क्वांटम टेलीपोर्टेशन एक ऐसी प्रक्रिया है जो कण को किसी स्थान से दूसरे स्थान तक किसी कण की क्वांटम स्थिति को हस्तांतरित करती है। यह क्वांटम उलझन पर निर्भर करता है, एक घटना जहां दो कण सहसंबंधित हो जाते हैं ताकि एक दूसरे को तुरंत प्रभावित कर सके, भले ही दूरी की न हो। भौतिक पदार्थ को दूर करने से, यह तकनीक क्वांटम सूचना को चलती है - एक प्रणाली के मूल "राज्य" - यह भविष्य की क्वांटम प्रौद्योगिकियों के लिए एक कोने का पत्थर बनाती है। सबसे पहले 1993 में चार्ल्स बेननेट और सहयोगियों द्वारा प्रस्तावित, क्वांटम टेलीपोर्टेशन को तब से फोटोन, परमाणुओं और यहां तक मौजूदा चुनौतियों के माध्यम से प्रदर्शित किया गया है।

क्वांटम टेलीपोर्टेशन के मुख्य सिद्धांत

क्वांटम एंटंगलमेंट और बेल स्टेट्स

क्वांटम teleportation की नींव उलझन है। जब दो क्विबिट (quantum बिट) उलझे हुए होते हैं, तो उनके संयुक्त राज्य स्वतंत्र रूप से वर्णित नहीं किया जा सकता है; वे एक संयुक्त प्रणाली बनाते हैं। सबसे आम उलझे हुए राज्य बेल राज्य हैं: | इच्छा राज्य = (Right) = |11, |11, |

टेलीपोर्टेशन प्रोटोकॉल

दूरसंचार प्रोटोकॉल में तीन चरण होते हैं: उलझन, माप और पुनर्निर्माण।

  • ]Entanglement तैयारी: ऐलिस और बॉब एक उलझन जोड़ी (particles B और C) साझा करते हैं। शुरू में, राज्य के बारे में कोई जानकारी नहीं | A B या C में मौजूद है।
  • Bell माप:] ऐलिस कण A (C) पर एक संयुक्त माप करता है और उसके आधे से उलझे जोड़े (particle B) के बीच में एक है। यह माप A और B की संयुक्त प्रणाली को चार बेल राज्यों में से एक में पेश करता है। माप मूल राज्य | A पर मूल स्थिति को नष्ट कर देता है और तुरंत बॉब के कण C के परिणाम को लिंक करता है।
  • क्लासिकल संचार और पुनर्निर्माण: ऐलिस ने अपने बेल माप (दो शास्त्रीय बिट्स) के परिणाम को बॉब को किसी भी पारंपरिक चैनल (जैसे फाइबर ऑप्टिक केबल या रेडियो) पर भेज दिया। प्राप्त बिट्स के आधार पर, बॉब अपने कण C पर एक विशिष्ट एकात्मक ऑपरेशन (मात्रा गेट) लागू करता है। यह ऑपरेशन वास्तव में राज्य को पुन: उत्पन्न करता है।

गंभीर रूप से, मूल राज्य | ♥ बेल माप के दौरान नष्ट हो जाता है - यह कोई बंद सिद्धांत को संतुष्ट करता है, जो अज्ञात क्वांटम स्टेट की एक सही प्रतिलिपि बनाने को रोकता है। टेलीपोर्टेशन इस प्रकार प्रतियां, क्वांटम सूचना के बजाय स्थानांतरण करता है।

शास्त्रीय संचार की भूमिका

शास्त्रीय संचार क्वांटम टेलीपोर्टेशन में अनिवार्य है। इसके बिना, बॉब को यह नहीं पता कि कौन से एकात्मक परिवर्तन लागू होता है। क्योंकि शास्त्रीय जानकारी प्रकाश की गति से अधिक नहीं हो सकती है, दूरसंचार तेजी से-से-प्रकाश संचार की अनुमति नहीं देता है। दो शास्त्रीय बिट्स प्रकाश गति पर सबसे अच्छा यात्रा करते हैं, इसलिए समग्र प्रक्रिया सापेक्षता का सम्मान करती है। यह शास्त्रीय चैनल भी एक विलंबता पेश करता है जो टेलीपोर्टेशन-आधारित प्रोटोकॉल के प्रभावी थ्रूपुट को सीमित करता है।

कीट तकनीकी आवश्यकता

एन्टेन्मेंट बनाए रखना

उल्लूवाद नाजुक है। पर्यावरण के साथ पारस्परिक क्रियाएं विखंडन का कारण बनती हैं, जो टेलीपोर्टेशन के लिए आवश्यक सहसंबंधों को नष्ट कर देती हैं। दूरी पर उलझन बनाए रखने के लिए, शोधकर्ता कम-हानि ऑप्टिकल फाइबर, मुफ्त-स्पेस लेजर लिंक या यहां तक कि उपग्रह चैनलों का उपयोग करते हैं। वे आंशिक रूप से अवक्रमित राज्यों को शुद्ध करने के लिए उलझन आसवन जैसी तकनीकों को भी रोजगार देते हैं। उदाहरण के लिए, Micius उपग्रह (चीन) ने 1,200 किमी से अधिक दूरी पर उलझन वितरण और टेलीपोर्टेशन का प्रदर्शन किया है, जो मुक्त-स्पेस प्रकाशिकी का उपयोग करते हुए वायुमंडलीय उथल-स के प्रभावों को सक्रिय बिंदु और ध्रुवीकरण के माध्यम से कम करते हुए दर्शाता है।

क्वांटम रिपीटर और लॉन्ग-डिस्टेंस टेलीपोर्टेशन

लंबे ऑप्टिकल फाइबर पर उलझे हुए फोटॉनों का प्रत्यक्ष संचरण एक्सोनेंशियल नुकसान से पीड़ित होता है। इसे दूर करने के लिए, क्वांटम रिपीटर प्रस्तावित हैं। एक क्वांटम रिपीटर कुल दूरी को छोटे खंडों में विभाजित करता है, प्रत्येक खंड में उलझन स्थापित करता है, और फिर उन्हें जोड़ने के लिए उलझन में डूब जाता है। क्वांटम टेलीपोर्टेशन इन स्वैपों में प्राथमिक संचालन है। हाल के प्रयोगों ने फाइबर नेटवर्क पर टेलीपोर्टेशन प्रदर्शित किया है जो उच्च निष्ठा के साथ किलोमीटर के दस किलोमीटर का विस्तार करता है, भविष्य के क्वांटम इंटरनेट के लिए मार्ग प्रशस्त करता है।

व्यावहारिक अनुप्रयोग Beyond सिद्धांत

क्वांटम कम्युनिकेशन नेटवर्क

क्वांटम टेलीपोर्टेशन नेटवर्क में नोड्स के बीच क्वांटम राज्यों के सुरक्षित हस्तांतरण को सक्षम बनाता है। यह एक क्वांटम इंटरनेट बनाने के लिए आवश्यक है, जहां क्वाबिट्स को क्वांटम प्रोसेसर के बीच टेलीपोर्ट किया जा सकता है, जिससे वितरित क्वांटम कंप्यूटिंग और सुरक्षित संचार को सक्षम बनाया जा सकता है। दुनिया भर में कंपनियां और अनुसंधान समूह महानगरीय क्वांटम नेटवर्क विकसित कर रहे हैं - उदाहरण के लिए, हेफी (चीन), टोक्यो और कैम्ब्रिज (यूएसए) में। ये नेटवर्क अलग-अलग भौतिक प्रणालियों को जोड़ने के लिए फोटोनिक टेलीपोर्टेशन का उपयोग करते हैं।

वितरित क्वांटम कम्प्यूटिंग

बड़े पैमाने पर क्वांटम कंप्यूटर में कई छोटे क्वांटम प्रोसेसर शामिल हो सकते हैं जो टेलीपोर्टेशन से जुड़े होते हैं। चिप्स के बीच भौतिक क्विबिट को स्थानांतरित करने के बजाय, टेलीपोर्टेशन क्वांटम स्टेट्स को स्थानांतरित करता है, जो कोहेरेंस को संरक्षित करता है। यह आर्किटेक्चर मॉड्यूलर स्केलिंग और आसान त्रुटि सुधार की अनुमति देता है। उदाहरण के लिए, टेलीपोर्टेशन विभिन्न प्रोसेसरों पर क्विबिट्स के बीच क्वाबिट्स के बीच क्वांटम गेट्स को लागू कर सकता है - जिसे गेट टेलीपोर्टेशन के रूप में जाना जाता है - निकट-अवधि क्वांटम डिवाइस की क्षमताओं को बढ़ाता है।

सुरक्षित डाटा ट्रांसमिशन (क्वांटम कुंजी वितरण)

जबकि क्वांटम कुंजी वितरण (QKD) अक्सर क्वाबिट्स के प्रत्यक्ष प्रसारण पर आधारित होता है, दूरसंचार एक विकल्प प्रदान करता है: दूरसंचार आधारित QKD प्रोटोकॉल। इस योजना में, एक उलझन वाला राज्य एलिस से बॉब तक गुप्त कुंजी स्थापित करने के लिए प्रसारित किया जाता है। क्योंकि टेलीपोर्टेशन उसी तरह से चैनल को प्रेषित राज्य को उजागर नहीं करता है, यह कुछ हमलों और नुकसान के खिलाफ अधिक मजबूत हो सकता है। इसके अलावा, दूरसंचार क्वांटम एन्क्रिप्शन और सुरक्षित मल्टीपार्टी संगणन के लिए एक मौलिक आदिम है।

चुनौतियां और वर्तमान अनुसंधान फ्रंटियर

Fidelity and त्रुटि सुधार

क्वांटम टेलीपोर्टेशन की सफलता को निष्ठा से मापा जाता है - सही ढंग से टेलीपोर्ट किए गए राज्य मूल से मेल खाता है। निष्ठा को अपूर्ण उलझन, संचरण के दौरान नुकसान और बेल माप में शोर से अवगत कराया जा सकता है। आधुनिक प्रयोग 90% से अधिक निष्ठा प्राप्त करते हैं, लेकिन गलती-सहिष्णु क्वांटम नेटवर्क के लिए 99.99% से संपर्क करना आवश्यक है। क्वांटम त्रुटि सुधार कोड का उपयोग टेलीपोर्ट किए गए राज्यों की रक्षा के लिए किया जा सकता है, लेकिन उन्हें अतिरिक्त क्विबिट्स और संसाधनों की आवश्यकता होती है। शोधकर्ता सक्रिय रूप से उलझे हुए-फोटोन स्रोतों और डिटेक्टरों की गुणवत्ता में सुधार करने पर काम कर रहे हैं ताकि निष्ठा को बढ़ावा मिल सके।

Scaling up Teleportation

अधिकांश टेलीपोर्टेशन प्रदर्शन एकल-shot घटनाओं हैं: एक बार में एक क्विबिट टेलीपोर्ट किया गया। उपयोगी होने के लिए, टेलीपोर्टेशन को उच्च दरों (जैसे लाखों टेलीपोर्टेड क्विबिट प्रति सेकंड) पर काम करना चाहिए और बहु-क्वाबिट राज्यों का समर्थन करना चाहिए। इसके लिए मल्टीप्लेक्सिंग, हाई स्पीड इलेक्ट्रॉनिक्स और सटीक सिंक्रनाइज़ेशन की आवश्यकता होती है। एकीकृत फोटोनिक्स और चिप-पैनल क्वांटम डिवाइस में हाल के अग्रिमों को टेलीपोर्टेशन सेटअप को कम करने का वादा किया जाता है, लेकिन स्केलेबिलिटी एक प्रमुख इंजीनियरिंग चुनौती बनी हुई है।

उपग्रह आधारित टेलीपोर्टेशन

Micius उपग्रह प्रयोगों (2016-2010) ने एक मील का पत्थर चिह्नित किया, जो एक जमीन स्टेशन से उपग्रह और इसके विपरीत क्वांटम टेलीपोर्टेशन प्राप्त करके एक मील का पत्थर बन गया। इन परीक्षणों ने एक डाउनलिंक इंटेंगल स्रोत का इस्तेमाल किया, जिसमें बेल माप जमीन पर प्रदर्शन किया गया था। उपग्रह ने तब राज्य को पुनर्निर्माण के लिए शास्त्रीय जानकारी को रिले किया। परिणाम ने 80% से अधिक की दूरी पर टेलीपोर्टेशन की पुष्टि की। भविष्य की परियोजनाओं का उद्देश्य वैश्विक पैमाने पर क्वांटम टेलीपोर्टेशन को सक्षम करने के लिए कई उपग्रहों का नेटवर्क स्थापित करना है- दुनिया भर में क्वांटम इंटरनेट की तरफ एक प्रमुख कदम।

क्वांटम टेलीपोर्टेशन का भविष्य

प्रौद्योगिकी परिपक्व होने के रूप में, क्वांटम टेलीपोर्टेशन प्रयोगशाला प्रदर्शनों से वास्तविक दुनिया के बुनियादी ढांचे में बदलाव करेगा। यूरोपीय क्वांटम इंटरनेट एलायंस, अमेरिकी ऊर्जा विभाग की एक क्वांटम इंटरनेट के लिए योजना है, और स्पेस स्केल (QUESS) कार्यक्रम में चीन के क्वांटम एक्सेरिमेंट सभी टेलीपोर्टेशन आधारित नेटवर्क में निवेश कर रहे हैं। एक दशक के भीतर, हम क्वांटम कंप्यूटर और सेंसर को जोड़ने के लिए कई शहरों को जोड़ने वाले पहले एकीकृत क्वांटम नेटवर्क को देख सकते हैं। टेलीपोर्टेशन क्वांटम सेंसिंग में भी भूमिका निभाता है, जो परमाणु घड़ियों के नेटवर्क को अभूतपूर्व स्थिरता के साथ सक्षम करता है, और क्वांटम मैकेनिक्स के आधार परीक्षण में।

उलझन, माप और शास्त्रीय संचार का संयोजन जो दूरसंचार को परिभाषित करता है, क्वांटम प्रौद्योगिकियों के लिए एक मुख्य संचालन रहेगा। जबकि मैक्रोस्कोपिक ऑब्जेक्ट्स का टेलीपोर्टिंग साइंस फिक्शन बनी हुई है, क्वांटम स्टेट्स को स्थानांतरित करने की क्षमता विश्वसनीय रूप से कूटनीति, वितरित संगणन और ब्रह्मांड की गहरी समझ को सुरक्षित करने के लिए दरवाजे खोलती है।

निष्कर्ष

क्वांटम टेलीपोर्टेशन सैद्धांतिक जिज्ञासा से कहीं अधिक है। यह एक व्यावहारिक प्रोटोकॉल है जो वाहक कण को स्थानांतरित किए बिना क्वांटम जानकारी के हस्तांतरण को सक्षम बनाता है। उलझन और शास्त्रीय संचार का लाभ उठाकर, यह नो-क्लोनिंग theorem की मूलभूत सीमा को हल करता है। प्रयोगात्मक प्रगति की गति - अंतरमहाद्वीप उपग्रह लिंक के लिए किलोग्राम से - दूरसंचार प्रणालियों की व्यवहार्यता और महत्व को दर्शाता है। निष्ठा, स्केलेबिलिटी और पर्यावरणीय decoherence में चुनौतियां बनी रहती हैं, लेकिन प्रक्षेपवक्र स्पष्ट है: क्वांटम टेलीपोर्टेशन संचार और कंप्यूटिंग सिस्टम की अगली पीढ़ी का एक मूलभूत भवन ब्लॉक होगा।

आगे पढ़ने के लिए, C. H. Bennett et al., द्वारा मूल प्रस्ताव देखें, "Dual Classical and Einstein-Podolsky-Rosen Channels के माध्यम से एक अज्ञात क्वांटम स्टेट का अनुवाद" (Physical Review letter, 1993) और J. Yin et al., ]Nature 2020 ]. Micius का उपयोग कर उपग्रह टेलीपोर्टेशन प्रयोग [[FLT:]]]]] [[FLT]]]]]]]]] [FLT]]]]]]]] पर [[FLT]]]]]]]]]]]]]]]] के लिए [[FLT]]]]]]] पर [[FLT]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] पर [[FLT [[FLT]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]