वैज्ञानिकों ने एक कदम करीब आ गया है क्वांटम इंटरनेट दुनिया का पहला मल्टीनोड क्वांटम नेटवर्क बनाकर।
नीदरलैंड्स के QuTech रिसर्च सेंटर के शोधकर्ताओं ने यह प्रणाली बनाई, जो तीन क्वांटम नोड्स से बनी है, जो कि डरावना कानूनों द्वारा उलझे हुए हैं क्वांटम यांत्रिकी जो कि उप-परमाणु कणों को नियंत्रित करता है। यह पहली बार है कि दो से अधिक क्वांटम बिट्स, या “क्वाइबेट्स,” जो क्वांटम कंप्यूटिंग में गणना को एक साथ “नोड्स” या नेटवर्क एंडपॉइंट के रूप में जोड़ा गया है।
शोधकर्ताओं को पहले क्वांटम नेटवर्क की उम्मीद है कि कंप्यूटिंग अनुप्रयोगों के एक धन को अनलॉक किया जा सकता है जो कि मौजूदा शास्त्रीय उपकरणों द्वारा प्रदर्शन नहीं किया जा सकता है – जैसे कि तेज गणना और बेहतर क्रिप्टोग्राफी।
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क्वेच अनुसंधान दल के एक सदस्य माटेफो पोम्पीली ने कहा, “यह हमें कंप्यूटिंग शक्ति के लिए क्वांटम कंप्यूटरों को जोड़ने, अयोग्य नेटवर्क बनाने और परमाणु घड़ियों और दूरबीनों को समन्वय के अभूतपूर्व स्तरों के साथ जोड़ने की अनुमति देगा।” नीदरलैंड में, लाइव साइंस को बताया। “ऐसे अनुप्रयोगों का भी भार है जिन्हें हम वास्तव में नहीं देख सकते हैं। एक एल्गोरिथ्म बनाने के लिए हो सकता है जो उदाहरण के लिए सुरक्षित तरीके से चुनाव चलाएगा।”
पारंपरिक कंप्यूटर बिट डिजिटल जानकारी की मूल इकाई है, उसी तरह क्वांटम सूचना की मूल इकाई है। बिट की तरह, qubit या तो 1 या 0 हो सकता है, जो दो-राज्य प्रणाली में दो संभावित पदों का प्रतिनिधित्व करता है।
लेकिन यह सिर्फ इसके बारे में है जहां समानताएं समाप्त होती हैं। क्वांटम दुनिया के विचित्र कानूनों के लिए धन्यवाद, qubit 1 और 0 दोनों राज्यों के एक सुपरपोजिशन में मौजूद हो सकता है जब तक कि इसे मापा नहीं जाता है, जब यह यादृच्छिक रूप से 1 या 0. में से एक में ढह जाएगा। यह अजीब व्यवहार की कुंजी है क्वांटम कंप्यूटिंग की शक्ति के रूप में, यह एक qubit एक साथ कई गणना करने के लिए अनुमति देता है।
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उन क्वांटम नेटवर्क को एक साथ जोड़ने में सबसे बड़ी चुनौती एक प्रक्रिया को स्थापित करना और बनाए रखना है, जिसे उलझाव, या क्या कहा जाता है अल्बर्ट आइंस्टीन डब “दूरी पर डरावना कार्रवाई।” यह तब होता है जब दो गुण युग्मित हो जाते हैं, उनके गुणों को जोड़ते हैं ताकि एक कण में कोई भी परिवर्तन दूसरे में परिवर्तन का कारण बन जाए, भले ही वे विशाल दूरी से अलग हो जाएं।
आप कई तरीकों से क्वांटम नोड्स को उलझा सकते हैं, लेकिन एक आम विधि फोटॉन, या हल्के कणों के साथ स्थिर क्वैश्चंस (जो नेटवर्क के नोड्स बनाते हैं) को पहले एक दूसरे पर फोटॉनों को फैंकने से काम करती है। जब वे मिलते हैं, तो दो फोटॉन भी उलझ जाते हैं, जिससे क्वैट्स उलझ जाते हैं। यह दो स्थिर नोड्स को बांधता है जो एक दूरी से अलग होते हैं। एक में किए गए किसी भी परिवर्तन को दूसरे को तात्कालिक परिवर्तन द्वारा परिलक्षित किया जाता है।
“एक दूरी पर डरावना कार्रवाई” वैज्ञानिकों को एक कण की स्थिति को अपने दूर उलझे साथी की स्थिति में परिवर्तन करके, बड़े अंतराल पर प्रभावी रूप से टेलीपोर्टिंग जानकारी को बदलने की सुविधा देता है। लेकिन उलझाव की स्थिति को बनाए रखना एक कठिन कार्य है, विशेष रूप से क्योंकि उलझी हुई प्रणाली को हमेशा बाहरी दुनिया के साथ बातचीत करने और एक प्रक्रिया द्वारा नष्ट होने का खतरा होता है।
इसका मतलब है, पहला, कि क्वांटम नोड्स को क्रायोस्टैट्स नामक उपकरणों के अंदर बेहद ठंडे तापमान पर रखना होता है ताकि इस संभावना को कम किया जा सके कि क्वेट सिस्टम के बाहर किसी चीज के साथ हस्तक्षेप करेंगे। दूसरा, उलझाव में उपयोग किए गए फोटोन अवशोषित या बिखरे होने से पहले बहुत लंबी दूरी की यात्रा नहीं कर सकते हैं, – दो नोड्स के बीच भेजे जा रहे सिग्नल को नष्ट करना।
“समस्या यह है कि शास्त्रीय नेटवर्क के विपरीत, आप क्वांटम संकेतों को बढ़ा नहीं सकते। यदि आप क्वेट को कॉपी करने की कोशिश करते हैं, तो आप मूल प्रति को नष्ट कर देते हैं,” पॉम्पिली ने भौतिकी का उल्लेख करते हुए कहा, “नो-क्लोनिंग प्रमेय,” जो बताता है कि यह असंभव है। एक अज्ञात क्वांटम राज्य की एक समान प्रतिलिपि बनाने के लिए। “यह वास्तव में उन दूरी को सीमित करता है जो हम क्वांटम सिग्नल को दसियों किलोमीटर तक भेज सकते हैं। यदि आप दुनिया के किसी अन्य व्यक्ति के साथ क्वांटम संचार स्थापित करना चाहते हैं, तो आपको बीच में रिले नोड्स की आवश्यकता होगी।”
समस्या को हल करने के लिए, टीम ने तीन नोड्स के साथ एक नेटवर्क बनाया, जिसमें फोटॉन अनिवार्य रूप से मध्य नोड पर एक से एक बाहरी नोड पर एक क्वाइल से “पास” करते हैं। मध्य नोड में दो क्वैबिट होते हैं – एक उलझा हुआ राज्य प्राप्त करने के लिए और एक इसे स्टोर करने के लिए। एक बार एक बाहरी नोड और मध्य नोड के बीच उलझाव जमा हो जाने पर, मध्य नोड अपनी बाहरी कक्षा के साथ दूसरे बाहरी नोड को उलझा देता है। इस सब के साथ, मध्य नोड अपनी दो क्वैब को उलझा देता है, जिससे बाहरी नोड्स की क्वैब्स उलझ जाती हैं।
लेकिन क्लासिक “रिवर क्रॉसिंग पज़ल” पर इस अजीब क्वांटम मैकेनिकल स्पिन को डिजाइन करना शोधकर्ताओं की परेशानियों का कम से कम था – अजीब, निश्चित रूप से, लेकिन बहुत मुश्किल नहीं एक विचार। उलझे हुए फोटॉनों को बनाने और उन्हें सही तरीके से नोड्स में बीम करने के लिए, शोधकर्ताओं को दर्पण और लेजर प्रकाश की एक जटिल प्रणाली का उपयोग करना पड़ा। वास्तव में कठिन हिस्सा सिस्टम में pesky शोर को कम करने की तकनीकी चुनौती थी, साथ ही यह सुनिश्चित करता था कि फोटॉन का उत्पादन करने के लिए उपयोग किए जाने वाले सभी लेजर पूरी तरह से सिंक्रनाइज़ किए गए थे।
“हम हर नोड के लिए तीन से चार लेज़र होने के बारे में बात कर रहे हैं, इसलिए आपके पास 10 लेज़र और तीन क्रायोस्टैट हैं जो सभी को एक ही समय में काम करने की आवश्यकता है, साथ ही सभी इलेक्ट्रॉनिक्स और सिंक्रोनाइज़ेशन के साथ,” पोम्पीली ने कहा।
थ्री-नोड सिस्टम विशेष रूप से उपयोगी है क्योंकि मेमोरी क्वाइब, शोधकर्ताओं को नोड द्वारा नेटवर्क नोड में प्रवेश करने की अनुमति देता है, बजाय एक बार में इसे करने की अधिक मांग की आवश्यकता के। जैसे ही यह किया जाता है, सूचना पूरे नेटवर्क में प्रसारित की जा सकती है।
अपने नए नेटवर्क के साथ शोधकर्ताओं के अगले चरणों में इस जानकारी को बीम करने की कोशिश की जाएगी, साथ ही नेटवर्क की कंप्यूटिंग क्षमताओं के आवश्यक घटकों में सुधार किया जाएगा ताकि वे नियमित कंप्यूटर नेटवर्क की तरह काम कर सकें। ये सभी चीजें उस पैमाने को निर्धारित करेंगी जो नए क्वांटम नेटवर्क तक पहुंच सकता है।
वे यह भी देखना चाहते हैं कि क्या उनकी प्रणाली उन्हें डेल्फ्ट और हेग के बीच दो डच शहरों के बीच उलझाव स्थापित करने की अनुमति देगी जो लगभग 6 मील (10 किलोमीटर) दूर हैं।
“अभी, हमारे सभी नोड 10 से 20 मीटर के भीतर हैं [32 to 66 feet] एक दूसरे के साथ, “पोम्पीली ने कहा।” यदि आप कुछ उपयोगी चाहते हैं, तो आपको किलोमीटर पर जाने की आवश्यकता है। यह पहली बार होने जा रहा है जब हम लंबी दूरी के बीच एक कड़ी बनाने जा रहे हैं। “
शोधकर्ताओं ने अपने निष्कर्ष 16 अप्रैल को जर्नल में प्रकाशित किए विज्ञान।
मूल रूप से लाइव साइंस पर प्रकाशित।
