Three-Qubit Quantum Energy Teleportation Protocol for Significantly High Energy Efficiency Utilizing Superconducting Qubits
यह शोध पत्र सुपरकंडक्टिंग क्वबिट्स पर एक नवीन आइसिंग-मॉडल हैमिल्टोनियन का उपयोग करते हुए एक तीन-क्वबिट क्वांटम एनर्जी टेलीपोर्टेशन प्रोटोकॉल प्रस्तावित करता है, जो एक मल्टीपल-इनपुट सिंगल-आउटपुट कॉन्फ़िगरेशन में 34-42% की शुद्ध टेलीपोर्टेशन दक्षता प्राप्त करता है, जो पिछले दो-क्वबिट कार्यान्वयन से काफी अधिक है।
मूल पेपर CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) के तहत लाइसेंस किया गया है। नीचे दिए गए पेपर की यह व्याख्या AI से तैयार की गई है। इसे लेखकों ने न तो लिखा है, न इसका समर्थन किया है। तकनीकी सटीकता के लिए मूल पेपर देखें। पूरा डिस्क्लेमर पढ़ें
कल्पना कीजिए कि आपके पास एक क्वांटम सिस्टम के भीतर छिपा हुआ ऊर्जा का एक गुप्त भंडार है, जैसे कि उलझी हुई लताओं के मैदान में दबा हुआ खजाना। लंबे समय तक, वैज्ञानिकों को पता था कि वे इस ऊर्जा को एक व्यक्ति (एलिस) से दूसरे व्यक्ति (बॉब) तक बिना भौतिक रूप से हिलाए "टेलीपोर्ट" कर सकते हैं, लेकिन एक समस्या थी: यह प्रक्रिया अविश्वसनीय रूप से बर्बादी भरी थी। केवल दो "क्वांटम बिट्स" (क्यूबिट्स) का उपयोग करने वाले पुराने, सरल संस्करण में, एलिस जितनी ऊर्जा डालती थी, बॉब वापस लगभग 11.7% ही प्राप्त कर पाता था। बाकी हिस्सा क्वांटम शोर (noise) में गायब होता हुआ प्रतीत होता था।
एक टीम के शोधकर्ताओं ने एक नया तरीका आजमाया है। उन्होंने दो क्यूबिट्स के बजाय तीन क्यूबिट्स का उपयोग करके एक थोड़ा अधिक जटिल मशीन बनाया है। इसे दो-व्यक्ति वाले रस्साकशी के खेल से तीन-व्यक्ति वाले खेल में अपग्रेड करने जैसा समझें जहाँ रस्सियाँ एक विशेष गांठ में बंधी होती हैं। इन तीन क्यूबिट्स को आपस में जोड़ने के लिए एक नई गणितीय विधि (जिसे आइसिंग मॉडल हैमिल्टोनियन कहा जाता है) का उपयोग करके, उन्होंने पहले की तुलना में बहुत अधिक ऊर्जा निकालने का तरीका खोज निकाला।
यहाँ उनका नया "ऊर्जा टेलीपोर्टेशन" कैसे काम करता है, इसे दो मजेदार परिदृश्यों में विभाजित किया गया है:
परिदृश्य 1: एक-से-दो पार्टी (SIMO)
कल्पना कीजिए कि एलिस के पास केवल एक टॉर्च (ऊर्जा) है। वह उसे उलझी हुई लताओं वाले सिस्टम में चमकाती है। दूसरे छोर पर, बॉब और चार्ली नाम के दो दोस्त इंतजार कर रहे हैं। इस सेटअप में, एलिस अपनी ऊर्जा जमा करती है, और बॉब और चार्ली मिलकर उसे बाहर निकालते हैं।
- परिणाम: जब उन्होंने गणना की कि उन्हें कितनी ऊर्जा मिली बनाम एलिस ने कितनी डाली, तो उन्होंने पाया कि वे लगभग 8% से 10% निकाल सकते हैं।
- कैच (Catch): यह पुराने 11.7% वाले एकल-व्यक्ति परिणाम से बहुत बड़ी छलांग नहीं है, लेकिन यह प्रभावशाली है क्योंकि वे उस ऊर्जा को एक व्यक्ति के बजाय दो लोगों के बीच बांट रहे हैं, और वे सिस्टम के हर एक इंटरैक्शन (interaction) को गिन रहे हैं, न कि केवल आसान हिस्सों को।
परिदृश्य 2: दो-से-एक डकैती (MISO)
यह वह जगह है जहाँ चीजें वास्तव में रोमांचक हो जाती हैं। अब, कल्पना कीजिए कि दो दोस्त, एलिस और चार्ली, एक ही समय में अपने टॉर्चों को सिस्टम में चमकाते हैं, लेकिन वे इसे एक विशेष, समन्वित तरीके से करते हैं (पहले अपने क्यूबिट्स को एंटैंगल करके)। वे ऊर्जा को एक एकल प्राप्तकर्ता, बॉब, के पास भेजते हैं।
- परिणाम: इस गणना को करने के बाद कि बॉब ने सेटअप (एंटैंगलर वाला हिस्सा) के कारण गलती से कितनी ऊर्जा प्राप्त की, टीम ने पाया कि बॉब वास्तव में प्रेषकों द्वारा डाली गई ऊर्जा का 34% से 42% निकाल सकता है।
- यह क्यों मायने रखता है: यह पुराने 11.7% की सीमा से बहुत बड़ा सुधार है। यह बताता है कि तीसरे क्यूबिट को जोड़ने और दो लोगों को सिग्नल भेजने से, सिस्टम रिसीवर के लिए ऊर्जा पकड़ने में बहुत बेहतर हो जाता है।
उन्होंने यह कैसे किया
टीम ने इसे केवल सपना नहीं देखा; उन्होंने इसे बनाया। उन्होंने वास्तविक, भौतिक क्वांटम कंप्यूटरों का उपयोग किया जो IBM के हैं (विशेष रूप से ibm brisbane, ibm sherbrooke, और ibm kyiv)। ये मशीनें सुपरकंडक्टिंग क्यूबिट्स का उपयोग करती हैं, जो छोटे विद्युत सर्किट की तरह होते हैं जो क्वांटम कणों की तरह कार्य करते हैं।
चूंकि वास्तविक क्वांटम कंप्यूटर थोड़े "शोर वाले" (जैसे तूफान में फुसफुसाहट सुनने की कोशिश करना) होते हैं, इसलिए शोधकर्ताओं को डेटा को साफ करने के लिए विशेष ट्रिक्स का उपयोग करना पड़ा। उन्होंने प्रयोग को हजारों बार चलाया और गलतियों को छानने के लिए "एरर मिटिगेशन" (error mitigation) नामक पद्धति का उपयोग किया। जब उन्होंने ऐसा किया, तो उन्होंने कुछ जादुई देखा: ऋणात्मक ऊर्जा (negative energy)।
क्वांटम दुनिया में, "ऋणात्मक ऊर्जा" का मतलब यह नहीं है कि ऊर्जा शून्य से कम है, बल्कि यह एक संकेत है कि सिस्टम को इतनी चतुराई से हेरफेर किया गया है कि प्राप्तकर्ता ने प्रभावी रूप से वैक्यूम के ग्राउंड स्टेट से ऊर्जा "उधार" ली है। यह ऐसा है जैसे बॉब एक अंधेरे कमरे में हाथ डालकर एक ऐसा बल्ब निकाल लेता है जो वहां पहले नहीं था, सिर्फ इसलिए क्योंकि एलिस ने उसे बताया कि उसे ठीक कहाँ देखना है।
वे क्या दावा नहीं कर रहे हैं
यह जानना महत्वपूर्ण है कि यह पेपर क्या दावा नहीं कर रहा है। वे यह नहीं कह रहे हैं कि उन्होंने ऐसा उपकरण बनाया है जो शहर को बिजली दे सके या आपके फोन को वायरलेस तरीके से चार्ज कर सके। ऊर्जा की मात्रा बहुत कम है, जिसे उनके क्वांटम प्रयोग की विशिष्ट इकाइयों में मापा गया है। वे यह भी नहीं कह रहे हैं कि यह किसी भी क्वांटम सिस्टम के लिए काम करता है; उन्होंने विशेष रूप से इस काम को करने के लिए एक नया 3-क्यूबिट मॉडल डिजाइन किया है। यदि आप इसे किसी यादृच्छिक (random) 3-क्यूबिट सेटअप के साथ आजमाएंगे, तो यह संभवतः काम नहीं करेगा।
मुख्य बात (The Bottom Line)
लेखकों ने दिखाया है कि केवल एक अतिरिक्त क्यूबिट जोड़कर और खेल के नियम बदलकर, वे क्वांटम ऊर्जा टेलीपोर्टेशन को काफी अधिक कुशल बना सकते हैं। अपने सिमुलेशन और IBM के कंप्यूटरों पर वास्तविक दुनिया के परीक्षणों में, उन्होंने सिद्ध किया कि MISO विधि (दो प्रेषक, एक प्राप्तकर्ता) दक्षता को 34% और 42% के बीच बढ़ा सकती है। यह अभी तक क्वांटम ऊर्जा की सभी समस्याओं को हल नहीं करता है, लेकिन यह सुझाव देता है कि यदि हम अधिक क्यूबिट जोड़ते रहे और हमारी क्वांटम लताओं की गांठों को और बेहतर बनाते रहे, तो हम एक दिन क्वांटम इंटरनेट पर ऊर्जा को आज की तुलना में बहुत अधिक प्रभावी ढंग से स्थानांतरित करने में सक्षम हो सकते हैं।
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