Near-Infrared and Telecommunication-Wavelength Photon-Pair Source in Optical Fiber
यह शोध पत्र व्यावसायिक रूप से उपलब्ध ऑप्टिकल फाइबर का उपयोग करके 1500 nm और 830 nm पर अत्यधिक नॉनडेजनेरेट (nondegenerate) युग्मों को उत्पन्न करने वाले एक कमरे के तापमान वाले फोटॉन-युग्म स्रोत को प्रस्तुत करता है, जो प्रभावी रूप से रमन शोर (Raman noise) को दबाता है और क्वांटम नेटवर्क में संभावित तैनाती के लिए विशिष्ट स्थानिक मोड प्रदान करता है।
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कल्पना कीजिए कि आप एक अत्यंत सुरक्षित, भविष्य के इंटरनेट (एक "क्वांटम इंटरनेट") को बनाने की कोशिश कर रहे हैं जो अटूट संदेश भेज सके। इसे करने के लिए, आपको प्रकाश के सूक्ष्म कणों के जोड़े, जिन्हें फोटोन कहा जाता है, भेजने की आवश्यकता होगी जो आपस में जादुई रूप से जुड़े हुए हैं।
समस्या यह है कि ये फोटोन बहुत नखरेबाज यात्री हैं।
- कुछ को कांच के केबलों (फाइबर ऑप्टिक्स) के माध्यम से यात्रा करने की आवश्यकता होती है जो जमीन के नीचे दबे होते हैं ताकि वे लंबी दूरी तय कर सकें। ये फोटोन एक विशिष्ट "रंग" (तरंग दैर्ध्य) पसंद करते हैं जो कांच में सबसे अच्छी तरह यात्रा करता है: टेलीकॉम तरंग दैर्ध्य (एक गहरे लाल लेजर के रंग जैसा, लगभग 1500 nm)।
- अन्य उपकरणों, जैसे कि लाइन के अंत में मौजूद क्वांटम कंप्यूटर या सेंसर, अक्सर एक अलग रंग के साथ बेहतर काम करते हैं, जो नियर-इन्फ्रारेड (एक चमकीला, नारंगी-लाल रंग, लगभग 830 nm) है।
आमतौर पर, ऐसे मिसमैच्ड (मेल न खाने वाले) जोड़े बनाना जहाँ एक "टेलीकॉम" हो और दूसरा "नियर-इन्फ्रारेड", एक चौकोर टुकड़े को गोल छेद में जबरदस्ती फिट करने जैसा होता है। इसे बिना बहुत अधिक "स्टैटिक" या शोर पैदा किए करना कठिन है जो संदेश को खराब कर देता है।
बड़ा विचार: एक "मिसमैच्ड" जोड़ा जो पूरी तरह से काम करता है
यह शोध पत्र इन मिसमैच्ड जोड़ों को बनाने का एक नया, चतुर तरीका बताता है जिसका उपयोग आप एक मानक ऑप्टिकल फाइबर के साथ कर सकते हैं जिसे आप किसी दुकान से खरीद सकते हैं।
फाइबर को केवल एक पाइप के रूप में नहीं, बल्कि एक विशेष डांस फ्लोर के रूप में सोचें।
- द पंप (संगीत): शोधकर्ता फाइबर में एक शक्तिशाली लेजर ( "संगीत") चमकाते हैं।
- द डांस (प्रक्रिया): फाइबर के अंदर, प्रकाश खुद के साथ क्रिया करता है (एक प्रक्रिया जिसे फोर-वेव मिक्सिंग कहा जाता है)। आमतौर पर, यह दो समान जुड़वां पैदा करता है। लेकिन क्योंकि यह विशिष्ट फाइबर "बाइरेफ्रिजेंट" (इसमें दो अलग-अलग दिशाएं हैं जिनमें यह कंपन करना पसंद करता है) है, इसलिए डांस फ्लोर जुड़वा बच्चों को अलग होने के लिए मजबूर करता है।
- परिणाम: एक जुड़वां को टेलीकॉम लेन (1500 nm) में नाचने के लिए मजबूर किया जाता है, और दूसरे को नियर-इन्फ्रारेड लेन (830 nm) में नाचने के लिए मजबूर किया जाता है। वे रंग में 700 नैनोमीटर दूर पैदा होते हैं!
यह इतनी बड़ी बात क्यों है? ("शांत कमरे" की उपमा)
प्रकाश की दुनिया में, "शोर" भीड़ भरे कमरे में लोगों के बात करने जैसा है। यदि आप एक फुसफुसाहट (एक एकल फोटोन) सुनने की कोशिश कर रहे हैं, तो बैकग्राउंड की बातचीत (शोर) उसे सुनने में असंभव बना देती है।
- पुराना तरीका: आमतौर पर, जुड़वां बच्चे रंग में बहुत करीब पैदा होते हैं। लेजर से होने वाला "चैटर" (जिसे रमन शोर कहा जाता है) उनके ठीक बगल में होता है, जिससे वे दब जाते हैं। इसे ठीक करने के लिए, वैज्ञानिकों को पहले फाइबर को लिक्विड नाइट्रोजन से जमाना पड़ता था (जैसे कमरे को गहरे फ्रीजर में डाल देना) ताकि चैटर को शांत किया जा सके।
- नया तरीका: क्योंकि ये जुड़वां जन्म के समय ही रंगों में बहुत दूर (एक 1500 और दूसरा 830) होते हैं, इसलिए वे शोर से बहुत दूर हैं। शोर बीच में रहता है, और जुड़वां किनारे पर सुरक्षित रहते हैं।
- उपमा: यह एक शांत लाइब्रेरी (जुड़वां) में बातचीत करने जैसा है जबकि शोर वाली भीड़ पूरी तरह से अलग इमारत में है। आपको फुसफुसाहट सुनने के लिए लाइब्रेरी को जमाने की जरूरत नहीं है; यह स्वाभाविक रूप से शांत है क्योंकि शोर दूर है। इसका मतलब है कि यह सिस्टम कमरे के तापमान पर भी पूरी तरह से काम करता है—कोई महंगा कूलिंग सिस्टम नहीं चाहिए!
"टू-ट्रैक" जादू
सबसे शानदार बात यह है: फाइबर केवल एक जोड़ा नहीं बनाता; यह एक ही समय में दो अलग-अलग प्रकार के जोड़े बनाता है, जैसे कि दो अलग-अलग ट्रैक वाला एक रेलवे स्टेशन।
- ट्रैक 1: एक बहुत ही चमकीला, मजबूत जोड़ा बनाता है।
- ट्रैक 2: थोड़ा कम चमकीला जोड़ा बनाता है, लेकिन यह प्रकाश के एक अलग "आकार" (स्पेशियल मोड) का उपयोग करता है।
सोचिए कि प्रकाश एक बीम है।
- टेलीकॉम फोटोन (वह जो लंबे केबलों में जाता है) हमेशा एक पूर्ण, गोल बीम (जैसे लेजर पॉइंटर) होता है। यह बहुत अच्छा है क्योंकि यह मौजूदा इंटरनेट केबलों में पूरी तरह से फिट बैठता है।
- नियर-इन्फ्रारेड फोटोन (जो स्थानीय उपकरण के लिए है) एक गोल बीम या एक अधिक जटिल, डोनट के आकार की बीम हो सकता है।
यह शोधकर्ताओं को सूचना को मल्टीप्लेक्स (एक के ऊपर एक रखना) करने की अनुमति देता है। कल्पना कीजिए कि एक राजमार्ग है जहाँ आप एक ही सड़क पर एक ही समय में दो अलग-अलग संदेश भेज सकते हैं क्योंकि वे अलग-अलग "लेन" (रंगों और आकारों) में हैं। यह क्वांटम नेटवर्क को बहुत तेज़ और अधिक कुशल बनाता है।
हमें इसकी परवाह क्यों करनी चाहिए?
- यह सस्ता और आसान है: उन्होंने एक मानक फाइबर का उपयोग किया जिसे आप ऑनलाइन खरीद सकते हैं और एक लेजर सेटअप जो लैब बेंच पर फिट बैठता है। कोई लिक्विड नाइट्रोजन नहीं, कोई अत्यधिक जटिल निर्माण नहीं।
- यह वास्तविक दुनिया के लिए तैयार है: क्योंकि "टेलीकॉम" फोटोन मौजूदा फाइबर नेटवर्क में पूरी तरह से फिट बैठता है, हम अपने फोन के केबलों को बदले बिना आज ही क्वांटम नेटवर्क बनाना शुरू कर सकते हैं।
- यह कमरे के तापमान पर काम करता है: यह फ्रीजर की आवश्यकता के बिना, व्यावहारिक रूप से शहरों और कार्यालयों में काम करता है, न कि केवल हाई-टेक प्रयोगशालाओं में।
संक्षेप में: शोधकर्ताओं ने एक तरीका खोजा है जिससे एक मानक कांच के फाइबर का उपयोग एक जादुई कारखाने के रूप में किया जा सकता है जो प्रकाश को दो अलग-अलग, उपयोगी रंगों में विभाजित करता है। ये रंग एक-दूसरे से इतने दूर हैं कि वे स्वाभाविक रूप से शोर से बच जाते हैं, जिससे उच्च-गति, शांत क्वांटम संचार संभव होता है जो बिना किसी फ्रीजर के आपके डेस्क पर चल सकता है। यह एक वैश्विक क्वांटम इंटरनेट की ओर एक बड़ा कदम है।
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