शोधकर्ताओं ने वास्तविक समय में दो उलझे हुए फोटॉनों के तरंग कार्यों को देखने के लिए उन्नत कैमरा तकनीक का उपयोग किया, जिससे उलझे हुए कणों की पूरी क्वांटम स्थिति को जल्दी और कुशलता से पुनर्निर्माण करने की तकनीक का विकास हुआ। यह नवोन्वेषी दृष्टिकोण पिछले तरीकों की तुलना में कई गुना तेज है, इसमें दिनों के बजाय मिनट या सेकंड लगते हैं, और क्वांटम राज्य लक्षण वर्णन, क्वांटम संचार और क्वांटम इमेजिंग तकनीकों को बढ़ाकर क्वांटम प्रौद्योगिकियों के विकास को आगे बढ़ाने की उम्मीद है।
उन्नत फोटोग्राफी पर आधारित एक नई तकनीक उलझे हुए कणों की पूरी क्वांटम स्थिति को जल्दी और कुशलता से पुनर्निर्माण करने का एक तरीका प्रदर्शित करती है।
ओटावा विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने, रोम में सैपिएन्ज़ा विश्वविद्यालय के डेनिलो ज़िया और फैबियो स्किरिनो के सहयोग से, हाल ही में एक नई तकनीक का प्रदर्शन किया जो प्रकाश बनाने वाले मूलभूत कणों, दो उलझे हुए फोटॉन के तरंग कार्यों के वास्तविक समय के दृश्य को सक्षम बनाता है।
जूतों की एक जोड़ी की सादृश्यता का उपयोग करते हुए, उलझाव की अवधारणा की तुलना यादृच्छिक रूप से जूते चुनने से की जा सकती है। जैसे ही आप एक जूते की पहचान करते हैं, दूसरे जूते की प्रकृति (चाहे वह बायां जूता हो या दाहिना जूता) तुरंत समझ में आ जाती है, भले ही ब्रह्मांड में उसका स्थान कुछ भी हो। हालाँकि, जो दिलचस्प है वह अवलोकन के सटीक क्षण तक पहचान प्रक्रिया से जुड़ी अंतर्निहित अनिश्चितता है।
तरंग फ़ंक्शन क्वांटम यांत्रिकी का एक मुख्य सिद्धांत है, जो कणों की क्वांटम स्थिति की व्यापक समझ प्रदान करता है। उदाहरण के लिए, जूतों के मामले में, जूतों का "वेव फ़ंक्शन" बाएँ और दाएँ, आकार, रंग आदि जैसी जानकारी ले सकता है। अधिक सटीक रूप से, वेव फ़ंक्शन क्वांटम वैज्ञानिकों को क्वांटम संस्थाओं के विभिन्न मापों, जैसे स्थिति, वेग, आदि के संभावित परिणामों की भविष्यवाणी करने की अनुमति देता है।
फोटो (बाएं से दाएं): डॉ. एलेसियो डी'एरिको, डॉ. इब्राहिम करीमी और नाज़नीन देहघन। छवि स्रोत: ओटावा विश्वविद्यालय
यह पूर्वानुमान लगाने की क्षमता बेहद मूल्यवान है, विशेष रूप से क्वांटम प्रौद्योगिकी के तेजी से आगे बढ़ने वाले क्षेत्र में, जहां क्वांटम कंप्यूटर द्वारा उत्पादित क्वांटम राज्यों या इनपुट को समझने से हमें कंप्यूटर का परीक्षण करने की अनुमति मिल जाएगी। इसके अलावा, क्वांटम कंप्यूटिंग में उपयोग की जाने वाली क्वांटम अवस्थाएँ बेहद जटिल हैं, जिसमें कई इकाइयाँ शामिल हैं जो मजबूत गैर-स्थानीय सहसंबंध (उलझाव) प्रदर्शित कर सकती हैं।
ऐसे क्वांटम सिस्टम के तरंग फ़ंक्शन को समझना एक अत्यंत चुनौतीपूर्ण कार्य है - इसे क्वांटम स्टेट टोमोग्राफी या क्वांटम टोमोग्राफी के रूप में भी जाना जाता है। मानक तरीकों (तथाकथित प्रक्षेपण संचालन पर आधारित) का उपयोग करके व्यापक टोमोग्राफी के लिए बड़ी संख्या में माप की आवश्यकता होती है, और सिस्टम की जटिलता (आयाम) के साथ माप की संख्या तेजी से बढ़ती है।
इस पद्धति का उपयोग करने वाली अनुसंधान टीम के पिछले प्रयोगों से पता चला है कि दो उलझे हुए फोटॉनों की उच्च-आयामी क्वांटम स्थिति को चिह्नित करने या मापने में घंटों या दिन भी लग सकते हैं। इसके अलावा, परिणामों की गुणवत्ता शोर के प्रति बहुत संवेदनशील है और प्रयोगात्मक सेटअप की जटिलता पर निर्भर करती है।
क्वांटम टोमोग्राफी की प्रक्षेपण माप पद्धति को विभिन्न दीवारों पर स्वतंत्र दिशाओं से प्रक्षेपित उच्च-आयामी वस्तुओं की छाया के अवलोकन के रूप में समझा जा सकता है। सभी शोधकर्ता इन छायाओं को देख सकते हैं, और इनसे वे संपूर्ण वस्तु के आकार (स्थिति) का अनुमान लगा सकते हैं। उदाहरण के लिए, सीटी स्कैन (कंप्यूटेड टोमोग्राफी) में, दो-आयामी छवियों के एक सेट से त्रि-आयामी वस्तु के बारे में जानकारी का पुनर्निर्माण किया जा सकता है।
हालाँकि, शास्त्रीय प्रकाशिकी में, त्रि-आयामी वस्तुओं के पुनर्निर्माण का एक और तरीका है। यह विधि, जिसे डिजिटल होलोग्राफी के रूप में जाना जाता है, एक एकल छवि पर आधारित है, जिसे हस्तक्षेप पैटर्न के रूप में जाना जाता है, जो किसी वस्तु द्वारा बिखरे हुए प्रकाश को संदर्भ प्रकाश के साथ हस्तक्षेप करके प्राप्त किया जाता है।
स्ट्रक्चरल क्वांटम वेव्स में कनाडा रिसर्च चेयर, ओटावा में ज्वाइंट इंस्टीट्यूट फॉर क्वांटम टेक्नोलॉजीज (नेक्सक्यूटी) के सह-निदेशक और विज्ञान संकाय में एसोसिएट प्रोफेसर इब्राहिम करीमी के नेतृत्व में एक शोध टीम ने इस अवधारणा को दो-फोटॉन मामले तक बढ़ाया। दो-फोटॉन स्थिति के पुनर्निर्माण के लिए इसे एक अनुमानित प्रसिद्ध क्वांटम स्थिति के साथ सुपरपोज़ करना और फिर उन स्थानों के स्थानिक वितरण का विश्लेषण करना आवश्यक है जहां दोनों फोटॉन एक साथ पहुंचते हैं। एक ही समय में आने वाले दो फोटॉन की इमेजिंग को संयोग इमेजिंग कहा जाता है। ये फोटॉन किसी संदर्भ स्रोत या अज्ञात स्रोत से आ सकते हैं। क्वांटम यांत्रिकी बताती है कि फोटॉन का स्रोत निर्धारित नहीं किया जा सकता है। यह एक हस्तक्षेप पैटर्न बनाता है जिसका उपयोग अज्ञात तरंग फ़ंक्शन को फिर से बनाने के लिए किया जा सकता है। यह प्रयोग उन्नत कैमरों द्वारा संभव हुआ जो प्रत्येक पिक्सेल पर नैनोसेकंड (1,000,000,000 सेकंड) रिज़ॉल्यूशन के साथ घटनाओं को रिकॉर्ड करते हैं।
पेपर के सह-लेखक और ओटावा विश्वविद्यालय में पोस्टडॉक डॉ. एलेसियो डी'एरिको, इस अभिनव दृष्टिकोण के बड़े फायदों पर प्रकाश डालते हैं: "यह विधि पिछली तकनीकों की तुलना में कई गुना तेज है, जिसमें दिनों के बजाय केवल मिनट या सेकंड लगते हैं। महत्वपूर्ण बात यह है कि पता लगाने का समय सिस्टम की जटिलता से प्रभावित नहीं होता है - यह प्रोजेक्शन टोमोग्राफी में लंबे समय से चली आ रही स्केलेबिलिटी चुनौती को हल करने का एक तरीका है।"
इस शोध का प्रभाव शिक्षा जगत से परे तक फैला हुआ है। इसमें क्वांटम प्रौद्योगिकियों में प्रगति में तेजी लाने की क्षमता है, जैसे कि बेहतर क्वांटम राज्य लक्षण वर्णन, क्वांटम संचार और नई क्वांटम इमेजिंग तकनीकों का विकास।