Generation of entanglement statistics with a large-scale integrated photonic-electronic circuit
यह शोध पत्र रेडियो-फ्रीक्वेंसी डोमेन में एनालॉग फोटोकरंट्स को मिलाने के लिए एक 32-चैनल एकीकृत फोटोनिक-इलेक्ट्रॉनिक सर्किट का उपयोग करके क्वांटम सूचना प्रसंस्करण के लिए एक स्केलेबल ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक दृष्टिकोण को प्रदर्शित करता है, जो 0.99270 के आंशिक ट्रांसपोज़ आइजनवैल्यू (partial transpose eigenvalue) के साथ सफलतापूर्वक एंटैंगलमेंट उत्पन्न करता है और हाइब्रिड फोटोनिक-इलेक्ट्रॉनिक क्वांटम कंप्यूटरों का मार्ग प्रशस्त करता 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
क्वांटम सूचना विज्ञान उप-परमाणु दुनिया के विचित्र नियमों का उपयोग करके डेटा को उन तरीकों से संसाधित करने का प्रयास करता है जो शास्त्रीय कंप्यूटरों के लिए असंभव हैं। एक प्रमुख दृष्टिकोण सूचना को एकल फोटॉन जैसे अलग कणों में नहीं, बल्कि प्रकाश के निरंतर, तरंग-समान गुणों, जैसे कि इसके दोलनों की शक्ति और समय में एनकोड करने में शामिल है। इन तरंगों का उपयोग करके जटिल गणना करने में सक्षम मशीन बनाने के लिए, वैज्ञानिकों को कई अलग-अलग प्रकाश संकेतों को एक साथ मिलाने और बदलने में सक्षम होना चाहिए। ऐतिहासिक रूप से, इसके लिए दर्पणों, बीम स्प्लिटर और अन्य ऑप्टिकल घटकों के जटिल नेटवर्क की आवश्यकता होती थी। हालाँकि, हर बार जब प्रकाश किसी सतह से टकराता है या लेंस से गुजरता है, तो उसका एक छोटा सा हिस्सा नष्ट हो जाता है। क्वांटम कंप्यूटिंग की नाजुक दुनिया में, यह छोटा सा नुकसान भी उन नाजुक संबंधों, या एंटैंगलमेंट (entanglement), को नष्ट कर सकता है जो सिस्टम को एक साथ थामे रखते हैं। चुनौती इन प्रणालियों को कई संकेतों को संभालने के लिए स्केल करने की थी, बिना भौतिक हार्डवेयर द्वारा होने वाली अपरिहार्य गिरावट के।
कैलिफोर्निया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी के शोधकर्ताओं ने इस समस्या को हल करने का एक नया तरीका प्रदर्शित किया है, जिसमें मिश्रण की प्रक्रिया को प्रकाश के क्षेत्र से इलेक्ट्रॉनिक्स के क्षेत्र में स्थानांतरित कर दिया गया है। वांछित कनेक्शन बनाने के लिए प्रकाश को ऑप्टिकल घटकों के एक जटिल भूलभुलैया के माध्यम से निर्देशित करने के बजाय, टीम ने पहले प्रकाश को विद्युत संकेतों में परिवर्तित किया और फिर इलेक्ट्रॉनिक रूप से मिश्रण किया। उन्होंने एक बड़े, एकीकृत चिप का उपयोग किया जिसमें बत्तीस अलग-अलग चैनल थे, जिनमें से प्रत्येक एक सेंसर से लैस था जो आने वाले प्रकाश को विद्युत धारा में परिवर्तित करता है। इस चिप को 'स्क्वीज्ड वैक्यूम' (squeed vacuum) नामक एक विशेष प्रकार के प्रकाश से प्रकाशित किया गया था, जिसमें एक गुण में शोर (noise) कम होता है और यह क्वांटम कंप्यूटिंग के लिए एक प्रमुख संसाधन है। एक बार जब प्रकाश सेंसरों से टकरा गया, तो परिणामी विद्युत धाराओं को जोड़ा गया और चिप पर बने एक रेडियो-फ्रीक्वेंसी नेटवर्क द्वारा संसाधित किया गया। इस इलेक्ट्रॉनिक नेटवर्क ने वही गणितीय रूपांतरण किए जो एक जटिल ऑप्टिकल सर्किट ने किए होते, लेकिन बिना उस नुकसान के जो आमतौर पर सिग्नल को कमज़ोर कर देता है।
प्रयोग दो मोड के प्रकाश के बीच एक विशिष्ट प्रकार के क्वांटम कनेक्शन बनाने पर केंद्रित था, जिसे टू-मोड क्लस्टर स्टेट (two-mode cluster state) के रूप में जाना जाता है। एक पारंपरिक सेटअप में, इसे प्राप्त करने के लिए ऑप्टिकल तत्वों की एक सटीक व्यवस्था की आवश्यकता होती है जिससे प्रकाश को मापे जाने से पहले गुजरना पड़ता है। इस नए दृष्टिकोण में, प्रकाश को पहले पता लगाया गया (detected), और मिश्रण उसके बाद इलेक्ट्रॉनिक डोमेन में हुआ। शोधकर्ताओं ने उस बिंदु पर प्रकाश के सांख्यिकीय गुणों को पुनर्गठित किया जहाँ वह चिप में प्रवेश करता है, प्रभावी रूप से इलेक्ट्रॉनिक प्रसंस्करण के माध्यम से ऑप्टिकल नेटवर्क का अनुकरण किया। उन्होंने पाया कि परिणामी अवस्था भौतिक रूप से वैध थी और महत्वपूर्ण रूप से, इसमें एंटैंगलमेंट मौजूद था। डेटा का विश्लेषण करके, उन्होंने एक विशिष्ट मान की गणना की जो यह निर्धारित करता है कि क्या दो क्वांटम सिस्टम आपस में जुड़े हुए हैं। परिणाम 0.99270 था, जो एक ऐसा आंकड़ा है जो प्रणालियों को अलग माना जाने के लिए आवश्यक सीमा से स्पष्ट रूप से नीचे है। यह पुष्टि करता है कि एंटैंगलमेंट प्रकाश में पता लगाने से पहले मौजूद था, जिससे सिद्ध होता है कि इलेक्ट्रॉनिक प्रसंस्करण ने प्रकाश को सीधे हेरफेर किए बिना क्वांटम कनेक्शन को सफलतापूर्वक संरक्षित किया।
यह विधि एक महत्वपूर्ण लाभ प्रदान करती है क्योंकि संकेतों को मिलाने के लिए उपयोग किए जाने वाले इलेक्ट्रॉनिक घटक ऑप्टिकल घटकों की तरह नुकसान (loss) पैदा नहीं करते हैं। एक मानक ऑप्टिकल नेटवर्क में, अधिक संकेतों को संभालने के लिए दर्पणों और स्प्लिटर की अधिक परतें जोड़ने से अधिक नुकसान होता है, जिससे अंततः सिस्टम अनुपयोगी हो जाता है। यहाँ, मिश्रण तब होता है जब प्रकाश को बिजली में बदल दिया जाता है, इसलिए इलेक्ट्रॉनिक सर्किट की गहराई मूल क्वांटम अवस्था को कम नहीं करती है। होने वाला एकमात्र नुकसान प्रकाश से बिजली में प्रारंभिक रूपांतरण है, जिसे शोधकर्ताओं ने अत्यंत कुशल पाया। अध्ययन से पता चलता है कि रूपांतरण कार्य को इलेक्ट्रॉनिक्स पर स्थानांतरित करके, सिस्टम का पैमाना ऑप्टिकल नेटवर्क की जटिलता के बजाय एकीकृत इलेक्ट्रॉनिक सर्किट की क्षमताओं के अनुसार बढ़ सकता है।
निष्कर्ष बताते हैं कि बड़े, अधिक मजबूत क्वांटम प्रोसेसर बनाने की दिशा में एक मार्ग प्रशस्त हुआ है। शोधकर्ताओं ने प्रदर्शित किया कि एक बत्तीस-चैनल वाले ऐरे का उपयोग क्वांटम सूचना को पढ़ने और संसाधित करने के लिए किया जा सकता है, जिसमें इस विशिष्ट परीक्षण में आठ चैनल सक्रिय थे। इलेक्ट्रॉनिक प्रसंस्करण पुन: प्रोग्राम करने योग्य (reprogrammable) था, जिसका अर्थ है कि उसी हार्डवेयर को केवल विद्युत सेटिंग्स बदलकर विभिन्न रूपांतरण करने के लिए कॉन्फ़िगर किया जा सकता था, बिना ऑप्टिकल घटकों को भौतिक रूप से पुनर्व्यवस्थित किए। जबकि वर्तमान प्रयोग में कमरे के तापमान वाले इलेक्ट्रॉनिक्स का उपयोग किया गया था, लेखकों ने उल्लेख किया है कि इस आर्किटेक्चर को अत्यधिक निम्न तापमान पर सुपरकंडक्टिंग सर्किट के उपयोग के लिए अनुकूलित किया जा सकता है। ऐसे सेटअप में, सिस्टम संभावित रूप से ऑप्टिकल प्रकाश और माइक्रोवेव संकेतों के बीच क्वांटम अवस्थाओं को स्थानांतरित कर सकता है, जो विभिन्न प्रकार के क्वांटम हार्डवेयर के बीच के अंतर को पाटता है। यह कार्य यह दावा नहीं करता है कि इसने क्वांटम कंप्यूटिंग की सभी समस्याओं को हल कर दिया है, लेकिन यह एक ठोस प्रदर्शन प्रदान करता है कि मिश्रण परत को ऑप्टिक्स से इलेक्ट्रॉनिक्स में ले जाना क्वांटम सूचना को संरक्षित करने और इन प्रणालियों को स्केल करने की एक व्यवहार्य रणनीति है।
अपने क्षेत्र के पेपरों की भीड़ में उलझे हुए हैं?
आपके रिसर्च कीवर्ड से मेल खाने वाले सबसे नए और अलग सोच वाले पेपरों का रोज़ाना Digest पाएँ—तकनीकी सारांश के साथ, आपकी भाषा में।