क्वांटम उलझाव – एक बार अल्बर्ट आइंस्टीन द्वारा “एक दूरी पर डरावना एक्शन” के रूप में खारिज कर दिया गया था – ने लंबे समय से सार्वजनिक कल्पना पर कब्जा कर लिया है और यहां तक कि अनुभवी वैज्ञानिकों को भी हैरान कर दिया है।
लेकिन आज के क्वांटम चिकित्सकों के लिए, वास्तविकता अधिक सांसारिक है: उलझाव कणों के बीच एक प्रकार का संबंध है जो क्वांटम कंप्यूटरों की सर्वोत्कृष्ट विशेषता है।
हालांकि ये उपकरण अभी भी अपनी प्रारंभिक अवस्था में हैं, उलझाव वह है जो उन्हें शास्त्रीय कंप्यूटरों को करने की अनुमति देगा, जैसे कि अणुओं, फार्मास्यूटिकल्स या उत्प्रेरक जैसे प्राकृतिक क्वांटम सिस्टम का बेहतर अनुकरण करना।
आज प्रकाशित नए शोध में विज्ञानमेरे सहयोगियों और मैंने लगभग 20 नैनोमीटर द्वारा अलग किए गए दो परमाणु नाभिक के बीच क्वांटम उलझाव का प्रदर्शन किया है।
यह ज्यादा नहीं लग सकता है। लेकिन हमारे द्वारा उपयोग की जाने वाली विधि एक व्यावहारिक और वैचारिक सफलता है जो क्वांटम जानकारी को संग्रहीत करने के लिए सबसे सटीक और विश्वसनीय प्रणालियों में से एक का उपयोग करके क्वांटम कंप्यूटर बनाने में मदद कर सकती है।
शोर के साथ संतुलन नियंत्रण
क्वांटम कंप्यूटर इंजीनियरों के सामने चुनौती दो विरोधी जरूरतों को संतुलित करना है।
नाजुक कंप्यूटिंग तत्वों को बाहरी हस्तक्षेप और शोर से परिरक्षित किया जाना चाहिए। लेकिन एक ही समय में, सार्थक संगणना करने के लिए उनके साथ बातचीत करने का एक तरीका होना चाहिए।
यही कारण है कि पहले ऑपरेटिंग क्वांटम कंप्यूटर होने के लिए दौड़ में अभी भी कई अलग -अलग प्रकार के हार्डवेयर हैं।
कुछ प्रकार तेजी से संचालन करने के लिए बहुत अच्छे हैं, लेकिन शोर से पीड़ित हैं। दूसरों को शोर से अच्छी तरह से परिरक्षित किया जाता है, लेकिन संचालित करना और स्केल करना मुश्किल है।
एक दूसरे से बात करने के लिए नाभिक प्राप्त करना
मेरी टीम एक मंच पर काम कर रही है – आज तक – दूसरे शिविर में रखा जा सकता है। हमने सिलिकॉन चिप्स में फास्फोरस परमाणुओं को प्रत्यारोपित किया है, और क्वांटम जानकारी को एनकोड करने के लिए परमाणुओं के कोर के स्पिन का उपयोग किया है।
एक उपयोगी क्वांटम कंप्यूटर बनाने के लिए, हमें एक ही समय में बहुत सारे परमाणु नाभिक के साथ काम करना होगा। लेकिन अब तक, कई परमाणु नाभिक के साथ काम करने का एकमात्र तरीका उन्हें एक ठोस के अंदर एक साथ बहुत करीब रखना था, जहां वे एक एकल इलेक्ट्रॉन से घिरे हो सकते हैं।
हम आमतौर पर एक इलेक्ट्रॉन के बारे में सोचते हैं कि एक परमाणु के नाभिक से कहीं अधिक छोटा है। हालांकि, क्वांटम भौतिकी हमें बताती है कि यह अंतरिक्ष में “फैल सकता है” हो सकता है, इसलिए यह एक ही समय में कई परमाणु नाभिक के साथ बातचीत कर सकता है।
फिर भी, जिस सीमा पर एक एकल इलेक्ट्रॉन फैल सकता है वह काफी सीमित है। इसके अलावा, एक ही इलेक्ट्रॉन में अधिक नाभिक जोड़ने से प्रत्येक नाभिक को व्यक्तिगत रूप से नियंत्रित करना बहुत चुनौतीपूर्ण हो जाता है।
इलेक्ट्रॉनिक ‘टेलीफोन’
हम कह सकते हैं कि, अब तक, नाभिक लोगों को साउंडप्रूफ रूम में रखा गया था। वे एक -दूसरे से बात कर सकते हैं जब तक वे सभी एक ही कमरे में हैं, और बातचीत वास्तव में स्पष्ट है।
लेकिन वे बाहर से कुछ भी नहीं सुन सकते हैं, और केवल बहुत सारे लोग हैं जो कमरे के अंदर फिट हो सकते हैं। इसलिए, बातचीत के इस मोड को बढ़ाया नहीं जा सकता है।
हमारे नए काम में, यह ऐसा है जैसे हमने लोगों को अन्य कमरों में संवाद करने के लिए टेलीफोन दिया। प्रत्येक कमरा अभी भी अंदर से अच्छा और शांत है, लेकिन अब हम कई और लोगों के बीच बातचीत कर सकते हैं, भले ही वे बहुत दूर हों।
“टेलीफोन” इलेक्ट्रॉन हैं। अंतरिक्ष में फैलने की उनकी क्षमता से, दो इलेक्ट्रॉन काफी दूरी पर एक -दूसरे को “स्पर्श” कर सकते हैं।
और यदि प्रत्येक इलेक्ट्रॉन को सीधे एक परमाणु नाभिक में जोड़ा जाता है, तो नाभिक इलेक्ट्रॉनों के बीच बातचीत के माध्यम से संवाद कर सकता है।
हमने “ज्यामितीय गेट” नामक एक विधि के माध्यम से नाभिक के बीच क्वांटम उलझाव को बनाने के लिए इलेक्ट्रॉन चैनल का उपयोग किया, जिसका उपयोग हमने कुछ साल पहले सिलिकॉन में परमाणुओं के साथ उच्च-सटीक क्वांटम संचालन करने के लिए किया था।
अब – सिलिकॉन में पहली बार – हमने दिखाया कि यह विधि नाभिक के जोड़े से परे हो सकती है जो एक ही इलेक्ट्रॉन से जुड़ी होती हैं।
एकीकृत सर्किट के साथ फिटिंग
हमारे प्रयोग में, फास्फोरस नाभिक को 20 नैनोमीटर द्वारा अलग किया गया था। यदि यह अभी भी एक छोटी दूरी की तरह लगता है, तो यह है: दो फास्फोरस के बीच 40 से कम सिलिकॉन परमाणु हैं।
लेकिन यह वह पैमाना भी है जिस पर हर रोज सिलिकॉन ट्रांजिस्टर गढ़े जाते हैं। 20-नैनोमेट्रे पैमाने पर क्वांटम उलझाव का मतलब है कि हम अपने लंबे समय तक रहने वाले, अच्छी तरह से परिरक्षित परमाणु स्पिन क्विट को अपने फोन और कंप्यूटर में मानक सिलिकॉन चिप्स के मौजूदा आर्किटेक्चर में एकीकृत कर सकते हैं।
भविष्य में, हम उलझाव दूरी को और भी आगे बढ़ाने की परिकल्पना करते हैं, क्योंकि इलेक्ट्रॉनों को शारीरिक रूप से स्थानांतरित किया जा सकता है, या अधिक लम्बी आकृतियों में निचोड़ा जा सकता है।
हमारी नवीनतम सफलता का मतलब है कि इलेक्ट्रॉन-आधारित क्वांटम उपकरणों में प्रगति को क्वांटम कंप्यूटरों के निर्माण पर लागू किया जा सकता है जो विश्वसनीय संगणना करने के लिए लंबे समय तक रहने वाले परमाणु स्पिन का उपयोग करते हैं।
एंड्रिया मोरेलो प्रोफेसर, क्वांटम नैनोसिस्टम्स, UNSW सिडनी हैं। इस लेख को पुनर्प्रकाशित किया गया है बातचीत।
