पोर्टल 3 नहीं, लेकिन पास: एक हीरे के अंदर सूचना का क्वांटम टेलीपोर्टेशन

हम सभी विभिन्न सुपरहीरो और उनकी अनोखी क्षमताओं से परिचित हैं, चाहे हम इसे पसंद करें या नहीं। इसलिए, सवाल यह है कि आप किस तरह की महाशक्ति चाहते हैं, ऐसा बहुत कम नहीं है। किसी को हल्क की तरह अविश्वसनीय रूप से मजबूत होना पसंद होगा, किसी को - तेज, फ्लैश की तरह, और कोई बैटमैन के महाशक्तियों - पैसे को नहीं छोड़ेगा। लेकिन जो लोग कम से कम एक बार मंगल से शुक्र तक के ट्रैफ़िक जाम में थे, उन्हें टेलीपोर्ट के अवसर के लिए सब कुछ देना होगा। टेलीपोर्टेशन की अवधारणा विज्ञान कथा के दृष्टिकोण से बहुत ही रोमांचक लगती है, लेकिन वास्तव में यह महाशक्ति भी मौजूद है, लेकिन लोगों से बहुत दूर है। आज हम आपको एक अध्ययन के बारे में बताएंगे जिसमें योकोहामा विश्वविद्यालय (जापान) के वैज्ञानिक एक हीरे के अंदर की जानकारी को प्रसारित करने में सक्षम थे। वैज्ञानिकों ने यह कैसे किया, क्वांटम भौतिकी कैसे है, और डेटा भंडारण प्रौद्योगिकियों के भविष्य के लिए इसका क्या मतलब है? जवाब वैज्ञानिकों की एक रिपोर्ट में हमें इंतजार कर रहे हैं। चलो चलते हैं।

अध्ययन का आधार

सबसे पहले, यह ध्यान देने योग्य है कि चर्चा के तहत घटना का पूरा नाम क्वांटम टेलीपोर्टेशन है। क्वांटम सूचना प्रौद्योगिकी के लिए इस प्रक्रिया का सिद्धांत महत्वपूर्ण है। उदाहरण के लिए, क्वांटम संचार को लागू करने के लिए, क्वांटम रिपीटर्स की आवश्यकता होती है जो कि इस क्वेट की स्थिति को प्रकट किए बिना किसी क्वॉबिट (क्वांटम बिट) को एक सुदूर नोड तक पहुंचाएगा। कम्प्यूटेशनल प्रक्रियाओं के लिए, टेलीपोर्टेशन क्वांटम नेत्रहीन कंप्यूटिंग के लिए क्वांटम संचार के माध्यम से इनपुट और आउटपुट डेटा के सुरक्षित हस्तांतरण को लागू करने में मदद करेगा।

क्वांटम टेलीपोर्टेशन का सबसे महत्वपूर्ण पहलू दुर्गम स्थान के लिए क्वांटम जानकारी का हस्तांतरण है, जो काफी अपेक्षित है, साथ ही संग्रहीत क्वांटम जानकारी को प्रकट या नष्ट किए बिना फोटॉन जानकारी को क्वांटम मेमोरी में प्रसारित करना है।

इस काम में, वैज्ञानिक एक हीरे के एनवी केंद्र * के लिए बाध्य कार्बन आइसोटोप के परमाणु स्पिन को फोटॉन ध्रुवीकरण की एक क्वांटम स्थिति को स्थानांतरित करने के लिए एक कार्य योजना का प्रदर्शन करते हैं।

NV- केंद्र * हीरे में एक नाइट्रोजन-प्रतिस्थापित वैकेंसी है, अर्थात हीरे में एक बिंदु दोष जब जालीदार स्थान से कार्बन परमाणु को हटाने और नाइट्रोजन परमाणु में रिक्ति के बंधन के कारण इसके क्रिस्टल जाली की संरचना का उल्लंघन किया जाता है।

कार्बन स्पिन को पहले इलेक्ट्रॉन स्पिन के साथ उलझाया जाता है, जिसे फिर स्पिन-ऑर्बिट इंटरैक्शन के साथ सहसंबद्ध रूप से फोटॉन को अपने राज्य में अवशोषित करने की अनुमति दी जाती है। स्पिन की जमीन की स्थिति में छूट के बाद एक इलेक्ट्रॉन का पता लगाना कार्बन फोटॉन के लिए एक फोटॉन के मनमाने ढंग से ध्रुवीकरण के बाद के चयनात्मक हस्तांतरण की अनुमति देता है।

क्वांटम-स्टेट ट्रांसमिशन स्कीम क्वांटम स्टोरेज डिवाइसों को क्वांटम सिस्टम के साथ लंबी दूरी के संचार के स्केलेबल क्वांटम रिपीटर्स (रिपीटर्स) दोनों के लिए कार्यान्वित करने की अनुमति देता है और वितरित क्वांटम कंप्यूटिंग के लिए।

इस कार्य में, वैज्ञानिकों ने इलेक्ट्रॉन के अध: पतन को दूर करने के लिए, कार्बन परमाणु स्पिन पर एक शून्य चुंबकीय क्षेत्र को बनाए रखने के लिए एक नैनोमैग्नेट के रूप में नाइट्रोजन के माध्यम से परमाणु कार्बन स्पिन को सफलतापूर्वक शुरू करने और हेरफेर करने में सक्षम थे। निम्नलिखित फोटॉन के ध्रुवीकरण की स्थिति को स्पिन के क्वांटम राज्य में स्थानांतरित करने की प्रक्रिया है, अर्थात्, टेलीपोर्टेशन। यह सब व्यावहारिक प्रयोगों और टिप्पणियों के माध्यम से सफलतापूर्वक सत्यापित किया गया है, जिसके परिणाम हम थोड़ी देर बाद परिचित करेंगे, क्योंकि पहले शोधकर्ता हमें अपनी चमत्कार तकनीक के सिद्धांत को समझाना चाहते हैं।

कार्य सिद्धांत

क्वांटम टेलीपोर्टेशन का आधार बेल आधार में उलझाव और माप की तैयारी है, जो क्वांटम राज्य ( 1 ए ) के बाद के चयनात्मक हस्तांतरण की ओर जाता है।


चित्र संख्या 1

शुरुआत में, इलेक्ट्रॉन स्पिन और परमाणु कार्बन स्पिन के बीच उलझाव तैयार किया जाता है। फिर, बेल आधार में इलेक्ट्रॉनों के स्पिन द्वारा फोटॉन के ध्रुवीकरण को फोटॉन के अवशोषण द्वारा मापा जाता है ताकि कार्बन स्पिन ( 1 बी , 1 सी ) की स्थिति में फोटॉन के ध्रुवीकरण की स्थिति को स्थानांतरित किया जा सके।

प्रत्येक नोड पर एक एनवी सेंटर के साथ क्वांटम रिपीटर्स के एक-तरफ़ा प्रणाली के व्यावहारिक प्रोटोकॉल में, एक फोटॉन एक नोड से उत्सर्जित होता है, जिससे इलेक्ट्रॉन इस फोटॉन ( 1 डी ) से उलझ जाता है। एक और नोड में फोटोन को संग्रहीत करने की सफलता दो पड़ोसी नोड्स के बीच उलझाव को स्थापित करती है।

हीरे में नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए एनवी सेंटर में नाइट्रोजन ( ¹⁴ एन) और एक आसन्न रिक्ति ( वी ) का मिश्रण होता है, जहां इलेक्ट्रॉन ( ई ) ट्रिपल स्टेट ( 1 बी ) में स्थानीय होता है। इलेक्ट्रॉन और नाइट्रोजन के नाभिक में स्पिन 1 गुण होता है, जो दो पतित अवस्थाओं मी _{, I} = (1 के साथ तीन-स्तरीय वी-प्रकार प्रणाली बनाता है (जैसा कि (± 1⟩ _{e , N} ) के रूप में निरूपित), जो एक तार्किक qubit बनाता है, और राज्य m _{s , I} = 0 (द्वारा निरूपित | 0⟩ _{e , N} ), जो एक सहायक qubit है। फिर, नाइट्रोजन के लिए इलेक्ट्रॉन और परमाणु चौगुनी विभाजन (लगभग 4.95 मेगाहर्ट्ज) के लिए शून्य-क्षेत्र विभाजन (लगभग 2.87 गीगाहर्ट्ज) होता है।

दूसरी ओर, कार्बन परमाणु स्पिन ( ¹³ C), हाइपरफाइन इंटरैक्शन (इस काम में 0.9 मेगाहर्ट्ज) के माध्यम से इलेक्ट्रॉन के साथ कमजोर रूप से बंधे हुए, 1/2 स्पिन गुण को दर्शाता है, जो दो पतित मी _I = ± 1/2 राज्यों के साथ दो-स्तरीय प्रणाली का गठन करता है। (एक शून्य चुंबकीय क्षेत्र ( 1 सी ) में ↑,, ; |⟩ in ) के रूप में चिह्नित।

इलेक्ट्रॉन और कार्बन परमाणु स्पिन के बीच स्पिन के उलझाव को तैयार करने के लिए, उन्हें सबसे पहले इनिशियलाइज़ किया जाता है। 0⟩ _e ; | ↓ ↓ _. इस तथ्य के बावजूद कि एक शून्य चुंबकीय क्षेत्र में परमाणु कार्बन स्पिन को प्रारंभ करना मुश्किल है, परमाणु नाइट्रोजन स्पिन के परमाणु चतुर्भुज विभाजन को ध्रुवीकृत इलेक्ट्रॉन स्पिन का उपयोग करके ध्रुवीकरण करना संभव बनाता है। + 1, _एन , जिसे एक इलेक्ट्रॉनिक चुंबक के रूप में उपयोग करने के लिए एक स्थानीय चुंबकीय क्षेत्र को आरंभीकरण के लिए लागू किया जाता है। परमाणु कार्बन स्पिन ( 1 सी )।


चित्र संख्या 2

अगला, CPT * (सुसंगत जनसंख्या फँसाने) को लागू करने के लिए लाल बत्ती का उपयोग किया गया, जो एक स्पिन-ऑर्बिट सहसंबंधित ईजोनस्टेट में इलेक्ट्रॉन को तेजी से उत्सर्जित करता है | 2⟩ = 1 / √2 ((+1, -1, _{l, e} + -1) | + 1 + _{l, e} (l और e , इलेक्ट्रॉन की कक्षीय और स्पिन कोणीय गति को निरूपित करता है), जब सही गोलाकार ध्रुवीकरण होता है। + 1⟩ _p पहले इलेक्ट्रॉन को ध्रुवीकृत करता है। + 1⟩ _e , और फिर परमाणु नाइट्रोजन स्पिन में + + 1⟩ _N () 2a पर बैंगनी रेखा)।

CPT * एक घटना है जब परमाणुओं का एक समूह सुसंगत रूप से "फंस जाता है" एक अंधेरे स्थिति में (एक परमाणु या अणु फोटॉनों को अवशोषित नहीं कर सकता है)।

इस प्रकार, इलेक्ट्रॉन स्पिन अध: पतन नाइट्रोजन के साथ हाइपरफाइन इंटरैक्शन के कारण हटा दिया जाता है, जो कार्बन परमाणु स्पिन के चयनात्मक संक्रमण में योगदान देता है। ↓ to _C से |⟩ ( _C ( 2a पर ग्रीन लाइन)। चित्रा 2 बी नाइट्रोजन और कार्बन के परमाणु स्पिन के आरंभ की प्रक्रियाओं को दर्शाता है।

इलेक्ट्रॉन फिर से लाल प्रकाश के साथ शुरू होता है। फिर इलेक्ट्रॉन और कार्बन को माइक्रोवेव विकिरण और एक रेडियो तरंग का उपयोग करके संसाधित किया जाता है, जिसके बीच में उलझाव पैदा होता है।⟩ ⁺ 1 _{e , C} = 1 / √2 (! + 1, are _{, e , C} + | -1, are⟩ _{e , C} , _C ) जो बेल के चार राज्यों में से एक है, चित्रा 2 सी पूरी प्रक्रिया का एक क्वांटम आरेख दिखाता है।

इसके अलावा, इलेक्ट्रॉन को एक आने वाले फोटॉन को एक मनमाने ढंग से ध्रुवीकरण के साथ अवशोषित करने की अनुमति मिलती है, जो इलेक्ट्रॉन को एक अन्य स्पिन-ऑर्बिट आइजेनस्टेट में उत्तेजित करता है। एक फोटॉन का अवशोषण बेलन में से एक में फोटॉन के ध्रुवीकरण और इलेक्ट्रॉन के स्पिन राज्य की स्थिति को दर्शाता है। तैयार राज्य का प्रक्षेपण, फोटॉन के मनमाने ढंग से ध्रुवीकरण और एक उलझे हुए इलेक्ट्रॉन-कार्बन राज्य से मिलकर किया जाता है, इस प्रकार व्यक्त किया जाता है:



नतीजतन, हम अतिरिक्त एकात्मक ऑपरेशन, _{y के} साथ फोटॉन के ध्रुवीकरण राज्य को प्राप्त करते हैं।

प्रायोगिक टेलीपोर्टेशन कार्यान्वयन

और अब आप शब्दों से (या फ़ार्मुलों से) कार्रवाई के लिए जा सकते हैं। सबसे पहले, माप इनपुट फोटॉन और स्थानांतरित कार्बन के बीच चरण सहसंबंध से बने थे, जो हस्तांतरण ऑपरेशन में क्वांटम सुसंगतता के संरक्षण को दर्शाता है।


चित्र संख्या 3

चित्रा 3 ए धुरी के साथ मापा कार्बन परमाणु स्पिन की आबादी पर फोटॉन ध्रुवीकरण की निर्भरता को दर्शाता है। +⟩ _C - | -⟩ _C ये डेटा रेडियो तरंग और माइक्रोवेव विकिरण को लागू करने के बाद फोटॉनों की संख्या को मापने के द्वारा प्राप्त किए गए थे, इसके बाद राज्य के साथ लाल प्रकाश गूंज रहा था। E x state जैसा कि वैज्ञानिकों ने माना, एक मजबूत एंटीपेज़ सहसंबंध मनाया जाता है, जो स्थानांतरण की मात्रा प्रकृति का संकेत देता है।

फिर शोधकर्ताओं ने फोटॉन ध्रुवीकरण ( 3 बी ) के छह बुनियादी राज्यों को लागू करके राज्य हस्तांतरण के दौरान क्वांटम प्रक्रिया की वैधता की जांच करने का फैसला किया, जिसके बाद उन्होंने क्वांटम राज्य की टोमोग्राफी के आधार पर हस्तांतरण के बाद परमाणु कार्बन स्पिन की स्थिति का अनुमान लगाया। चित्र 3 बी में छह फोटॉन ध्रुवीकरणों से स्थानांतरित कार्बन परमाणु स्पिन राज्यों के लिए बलोच वैक्टर दिखाए गए हैं।

निष्ठा * - क्वांटम सूचना विज्ञान में यह दो क्वांटम राज्यों की निकटता का एक उपाय है। यह संभावना व्यक्त करता है कि शर्तों में से एक परीक्षा पास करेगी, जो इसे दूसरे के रूप में पहचानती है।

निष्ठा 78% 2% के औसत पर पहुंची, जो 67% ( 3 डी ) की शास्त्रीय सीमा से काफी अधिक है। बलोच वैक्टर ने क्वांटम ट्रांसफर चैनल का अनुमान लगाना संभव बनाया, जैसा कि 3 डी में दिखाया गया है। स्थानांतरण प्रक्रिया की सटीकता 76% थी। इससे पता चलता है कि स्थानांतरण चैनल क्वांटम सुसंगतता का समर्थन करता है।

क्वांटम राज्य के हस्तांतरण की निष्ठा में कमी कई कारकों के कारण होती है: उलझाव और बेल राज्य माप की अपूर्णता, जो स्पिनों के अधूरे प्रारंभ ( 3f ) के कारण होती है; क्रिस्टल विरूपण ( 3 जी ) के कारण कक्षीय उत्तेजित राज्यों का मिश्रण; बेल राज्य को मापने के लिए चरण रोटेशन; शटर त्रुटियों।

आरंभीकरण अनुक्रम की पुनरावृत्ति द्वारा आरंभीकरण की निष्ठा में सुधार किया जा सकता है, और क्रिस्टल के विरूपण के प्रभाव को ई _एक्स और ई _वाई , जो विरूपण के एक्स और वाई घटक हैं, की पहचान करके ऑफसेट किया जा सकता है। स्थानांतरण से पहले परमाणु नाइट्रोजन स्पिन को 0⟩ _{एन में} चरण रोटेशन से बचा जा सकता है।

अध्ययन की बारीकियों के साथ एक अधिक विस्तृत परिचित के लिए, मैं सुझाव देता हूं कि आप वैज्ञानिकों की रिपोर्ट और इसके लिए अतिरिक्त सामग्रियों पर ध्यान दें।

उपसंहार

स्वयं शोधकर्ताओं का कहना है कि उनकी तकनीक अभी भी प्रारंभिक अवस्था में है, केवल एक फोटॉन के ध्रुवीकरण राज्य के सफल हस्तांतरण से इसका सबूत है, जबकि एक पल्स (200 एनडब्ल्यू, 20 एनएस) में लगभग 10 ⁴ फोटॉन हैं। नतीजतन, उनमें से कम से कम दो को स्थानांतरित करने की संभावना 2.5% है। यह खगोलीय रूप से छोटा नहीं है, लेकिन डींग मारने और उकसाने के लिए यह अभी भी पर्याप्त नहीं है, और वैज्ञानिक इसे समझते हैं। भविष्य में, वे अपने दिमाग की उपज में सुधार जारी रखने का इरादा रखते हैं। उन्हें यकीन है कि क्वांटम कंप्यूटिंग, क्वांटम संचार और क्वांटम डेटा वेयरहाउस जैसी अपेक्षित प्रौद्योगिकियों के कार्यान्वयन में उनका काम बहुत उपयोगी होगा। कोई फर्क नहीं पड़ता कि उपरोक्त सभी तकनीकों को बनाने की प्रक्रिया में कितना समय लगता है, यह निश्चित रूप से पोर्टल 3 की रिलीज से पहले होगा (क्षमा करें, मैं विरोध नहीं कर सका)।

आपका ध्यान के लिए धन्यवाद, जिज्ञासु बने रहें और एक अच्छा काम करने का सप्ताह है, दोस्तों! :)

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