लेख का अनुवाद "अंतरिक्ष में क्वांटम इंटरनेट क्यों बनाया जाना चाहिए"

नमस्कार, हेब्र! मैं आपको एमआईटी टेक्नोलॉजी रिव्यू से "अंतरिक्ष में क्वांटम इंटरनेट क्यों बनाया जाना चाहिए" लेख का अनुवाद पेश करता हूं।

भौतिकविदों का मानना ​​है कि दुनिया भर में एक क्वांटम नेटवर्क फैलाने का सबसे अच्छा तरीका उपग्रहों की परिक्रमा करना है।

ArXiv से उभरती हुई प्रौद्योगिकी द्वारा लेखक

क्वांटम इंटरनेट कई इंजीनियरों का सपना है जिनके बारे में पिछले कुछ वर्षों से बात की गई है। अविश्वसनीय रूप से सुरक्षित संदेश भेजने के लिए फोटॉन और इलेक्ट्रॉनों के असामान्य गुणों का उपयोग करने का विचार है।

इस तकनीक में सरकार और सेना के लिए स्पष्ट आवेदन है, लेकिन इसमें
बैंकों और वित्त के अन्य क्षेत्रों में भी रुचि है, जिन्हें अनुबंध से धन हस्तांतरण तक सब कुछ की रक्षा करने की आवश्यकता है। इससे भी महत्वपूर्ण बात, इस प्रकार की सुरक्षा बढ़ रही है
क्वांटम कंप्यूटरों के कारण आवश्यक है जो उपयोग किए गए कोड को क्रैक कर सकते हैं
अधिकांश संदेशों की सुरक्षा के लिए।

इसलिए हम एक दिलचस्प सवाल उठाते हैं: "वैज्ञानिकों और इंजीनियरों को क्वांटम इंटरनेट के निर्माण की समस्या को कैसे हल करना चाहिए जो पूरे विश्व को कवर करेगा?"

लुइसियाना स्टेट यूनिवर्सिटी में आज सुमीत खत्री और उनके सहयोगियों के लिए धन्यवाद, हमारे पास इसका जवाब है। उनकी टीम ने क्वांटम इंटरनेट बनाने के विभिन्न तरीकों का अध्ययन किया और यह साबित किया कि सबसे अधिक लागत प्रभावी समाधान क्वांटम उपग्रहों का निर्माण करना होगा जो पृथ्वी पर "उलझे हुए" फोटॉनों को लगातार भेजने में सक्षम हों। दूसरे शब्दों में, क्वांटम इंटरनेट को स्थान देना चाहिए।

पहला, थोड़ा इतिहास। किसी भी क्वांटम नेटवर्क की कुंजी उलझाव की अजीब संपत्ति है। एक घटना जिसमें दो क्वांटम कण एक ही स्थिति में होते हैं, भले ही वे एक बड़ी दूरी से अलग हो जाएं। यह सुनिश्चित करता है कि एक कण की स्थिति को मापना तुरंत दूसरे को प्रभावित करता है, एक प्रभाव जिसे आइंस्टीन ने "भयानक लंबी दूरी की कार्रवाई" कहा।

भौतिक विज्ञानी आमतौर पर एक बिंदु पर और एक ही समय में बनाए गए फोटॉनों की एक जोड़ी का उपयोग करते हुए उलझाव का प्रचार करते हैं। जब फोटॉनों को अलग-अलग दिशाओं में भेजा जाता है, तो उन्हें जोड़ने वाले पेचीदगियों का उपयोग सुरक्षित संदेश भेजने के लिए किया जा सकता है।

समस्या यह है कि उलझाव नाजुक और बनाए रखने के लिए कठिन है। किसी भी फोटॉन और आस-पास के स्थान के बीच कोई भी छोटा सा संपर्क कनेक्शन को नष्ट कर देता है। बेशक, ऐसा ही होता है जब भौतिक विज्ञानी वायुमंडल या फाइबर के माध्यम से फोटॉन भेजते हैं। फोटॉन वायुमंडल या कांच में अन्य परमाणुओं के साथ बातचीत करते हैं, बंधन नष्ट हो जाता है। इसलिए, अधिकतम दूरी जिस पर भ्रम बनाए रखा जा सकता है वह केवल कुछ सौ किलोमीटर है।

फिर एक क्वांटम नेटवर्क कैसे बनाया जाए जो पूरे ग्रह को कवर करे? एक विकल्प "क्वांटम रिपीटर्स" का उपयोग है, जो डिवाइस रसीद पर फोटॉनों के क्वांटम गुणों को मापते हैं और इन गुणों को नए फोटॉनों पर प्रेषित करते हैं जो भेजे जाते हैं। इससे भ्रम बना रहता है, जिससे आप इसे एक पुनरावर्तक से दूसरे में पहुंचा सकते हैं। हालाँकि, यह तकनीक प्रयोगात्मक है, और इसे व्यावसायिक उपयोग से पहले कुछ और वर्षों की आवश्यकता है।

दूसरा तरीका यह है कि अंतरिक्ष में फोटॉन की जटिल जोड़ी बनाकर उन्हें पृथ्वी पर दो अलग-अलग स्टेशनों में भेजा जाए। ये दोनों स्टेशन जुड़े हुए हैं, जिससे पूरी गोपनीयता के साथ उनके बीच संदेशों का आदान-प्रदान हो सके।

2017 में, चीनी उपग्रह Mo-tzu ने पहली बार दिखाया कि उलझाव को इस तरह से प्रसारित किया जा सकता है। यह पता चला कि इस परिदृश्य में फोटॉन बहुत आगे की यात्रा कर सकते हैं, क्योंकि केवल आखिरी 20 किलोमीटर का रास्ता वायुमंडल से होकर गुजरता है, बशर्ते कि उपग्रह आसमान में ऊंचा हो और क्षितिज के बहुत पास न हो।

खत्री और कं। तर्क है कि इस तरह के उपग्रहों का नक्षत्र वैश्विक क्वांटम इंटरनेट बनाने का एक बहुत अच्छा तरीका है। लब्बोलुआब यह है कि सुरक्षित संचार के लिए, दो ग्राउंड स्टेशन को एक ही समय में एक ही उपग्रह से जोड़ा जाना चाहिए ताकि वे इससे उलझे हुए फोटॉनों को प्राप्त कर सकें।

उच्चतम संभव कवरेज के लिए उपग्रहों को किस ऊंचाई पर उड़ना चाहिए? और कितने की आवश्यकता होगी?

फिलहाल, उपग्रह एक महंगा संसाधन हैं, इसलिए मैं पूर्ण और निरंतर कवरेज बनाए रखते हुए, उनका यथासंभव उपयोग करना चाहूंगा। समित खत्री एंड कंपनी

जवाब देने के लिए टीम ने एक ऐसे नक्षत्र का मॉडल बनाया। यह पता चला कि आपको कई महत्वपूर्ण ट्रेड-ऑफ पर विचार करने की आवश्यकता है जो आपको करना है। उदाहरण के लिए, कम उपग्रह पूर्ण कक्षा प्रदान कर सकते हैं जब वे कक्षा में उच्च होते हैं। लेकिन उपग्रह जितने अधिक होंगे, फोटॉनों का नुकसान उतना ही अधिक होगा।

इसके अलावा, कम कक्षा में उपग्रह स्टेशनों के बीच केवल कम दूरी को कवर कर सकते हैं, क्योंकि दोनों को एक ही समय में एक ही उपग्रह को देखना होगा।

इन सीमाओं को स्वीकार करते हुए, खत्री और उनकी टीम ने एक बेहतर संतुलन का प्रस्ताव दिया: समुद्र तल से लगभग 3,000 किलोमीटर की ऊंचाई पर कम से कम 400 उपग्रहों का एक तारामंडल। तुलना के लिए, जीपीएस में 24 उपग्रहों की लागत है।

तब भी, पृथ्वी स्टेशनों के बीच अधिकतम दूरी 7,500 किलोमीटर तक सीमित होगी। इसका मतलब यह है कि इस तरह की प्रणाली लंदन और मुंबई के बीच सुरक्षित डेटा ट्रांसमिशन प्रदान कर सकती है, जिसके बीच 7200 किलोमीटर है, लेकिन लंदन और ह्यूस्टन (एक दूसरे से 7800 किलोमीटर) या आगे स्थित किसी भी अन्य शहरों के बीच नहीं। यह एक महत्वपूर्ण कमी है।

इसके बावजूद, अंतरिक्ष क्वांटम इंटरनेट स्थलीय क्वांटम पुनरावर्तक प्रणाली से कहीं बेहतर है, खत्री और कं। - रिपीटर 200 किलोमीटर से कम के सेगमेंट पर स्थित होना चाहिए, इसलिए बड़ी दूरी को कवर करने के लिए बड़ी संख्या में इन उपकरणों की आवश्यकता होगी। यह क्वांटम इंटरनेट पर अपने स्वयं के प्रतिबंध लगाता है।

हम मानते हैं कि उपग्रहों के ज़मीनी प्रसार के आधार पर उपग्रहों का महत्वपूर्ण लाभ है। समित खत्री एंड कंपनी

बेशक, ऐसी प्रणाली को महत्वपूर्ण निवेश की आवश्यकता होगी। चीन को इस तरह की तकनीक के साथ एक उपग्रह का अनुभव होने का स्पष्ट लाभ है। और वे रुकने वाले नहीं हैं।

इसी समय, यूरोप और यूएसए में इस संबंध में कम महत्वाकांक्षा दिखाई गई है। अगर यह तकनीक अपना मूल्य साबित कर दे तो चीजें जल्दी बदल सकती हैं। फिर एक क्वांटम स्पेस रेस भड़क सकती है।