Measurement-induced remote activation of nonclassicality
यह शोध पत्र यह प्रदर्शित करता है कि एक सहसंबद्ध साथी (correlated partner) पर स्थानीय माप, उस पक्ष में गैर-शास्त्रीयता (nonclassicality)—जो विग्नर (Wigner) या किर्कवुड-डिराक (Kirkwood-Dirac) ऋणात्मकता और असामान्य दुर्बल मानों (anomalous weak values) के रूप में प्रकट होती है—को दूरस्थ रूप से सक्रिय कर सकते हैं जिसका घटा हुआ अवस्था (reduced state) प्रारंभ में शास्त्रीय थी, जो इस घटना के लिए मापन-प्रेरित स्टीयरिंग (measurement-induced steering) को एक प्रमुख परिचालन संसाधन के रूप में पहचानता है।
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क्वांटम दुनिया में, क्या संभव है और क्या असंभव है के बीच की रेखा अक्सर 'नॉनक्लासिकलिटी' (nonclassicality) नामक एक अवधारणा द्वारा खींची जाती है। यह केवल एक दार्शनिक अंतर नहीं है बल्कि एक व्यावहारिक अंतर भी है: यह वह विशिष्ट गुण है जो क्वांटम प्रणालियों को क्लासिकल कंप्यूटरों, सुरक्षित संचार नेटवर्क और ब्रह्मांड को अभूतपूर्व सटीकता के साथ महसूस करने की क्षमता प्रदान करता है। वैज्ञानिक इस गुण को गणितीय मानचित्रों का उपयोग करके वर्णित करते हैं जो प्रायिकता चार्ट (probability charts) की तरह दिखते हैं लेकिन व्यवहार अलग करते हैं। एक सामान्य चार्ट में, प्रत्येक संख्या धनात्मक होती है, जो किसी चीज़ के होने की संभावना को दर्शाती है। इन क्वांटम मानचित्रों में, कुछ संख्याएं ऋणात्मक या जटिल (complex) हो सकती हैं, जो इस बात का संकेत है कि प्रणाली उस तरह से व्यवहार कर रही है जिसका हमारे रोजमर्रा के अनुभव में कोई समकक्ष नहीं है। यह "ऋणात्मकता" (negativity) ही क्वांटम लाभ का ईंधन है। दशकों से, शोधकर्ताओं ने इस नॉनक्लासिकलिटी को एक प्रणाली के निश्चित गुण के रूप में माना है, कुछ ऐसा जिसे एक कण या तो रखता है या नहीं। यदि किसी कण की स्थिति एक मानक प्रायिकता चार्ट की तरह दिखती थी, तो उसे क्लासिकल और कुछ उन्नत कार्यों के लिए अनुपयोगी माना जाता था।
एक नया अध्ययन इस स्थिर दृष्टिकोण को चुनौती देता है और दिखाता है कि नॉनक्लासिकलिटी को रिमोटली (दूर बैठे ही) चालू किया जा सकता है, जैसे कि उस कमरे में रोशनी चालू करना जिसमें आप प्रवेश नहीं कर सकते। शोधकर्ताओं ने 'क्वांटम स्टीयरिंग' (quantum steering) नामक घटना पर ध्यान केंद्रित किया, जहाँ एक व्यक्ति, एक साझा प्रणाली के अपने हिस्से को मापकर, तुरंत अपने दूरस्थ साथी के हिस्से की स्थिति को प्रभावित कर सकता है। कल्पना कीजिए कि दो लोग सिक्कों की एक जोड़ी साझा कर रहे हैं जो रहस्यमय रूप से जुड़े हुए हैं; यदि एक व्यक्ति अपना सिक्का उछालता है और एक परिणाम देखता है, तो दूसरे सिक्के की स्थिति तुरंत निर्धारित हो जाती है, भले ही वे मीलों दूर हों। यह शोध पत्र प्रदर्शित करता है कि भले ही दूरस्थ साथी का सिक्का माप से पहले पूरी तरह से एक साधारण, क्लासिकल अवस्था में दिखाई दे, लेकिन पहले व्यक्ति द्वारा किया गया एक विशिष्ट माप दूरस्थ सिक्के को वास्तव में एक नॉनक्लासिकल अवस्था में बदल सकता है। यह शून्य से कुछ पैदा करना नहीं है; इस विचित्र व्यवहार की क्षमता पहले से ही उन दो सिक्कों के बीच के संबंध में छिपी हुई थी, जो सही अवलोकन द्वारा अनलॉक होने की प्रतीक्षा कर रही थी।
एस. एन. बोस नेशनल सेंटर फॉर बेसिक साइंसेज, भारत में सुदीप चक्रवर्ती के नेतृत्व में टीम ने यह सिद्ध किया कि यह सक्रियण (activation) केवल एक सैद्धांतिक संभावना नहीं है बल्कि एक गणना योग्य वास्तविकता है। उन्होंने एक सटीक विधि विकसित की जिससे इस तरह से उत्पन्न की जा सकने वाली नॉनक्लासिकलिटी की अधिकतम मात्रा और कई प्रयासों में अपेक्षित औसत मात्रा का निर्धारण किया जा सके। क्यूबिट्स (qubits) नामक दो सूक्ष्म कणों वाली प्रणालियों के लिए, उन्होंने सटीक सूत्र खोजे जो बिल्कुल भविष्यवाणी करते हैं कि कितनी "क्वांटमनेस" (quantumness) को सक्रिय किया जा सकता है। उन्होंने पाया कि यदि दोनों पक्षों के बीच साझा संबंध पूरी तरह से संतुलित है, तो सबसे अच्छी रणनीति दो संभावित परिणामों वाला एक सरल माप उपयोग करना है। हालांकि, यदि प्रणाली पक्षपाती या असंतुलित है, तो इष्टतम रणनीति बदल जाती है, और निकाली जा सकने वाली नॉनक्लासिकलिटी की मात्रा इस बात पर निर्भर करती है कि माप को कैसे ट्यून किया गया है।
महत्वपूर्ण रूप से, शोधकर्ताओं ने यह भी जांचा कि शोर (noise) इस प्रक्रिया को कैसे प्रभावित करता है। क्वांटम दुनिया में, शोर आमतौर पर नाजुक प्रभावों को नष्ट कर देता है। अध्ययन ने पुष्टि की कि मानक प्रकार के शोर, जो प्रणाली की सभी दिशाओं के साथ समान व्यवहार करते हैं, केवल सक्रिय की जा सकने वाली नॉनक्लासिकलिटी की मात्रा को कम कर सकते हैं या अपरिवर्तित छोड़ सकते हैं। हालांकि, उन्होंने एक आश्चर्यजनक अपवाद पाया: एक विशिष्ट प्रकार का असममित शोर (asymmetric noise), जो प्रणाली को एक दिशा में दूसरी दिशा की तुलना में अधिक धकेलता है, वास्तव में प्रभाव को बढ़ा सकता है। यदि यह शोर सिस्टम के प्राकृतिक अक्ष के साथ एक विशिष्ट मात्रा में गलत संरेखित (misaligned) है, तो यह नॉनक्लासिकलिटी को बढ़ावा दे सकता है, जिससे एक ऐसी स्थिति जहाँ प्रभाव कमजोर होता, एक ऐसी स्थिति में बदल जाती जहाँ यह काफी मजबूत होता है। यह निष्कर्ष बताता है कि कुछ मामलों में, सही प्रकार का थोड़ा सा विकार (disorder) बाधा के बजाय एक संसाधन हो सकता है।
इस कार्य के निहितार्थ अमूर्त सिद्धांत से परे व्यावहारिक अनुप्रयोगों तक विस्तृत हैं, विशेष रूप से 'वीक मेजरमेंट' (weak measurements) के क्षेत्र में। ये वे नाजुक प्रयोग हैं जहाँ एक प्रणाली को इतनी कोमलता से जांचा जाता है कि वह मुश्किल से बाधित होती है, फिर भी परिणामों को छिपे हुए गुणों को प्रकट करने के लिए बढ़ाया जा सकता है। अध्ययन ने दिखाया कि केवल अनस्टीयर्ड (unsteered), क्लासिकल अवस्था रखने वाले पक्ष के लिए, कुछ विसंगत मानों (anomalous values) को देखना असंभव है जो गहरे क्वांटम व्यवहार का संकेत देते हैं, चाहे वे डेटा का विश्लेषण करने की कितनी भी कोशिश करें। लेकिन एक बार जब दूरस्थ साथी स्टीयरिंग माप करता है, तो वे विसंगत मान अचानक सुलभ हो जाते हैं। यह शोध पत्र इन मानों को उत्पन्न करने के लिए एक स्पष्ट रोडमैप प्रदान करता है, जो संभव क्वांटम अवस्थाओं के ज्यामितीय आकार को देखे गए विसंगति के आकार से जोड़ता है।
अपने परिणामों को केवल सूक्ष्म कणों तक सीमित न रखने के लिए, टीम ने एक ऊर्जा की निरंतर तरंग (continuous wave of energy) वाले सिस्टम पर भी अपने तर्क को लागू किया, जो ध्वनि तरंग या प्रकाश की किरण के समान है। उन्होंने एक हाइब्रिड मॉडल का उपयोग किया जहाँ एक एकल क्यूबिट एक निरंतर तरंग के साथ परस्पर क्रिया करता है। इस परिदृश्य में, उन्होंने दिखाया कि वही स्टीयरिंग तंत्र एक ऐसी तरंग को जिसमें "विग्नर नेगेटिविटी" (Wigner negativity) है—जो कि एक विशिष्ट प्रकार की क्वांटम पहचान है—में बदल सकता है जो देखने में पूरी तरह से क्लासिकल लगती थी। उन्होंने इस तरह उत्पन्न की जा सकने वाली नेगेटिविटी की सटीक मात्रा की गणना की, जिससे यह सिद्ध हुआ कि यह तंत्र विभिन्न प्रकार के क्वांटम सिस्टमों में काम करता है। अध्ययन निष्कर्ष निकालता है कि मेजरमेंट-इंड्यूस्ड स्टीयरिंग एक शक्तिशाली परिचालन संसाधन है, एक ऐसा उपकरण है जो वैज्ञानिकों को दूर से उस विशिष्टता को सक्रिय करने की अनुमति देता है जो क्वांटम तकनीक को इतना शक्तिशाली बनाती है, जिससे देखने के सरल कार्य के माध्यम से एक स्थानीय क्लासिकल अवस्था को वैश्विक नॉनक्लासिकल अवस्था में बदला जा सकता है।
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