क्वांटम संचार: अणु, दुर्लभ मृदा और प्रकाशिकी

क्वांटम सूचना प्रौद्योगिकी क्वांटम यांत्रिकी पर आधारित एक नई सूचना प्रौद्योगिकी है, जो क्वांटम सिस्टम में निहित भौतिक जानकारी को एनकोड, गणना और संचारित करती है।क्वांटम प्रणालीक्वांटम सूचना प्रौद्योगिकी का विकास और अनुप्रयोग हमें "क्वांटम युग" में ले जाएगा, और उच्च कार्य दक्षता, अधिक सुरक्षित संचार पद्धति और अधिक सुविधाजनक और हरित जीवन शैली का एहसास कराएगा।

क्वांटम प्रणालियों के बीच संचार की दक्षता प्रकाश के साथ बातचीत करने की उनकी क्षमता पर निर्भर करती है। हालाँकि, ऐसा पदार्थ ढूँढना बहुत मुश्किल है जो प्रकाश के क्वांटम गुणों का पूरा लाभ उठा सके।

हाल ही में, पेरिस में रसायन विज्ञान संस्थान और कार्ल्सरूहे प्रौद्योगिकी संस्थान की एक शोध टीम ने मिलकर ऑप्टिकल क्वांटम सिस्टम में अनुप्रयोगों के लिए दुर्लभ पृथ्वी यूरोपियम आयनों (Eu³ +) पर आधारित आणविक क्रिस्टल की क्षमता का प्रदर्शन किया। उन्होंने पाया कि इस Eu³ + आणविक क्रिस्टल का अल्ट्रा-संकीर्ण लाइनविड्थ उत्सर्जन प्रकाश के साथ कुशल संपर्क को सक्षम बनाता है और इसमें महत्वपूर्ण मूल्य है।क्वांटम संचारऔर क्वांटम कंप्यूटिंग।

चित्र 1: दुर्लभ पृथ्वी युरोपियम आणविक क्रिस्टल पर आधारित क्वांटम संचार

क्वांटम अवस्थाओं को आरोपित किया जा सकता है, इसलिए क्वांटम सूचना को आरोपित किया जा सकता है। एक एकल क्यूबिट एक साथ 0 और 1 के बीच विभिन्न अवस्थाओं का प्रतिनिधित्व कर सकता है, जिससे डेटा को बैचों में समानांतर रूप से संसाधित किया जा सकता है। परिणामस्वरूप, पारंपरिक डिजिटल कंप्यूटरों की तुलना में क्वांटम कंप्यूटरों की कंप्यूटिंग शक्ति तेजी से बढ़ेगी। हालाँकि, कम्प्यूटेशनल ऑपरेशन करने के लिए, क्यूबिट्स का सुपरपोजिशन एक निश्चित अवधि के लिए स्थिर रूप से बने रहने में सक्षम होना चाहिए। क्वांटम यांत्रिकी में, स्थिरता की इस अवधि को सुसंगति जीवनकाल के रूप में जाना जाता है। जटिल अणुओं के परमाणु स्पिन लंबे शुष्क जीवनकाल के साथ सुपरपोजिशन अवस्थाओं को प्राप्त कर सकते हैं क्योंकि परमाणु स्पिन पर पर्यावरण के प्रभाव को प्रभावी रूप से परिरक्षित किया जाता है।

दुर्लभ पृथ्वी आयन और आणविक क्रिस्टल दो प्रणालियाँ हैं जिनका उपयोग क्वांटम प्रौद्योगिकी में किया गया है। दुर्लभ पृथ्वी आयनों में उत्कृष्ट ऑप्टिकल और स्पिन गुण होते हैं, लेकिन उन्हें एकीकृत करना मुश्किल होता हैऑप्टिकल उपकरणआणविक क्रिस्टल को एकीकृत करना आसान है, लेकिन स्पिन और प्रकाश के बीच एक विश्वसनीय संबंध स्थापित करना मुश्किल है क्योंकि उत्सर्जन बैंड बहुत चौड़े हैं।

इस कार्य में विकसित दुर्लभ पृथ्वी आणविक क्रिस्टल दोनों के लाभों को बड़े करीने से जोड़ते हैं, जिसमें लेजर उत्तेजना के तहत, Eu³ + परमाणु स्पिन के बारे में जानकारी ले जाने वाले फोटॉन उत्सर्जित कर सकता है। विशिष्ट लेजर प्रयोगों के माध्यम से, एक कुशल ऑप्टिकल/न्यूक्लियर स्पिन इंटरफ़ेस उत्पन्न किया जा सकता है। इस आधार पर, शोधकर्ताओं ने आगे परमाणु स्पिन स्तर के पते, फोटॉनों के सुसंगत भंडारण और पहले क्वांटम ऑपरेशन के निष्पादन को महसूस किया।

कुशल क्वांटम कंप्यूटिंग के लिए, आमतौर पर कई उलझे हुए क्यूबिट की आवश्यकता होती है। शोधकर्ताओं ने प्रदर्शित किया कि उपरोक्त आणविक क्रिस्टल में Eu³ + आवारा विद्युत क्षेत्र युग्मन के माध्यम से क्वांटम उलझाव को प्राप्त कर सकता है, इस प्रकार क्वांटम सूचना प्रसंस्करण को सक्षम करता है। चूँकि आणविक क्रिस्टल में कई दुर्लभ पृथ्वी आयन होते हैं, इसलिए अपेक्षाकृत उच्च क्यूबिट घनत्व प्राप्त किया जा सकता है।

क्वांटम कंप्यूटिंग के लिए एक और आवश्यकता व्यक्तिगत क्यूबिट की एड्रेसेबिलिटी है। इस कार्य में ऑप्टिकल एड्रेसिंग तकनीक पढ़ने की गति में सुधार कर सकती है और सर्किट सिग्नल के हस्तक्षेप को रोक सकती है। पिछले अध्ययनों की तुलना में, इस कार्य में रिपोर्ट किए गए Eu³ + आणविक क्रिस्टल की ऑप्टिकल सुसंगतता में लगभग एक हजार गुना सुधार हुआ है, ताकि परमाणु स्पिन अवस्थाओं को एक विशिष्ट तरीके से ऑप्टिकल रूप से हेरफेर किया जा सके।

ऑप्टिकल सिग्नल लंबी दूरी की क्वांटम सूचना वितरण के लिए भी उपयुक्त हैं, ताकि दूरस्थ क्वांटम संचार के लिए क्वांटम कंप्यूटरों को जोड़ा जा सके। चमकदार सिग्नल को बढ़ाने के लिए फोटोनिक संरचना में नए Eu³ + आणविक क्रिस्टल के एकीकरण पर आगे विचार किया जा सकता है। यह कार्य क्वांटम इंटरनेट के आधार के रूप में दुर्लभ पृथ्वी अणुओं का उपयोग करता है, और भविष्य के क्वांटम संचार आर्किटेक्चर की ओर एक महत्वपूर्ण कदम उठाता है।