Detecting entanglement with transport measurement in weakly interacting and fluctuating systems
यह शोध पत्र एंटैंगलमेंट और टू-पॉइंट कोरिलेशन फंक्शन्स के बीच निरंतर संबंध का लाभ उठाकर, सीमा अंतःक्रियाओं (boundary interactions) और क्वांटम क्वेंच (quantum quenches) जैसी वास्तविक स्थितियों में भी, जटिल, परस्पर क्रिया करने वाले क्वांटम परिवहन प्रणालियों में वॉन न्यूमैन एंट्रॉपी और म्यूचुअल इंफॉर्मेशन को मापने के लिए एक व्यवहार्य प्रोटोकॉल प्रस्तावित करता है।
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ब्रह्मांड की कल्पना एक विशाल, अदृश्य डांस फ्लोर के रूप में करें जहाँ इलेक्ट्रॉन जैसे सूक्ष्म कण नर्तक हैं। क्वांटम भौतिकी की दुनिया में, ये नर्तक एक जादुई काम कर सकते हैं जिसे "एंटैंगलमेंट" (entanglement) कहा जाता है। जब दो कण एंटैंगल्ड होते हैं, तो वे इतने गहराई से जुड़ जाते हैं कि एक के साथ जो होता है, वह दूसरे को तुरंत प्रभावित करता है, चाहे वे एक-दूसरे से कितनी भी दूर क्यों न हों। यह बिल्कुल वैसा ही है जैसे यदि आप और आपका सबसे अच्छा दोस्त एक ही मस्तिष्क साझा करते; यदि आपने अचानक लाल टोपी पहनने का निर्णय लिया, तो आपके मित्र को तुरंत पता चल जाएगा, भले ही वह आकाशगंगा के दूसरी ओर हो। वैज्ञानिक इस जुड़ाव को "एंटैंगलमेंट" कहते हैं, और यह भविष्य की तकनीकों जैसे कि सुपर-फास्ट क्वांटम कंप्यूटरों के पीछे का गुप्त सूत्र है।
हालाँकि, इस अदृश्य नृत्य को मापना अविश्वसनीय रूप से कठिन है। आमतौर पर, यह देखने के लिए कि दो नर्तक कितने एंटैंगल्ड हैं, आपको संगीत रोकना पड़ता है, नृत्य को फ्रीज करना पड़ता है, और उनके द्वारा उठाए गए हर एक कदम को देखना पड़ता है। लेकिन वास्तविक दुनिया में, ये कण लगातार एक-दूसरे से टकराते हैं, धकेलते हैं और खींचते हैं (इंटरेक्शन), और डांस फ्लोर अक्सर अन्य नर्तकों के समूहों से भरा होता है (मल्टीपार्टाइट सिस्टम)। एंटैंगलमेंट को मापने के पारंपरिक तरीके विफल हो जाते हैं जब चीजें अव्यवस्थित, शोर भरी, या केवल दो नर्तकों के बजाय अधिक नर्तकों वाली होती हैं। यह एक भीड़ भरे कमरे में लोगों के हाथ मिलाने की संख्या गिनने की कोशिश करने जैसा है जबकि हर कोई चिल्ला रहा है और इधर-उधर दौड़ रहा है।
यहीं परत्सिंहहुआ विश्वविद्यालय और नानजिंग विश्वविद्यालय के भौतिकविदों की एक टीम एक चतुर नए विचार के साथ सामने आती है। उन्होंने इन अव्यवस्थित, भीड़भाड़ वाले और संवादात्मक क्वांटम सिस्टम में बिना समय को रोके एंटैंगलमेंट को मापने के लिए एक "डिटेक्टिव किट" विकसित किया है। नृत्य को रोकने के बजाय, वे यह देखते हैं कि कण एक सिस्टम के माध्यम से कैसे प्रवाहित होते हैं, ठीक वैसे ही जैसे एक व्यस्त राजमार्ग पर यातायात (ट्रैफिक) का अवलोकन किया जाता है।
शोधकर्ताओं ने पाया कि भले ही कण आपस में क्रिया कर रहे हों और एक-दूसरे को धकेल रहे हों, फिर भी एंटैंगलमेंट की मात्रा (जिसे वे "वॉन न्यूमैन एंट्रॉपी" कहते हैं) अभी भी कणों के चलने और बिखरने के पैटर्न में गुप्त रूप से लिखी होती है। इसे भीड़ के शोर को सुनने की तरह समझें। भले ही आप व्यक्तिगत लोगों को नहीं देख सकते, लेकिन शोर के बढ़ने और घटने का तरीका आपको ठीक-ठीक बताता है कि वहां कितने लोग हैं और वे कैसे परस्पर क्रिया कर रहे हैं। इलेक्ट्रॉनों के "ट्रैफिक" को मापकर—विशेष रूप से यह देखकर कि कितने इलेक्ट्रॉन सिस्टम के एक हिस्से से दूसरे हिस्से में कूदते हैं और उनकी संख्या में कितना उतार-चढ़ाव होता है—टीम ने एंटैंगलमेंट की गणना करने का एक तरीका खोज निकाला।
उनका कार्य यह दर्शाता है कि यह विधि उन दो कठिन परिदृश्यों में काम करती है जिन्हें पहले बहुत कठिन माना जाता था। पहला, यह तब काम करता है जब "अव्यवस्थित" इंटरेक्शन सिस्टम के किनारों या सीमाओं पर होते हैं, जैसे कि तारों से घिरा एक क्वांटम द्वीप। दूसरा, और शायद अधिक आश्चर्यजनक रूप से, यह तब भी काम करता है जब इंटरेक्शन सिस्टम के भीतर (बल्क) गहराई में होता है, बशर्ते कि सिस्टम को पूरी तरह से खुले और पूरी तरह से बंद होने के बीच अचानक झटके (जैसे सड़क की स्थिति में अचानक बदलाव) के साथ हिलाया जाए।
यह शोध पत्र सुझाव देता है कि इन ट्रांसपोर्ट मेजरमेंट्स का उपयोग करके, वैज्ञानिक अंततः जटिल, वास्तविक दुनिया के क्वांटम उपकरणों में एंटैंगलमेंट को परिमाणित कर सकते हैं। वे सिद्ध करते हैं कि कणों के प्रवाह और छिपे हुए क्वांटम लिंक के बीच का संबंध मजबूत बना रहता है, भले ही कण आपस में क्रिया कर रहे हों। यह केवल एक गणितीय पहेली को हल नहीं करता है; यह प्रयोगात्मक रूप से यह जांचने का एक व्यावहारिक मार्ग प्रदान करता है कि क्या एक क्वांटम सिस्टम वास्तव में अलग-थलग है या वह अपने वातावरण में जानकारी लीक कर रहा है। संक्षेप में, उन्होंने एक भीड़ भरे, अराजक कमरे की क्वांटम फुसफुसाहट को सुनने का एक तरीका खोज लिया है, जिससे एक पहले से असंभव माप को भविष्य की क्वांटम तकनीक के लिए एक व्यवहार्य प्रयोग में बदल दिया गया है।
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