालों के जवाब की गारंटी देते हुए, बॉब को कम से कम जानकारी भेजना चाहता है।

इस कार्य को "नमूना मिलान समस्या" कहा जाता है। इसका समाधान क्रिप्टोग्राफी और डिजिटल मुद्राओं के क्षेत्रों के लिए निहितार्थ है, जहां उपयोगकर्ताओं को अक्सर अपने पास मौजूद सभी चीजों को बाहर किए बिना जानकारी का आदान-प्रदान करने की आवश्यकता होती है। यह क्वांटम संचार के लाभों को प्रदर्शित करने के लिए भी उपयुक्त है।

कैलिफोर्निया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी के एक आईटी विशेषज्ञ थॉमस विडिक ने कहा, "आप केवल यह नहीं कह सकते हैं," मैं आपको एक फिल्म भेजना चाहता हूं, या एक गीगाबाइट के आकार का कुछ और क्वांटम राज्य में एनकोड करना चाहिए। " "हमें और अधिक सूक्ष्म कार्यों की तलाश करने की आवश्यकता है।"

पत्राचार समस्या को शास्त्रीय रूप से हल करने के लिए, ऐलिस को बॉब को जानकारी भेजने की आवश्यकता होती है, जिसकी मात्रा गेंदों की संख्या के वर्गमूल के समानुपाती होती है। लेकिन क्वांटम जानकारी की असामान्य प्रकृति एक अधिक कुशल समाधान प्रदान करती है।



नए काम में प्रयुक्त प्रयोगशाला सेटअप में, ऐलिस और बॉब लेजर दालों का उपयोग करके संवाद करते हैं। प्रत्येक आवेग एक गेंद का प्रतिनिधित्व करता है। दलिया एक किरण फाड़नेवाला के माध्यम से गुजरता है, प्रत्येक पल्स के आधे हिस्से को ऐलिस और दूसरे आधे बॉब को भेजता है। जब एक आवेग ऐलिस गुजरता है, तो वह प्रत्येक गेंद के बारे में जानकारी सांकेतिक शब्दों में बदलना करने के लिए अपना चरण बदल सकता है - नीला या लाल।

इस बीच, बॉब उन गेंदों की जोड़ी के बारे में जानकारी देता है जो उसे अपनी खुद की अर्ध-नाड़ी में रुचि रखते हैं। फिर एक दूसरे के साथ हस्तक्षेप करते हुए, दालों को एक और बीम फाड़नेवाला में मिलते हैं। उनके हस्तक्षेप का परिणाम दालों में से प्रत्येक की चरण पारी में अंतर को दर्शाता है। बॉब तब फोटॉन डिटेक्टरों का उपयोग करके हस्तक्षेप पैटर्न की जांच कर सकता है।

जब तक बॉब ऐलिस के लेजर संदेश को पढ़ता है, तब तक एलिस का क्वांटम संदेश किसी भी जोड़ी के बारे में किसी भी प्रश्न का उत्तर दे सकता है। लेकिन पढ़ना संदेश को नष्ट कर देता है, और केवल एक जोड़ी गेंदों के बारे में जानकारी देता है।

क्वांटम जानकारी की यह विशेषता है - कि इसे संभावित रूप से कई तरीकों से पढ़ा जा सकता है, लेकिन वास्तव में केवल सफल होता है - नमूना मिलान करने की समस्या को हल करने के लिए आवश्यक जानकारी की मात्रा को काफी कम कर देता है। यदि ऐलिस को अपने प्रश्न के उत्तर की गारंटी के लिए बॉब 100 क्लासिक बिट्स भेजने की आवश्यकता होती है, तो वह 10 क्विट या क्वांटम बिट्स के साथ एक ही परिणाम प्राप्त कर सकता है।

"यह उन परिणामों में से एक है जो साबित करता है कि एक विचार आपके लिए एक वास्तविक क्वांटम नेटवर्क प्राप्त करने के लिए काम करता है," बोल्डर, पीसी में जॉइंट इंस्टीट्यूट फॉर लेबोरेटरी एस्ट्रोफिजिक्स के भौतिक विज्ञानी ग्राहम स्मिथ ने कहा। कोलोराडो क्वांटम तकनीक के साथ काम कर रहा है।

यह नया प्रयोग शास्त्रीय तरीकों पर एक शुद्ध विजय का प्रतिनिधित्व करता है। शोधकर्ताओं ने इसे आयोजित किया, यह जानते हुए कि समस्या को हल करने के लिए वास्तव में कितनी जानकारी को शास्त्रीय रूप से प्रसारित किया जाना चाहिए। फिर उन्होंने निर्विवाद रूप से साबित कर दिया कि क्वांटम साधनों का उपयोग करके इसे और अधिक आर्थिक रूप से संपन्न किया जा सकता है। "यह काम अच्छा है क्योंकि यह दिखाता है कि लोग कैसे प्रदर्शित करने की कोशिश करते हैं कि उनका कार्य शास्त्रीय रूप से प्रदर्शन करना मुश्किल है और फिर ऐसा करते हैं," क्वांटम विधियों का उपयोग करते हुए, स्मिथ ने कहा।

परिणाम कंप्यूटर विज्ञान के दीर्घकालिक लक्ष्य को प्राप्त करने के लिए वैकल्पिक तरीकों के अस्तित्व का सुझाव देता है: शास्त्रीय लोगों पर क्वांटम कंप्यूटरों के फायदे का प्रमाण। यह क्वांटम "श्रेष्ठता" विशुद्ध रूप से कम्प्यूटेशनल डोमेन में साबित करना मुश्किल था, लेकिन कई महत्वपूर्ण समस्याएं न केवल कंप्यूटिंग पर निर्भर करती हैं।

"संयोजन क्षमताओं और संदेश के साथ हम क्या कर सकते हैं, इन दो क्षेत्रों को जोड़ने से, क्वांटम लाभ के अस्तित्व को साबित करना हमारे लिए आसान होगा," केरेनिडिस ने कहा।