सार:
एक अंतरराष्ट्रीय वैज्ञानिक अनुसंधान दल ने हाल ही में एक नई क्वांटम सूचना पढ़ने की विधि का प्रस्ताव रखा है, जिससे क्वांटम प्रणाली को महत्वपूर्ण रूप से परेशान किए बिना क्वबिट स्थिति प्राप्त करने की उम्मीद है, जो भविष्य के क्वांटम कंप्यूटरों की निगरानी और नियंत्रण के लिए एक अधिक कुशल तकनीकी मार्ग प्रदान करेगा। शोध से पता चलता है कि एक प्रकार का क्वांटम उपकरण जिसे "एंड्रीव क्विबिट्स" कहा जाता है, वह अपने द्वारा उत्पन्न वर्तमान सिग्नल के माध्यम से अपनी आंतरिक स्थिति को उजागर कर सकता है, जिससे पारंपरिक माप के दौरान क्वांटम जानकारी का विनाश कम हो जाता है।
शास्त्रीय कंप्यूटरों में, बिट्स केवल दो अवस्थाएँ मान सकते हैं: 0 या 1। हालाँकि, क्वांटम कंप्यूटिंग में क्वैब न केवल 0 और 1 का प्रतिनिधित्व कर सकते हैं, बल्कि दोनों के सुपरपोजिशन द्वारा गठित क्वांटम अवस्था में भी हो सकते हैं। यह वह विशेषता है जिसके कारण क्वांटम कंप्यूटरों से विशिष्ट कार्यों में पारंपरिक कंप्यूटरों से कहीं बेहतर प्रदर्शन की उम्मीद की जाती है। लेकिन एक ही समय में, क्वांटम अवस्थाएँ बेहद नाजुक होती हैं, और पर्यावरणीय हस्तक्षेप और माप का कार्य दोनों ही उनकी स्थिति को बदल सकते हैं और सूचना हानि का कारण बन सकते हैं।
यह शोध एंड्रीव क्वैबिट्स पर केंद्रित है। इस तरह के क्वैबिट सुपरकंडक्टिंग सामग्रियों के बीच गठित विशेष क्वांटम राज्यों पर आधारित होते हैं। अनुसंधान दल द्वारा डिज़ाइन की गई प्रणाली में एक बेहद पतला इंडियम आर्सेनाइड नैनोवायर शामिल है। नैनोवायर के दोनों सिरे सुपरकंडक्टिंग सामग्रियों से जुड़े हुए हैं, और इलेक्ट्रॉन गतिविधि स्थान को सीमित करने के लिए बीच में एक क्वांटम बिंदु बनाया गया है। एंड्रीव क्वबिट की स्थिति इसी सूक्ष्म वातावरण में बनती है।
अनुसंधान के नेताओं में से एक और ब्राजील में साओ पाउलो विश्वविद्यालय में साओ कार्लोस इंस्टीट्यूट ऑफ फिजिक्स के प्रोफेसर जोस कार्लोस एग्यूस ने कहा कि पारंपरिक क्वांटम यांत्रिकी के ढांचे के तहत, क्विबिट्स का प्रत्यक्ष माप अक्सर उन्हें एक निश्चित स्थिति में ढहने का कारण बनता है, जिससे मूल रूप से संरक्षित जानकारी नष्ट हो जाती है। इसलिए, कई मौजूदा क्वांटम कंप्यूटिंग समाधान सहायक क्यूबिट को "मध्यस्थों" के रूप में पेश करेंगे, जो पहले सहायक क्यूबिट में जानकारी स्थानांतरित करेंगे और फिर लक्ष्य क्यूबिट पर प्रभाव को कम करने के लिए बाद वाले को मापेंगे।
हालाँकि, इस विधि के लिए अतिरिक्त उपकरण और संचालन चरणों की आवश्यकता होती है, जिससे सिस्टम की जटिलता बढ़ जाती है। शोध दल ने एक अलग विचार प्रस्तावित किया, जो कि सहायक क्वैबिट का सहारा लिए बिना जानकारी को पढ़ने के लिए लक्ष्य क्वबिट द्वारा उत्पन्न सिग्नल का सीधे उपयोग करना है।
सैद्धांतिक गणना के अनुसार, क्वबिट को एक बंद सुपरकंडक्टिंग सर्किट में रखा जाता है, और सर्किट में बिना किसी प्रतिरोध के एक सुपरकरंट प्रवाहित होता है। शोध में पाया गया है कि जब क्यूबिट एक सुपरपोजिशन स्थिति में होते हैं, तो विभिन्न राज्यों के बीच क्वांटम हस्तक्षेप के कारण कुछ सुपरकरंट आवधिक दोलन उत्पन्न करते हैं। यह दोलन संकेत शोधकर्ताओं के लिए क्वांटम जानकारी प्राप्त करने की कुंजी है।
आम तौर पर, इस प्रकार की दोलन घटना को उत्पन्न करने के लिए वोल्टेज के अनुप्रयोग की आवश्यकता होती है, जो कि प्रसिद्ध एसी जोसेफसन प्रभाव है। इस अध्ययन में प्रस्तावित प्रणाली को बाहरी वोल्टेज की आवश्यकता नहीं है, और दोलन पूरी तरह से क्वबिट की अपनी स्थिति की विकास प्रक्रिया से प्राप्त होता है। इसका मतलब यह है कि क्वबिट सक्रिय रूप से अपनी स्थिति की जानकारी "जारी" करेगा।
इस कमजोर सिग्नल का पता लगाने के लिए, शोधकर्ताओं ने एक रीडिंग डिवाइस के रूप में SQUID (सुपरकंडक्टिंग क्वांटम इंटरफेरोमीटर) को डिजाइन और उपयोग किया। SQUID बेहद कमजोर चुंबकीय क्षेत्र परिवर्तनों का पता लगाने में सक्षम है। अनुसंधान दल ने स्पष्ट रूप से कहा कि क्वबिट और स्क्विड को एक दूसरे के करीब दो कम्पास के रूप में माना जा सकता है। क्वबिट में करंट एक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करेगा, और स्क्विड चुंबकीय क्षेत्र में इस बदलाव को महसूस करेगा। चूंकि दोनों के बीच युग्मन बेहद कमजोर है, इसलिए क्वैबिट पर माप उपकरण द्वारा उत्पन्न गड़बड़ी भी बहुत सीमित है।
आगे के विश्लेषण से पता चला कि क्वबिट की स्थिति के बारे में सभी महत्वपूर्ण जानकारी सुपरकरंट में एन्कोड की गई थी। सुपरकरंट में एक स्थिर भाग और एक दोलनशील भाग दोनों होते हैं। निरंतर वर्तमान मान और दोलन का आयाम क्वांटम अवस्था में 0 और 1 के अनुपात को प्रकट कर सकता है, जबकि दोलन शुरू होने का समय दोनों अवस्थाओं के बीच चरण संबंध को दर्शाता है। यह रिकॉर्ड करके कि समय के साथ धारा कैसे बदलती है, शोधकर्ता क्वबिट की मूल क्वांटम स्थिति का पुनर्निर्माण करने में सक्षम थे।
इस दृष्टिकोण का एक महत्वपूर्ण लाभ यह भी है कि शोधकर्ताओं को प्रत्येक माप के बाद उन्हें पुन: प्रारंभ किए बिना क्यूबिट के विकास को लगातार ट्रैक करने की अनुमति मिलती है, जिससे क्वांटम सिस्टम के गतिशील व्यवहार का निरीक्षण करना आसान हो जाता है।
अनुसंधान टीम ने सिमुलेशन प्रयोग में माप शोर और डिटेक्शन कॉइल फीडबैक जैसे यथार्थवादी कारकों को जोड़ा। परिणाम बताते हैं कि माप की संख्या के आधार पर माप सटीकता क्रमशः 99.52%, 99.81% और 99.85% तक पहुंच सकती है। ये संकेतक वर्तमान क्वांटम त्रुटि सुधार तकनीक में आमतौर पर उपयोग की जाने वाली सटीकता आवश्यकताओं तक पहुंच गए हैं।
शोधकर्ताओं ने बताया कि यह समाधान क्वांटम माप के अपरिहार्य प्रभाव की मूल समस्या को मौलिक रूप से हल नहीं करता है, लेकिन यह पारंपरिक गैर-विनाशकारी माप समाधानों में सहायक क्वैबिट पर निर्भरता से छुटकारा दिलाते हुए इस प्रभाव को बहुत कम स्तर तक कम कर सकता है।
यह अध्ययन ब्राजील में साओ पाउलो विश्वविद्यालय और चीन में बीजिंग इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी के शोधकर्ताओं द्वारा संयुक्त रूप से पूरा किया गया था। प्रासंगिक परिणाम "फिजिकल रिव्यू बी" में प्रकाशित किए गए हैं। अनुसंधान दल ने कहा कि अति-कमजोर धाराओं और चुंबकीय क्षेत्रों का पता लगाने के लिए उपयोग की जाने वाली SQUID तकनीक पहले से ही काफी परिपक्व है, इसलिए इस समाधान को लागू करने के लिए नई सामग्री या विनिर्माण प्रौद्योगिकी की सफलताओं की प्रतीक्षा करने की कोई आवश्यकता नहीं है। अध्ययन में उपयोग किए गए सभी पैरामीटर वास्तविक प्रणालियों से प्राप्त किए गए हैं। एकमात्र चीज़ जो वास्तव में नहीं बनाई गई है वह अनुसंधान टीम द्वारा प्रस्तावित विशिष्ट उपकरण संरचना और प्रयोगात्मक लेआउट है।
शोधकर्ताओं का मानना है कि जब तक संबंधित प्रायोगिक सत्यापन पूरा हो जाता है, तब तक क्विबिट के सुपरकरंट के माध्यम से क्वांटम जानकारी पढ़ने की यह नई विधि भविष्य के क्वांटम कंप्यूटरों के लिए उच्च-परिशुद्धता, कम-हस्तक्षेप निगरानी प्राप्त करने के लिए एक महत्वपूर्ण तकनीकी आधार बनने की उम्मीद है।
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