क्वांटम संचार: अणु, दुर्लभ पृथ्वी और ऑप्टिकल

क्वांटम सूचना प्रौद्योगिकी क्वांटम यांत्रिकी पर आधारित एक नई सूचना प्रौद्योगिकी है, जो इसमें निहित भौतिक जानकारी को एन्कोड, गणना और प्रसारित करती है।क्वांटम प्रणाली. क्वांटम सूचना प्रौद्योगिकी का विकास और अनुप्रयोग हमें "क्वांटम युग" में लाएगा, और उच्च कार्य कुशलता, अधिक सुरक्षित संचार विधियों 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, ऐसी सामग्री ढूंढना बहुत मुश्किल है जो ऑप्टिकल के क्वांटम गुणों का पूरा लाभ उठा सके।

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

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

क्वांटम अवस्थाओं को आरोपित किया जा सकता है, इसलिए क्वांटम जानकारी को आरोपित किया जा सकता है। एक एकल क्वबिट एक साथ 0 और 1 के बीच विभिन्न राज्यों का प्रतिनिधित्व कर सकता है, जिससे डेटा को बैचों में समानांतर में संसाधित किया जा सकता है। परिणामस्वरूप, पारंपरिक डिजिटल कंप्यूटर की तुलना में क्वांटम कंप्यूटर की कंप्यूटिंग शक्ति तेजी से बढ़ जाएगी। हालाँकि, कम्प्यूटेशनल संचालन करने के लिए, क्वैबिट का सुपरपोजिशन कुछ समय तक लगातार बने रहने में सक्षम होना चाहिए। क्वांटम यांत्रिकी में, स्थिरता की इस अवधि को सुसंगत जीवनकाल के रूप में जाना जाता है। जटिल अणुओं के परमाणु स्पिन लंबे शुष्क जीवनकाल के साथ सुपरपोजिशन स्थिति प्राप्त कर सकते हैं क्योंकि परमाणु स्पिन पर पर्यावरण के प्रभाव को प्रभावी ढंग से संरक्षित 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 उपकरण. आणविक क्रिस्टल को एकीकृत करना आसान है, लेकिन स्पिन और प्रकाश के बीच एक विश्वसनीय संबंध स्थापित करना मुश्किल है क्योंकि उत्सर्जन बैंड बहुत व्यापक हैं।

इस कार्य में विकसित दुर्लभ पृथ्वी आणविक क्रिस्टल दोनों के फायदों को बड़े करीने से जोड़ते हैं, 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/परमाणु स्पिन इंटरफ़ेस उत्पन्न किया जा सकता है। इस आधार पर, शोधकर्ताओं ने परमाणु स्पिन स्तर को संबोधित करने, फोटॉन के सुसंगत भंडारण और पहले क्वांटम ऑपरेशन के निष्पादन को आगे बढ़ाया।

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

क्वांटम कंप्यूटिंग के लिए एक अन्य आवश्यकता व्यक्तिगत क्वैबिट की पता योग्यता 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 के ऑप्टिकल सुसंगतता में लगभग एक हजार गुना सुधार हुआ है, ताकि परमाणु स्पिन राज्यों को एक विशिष्ट तरीके से वैकल्पिक रूप से हेरफेर किया जा सके।

दूरस्थ क्वांटम संचार के लिए क्वांटम कंप्यूटरों को जोड़ने के लिए लंबी दूरी की क्वांटम सूचना वितरण के लिए ऑप्टिकल सिग्नल भी उपयुक्त हैं। चमकदार सिग्नल को बढ़ाने के लिए फोटोनिक संरचना में नए Eu³ + आणविक क्रिस्टल के एकीकरण पर और 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 दिशा में एक महत्वपूर्ण कदम उठाता है।