क्वांटम अवस्थाओं में बदलाव के लिए नए तरीकों के साथ प्रयोग करने वाले वैज्ञानिकों ने इन अवस्थाओं की विशेषता जानने और अनुमान लगाने के लिए एक नए तरीके की खोज की है, जिसका उपयोग कंप्यूटिंग, संचार और मेट्रोलॉजी के लिए किया जा सकता है। विशेषता निर्धारित करने इस विधि को क्वांटम स्टेट इंटरफेरोग्राफी नाम दिया गया है, जो इन बदलाव या जोड़-तोड़ को सरल बना देगा। इससे क्वांटम प्रौद्योगिकियों की कई महत्वपूर्ण कार्य-विधियां आसान हो जायेंगी।

विज्ञान और प्रौद्योगिकी विभाग, भारत सरकार के स्वायत्त संस्थान, रमन रिसर्च इंस्टीट्यूट के वैज्ञानिकों ने इंटरफेरंस पैटर्न से प्रणाली की स्थिति (दोनों, सरलतम क्वांटम प्रणाली द्वि-आयामी क्यूबिट्स के साथ-साथ उच्च-आयामी "क्यूबिट्स") का अनुमान कगाने के एक नए तरीके का पता लगाया है, जिसे वे क्वांटम स्टेट इंटरफेरोग्राफी' कहते हैं। यह कार्य, आंशिक रूप से डीएसटी के क्यूयूईएसटी नेटवर्क कार्यक्रम द्वारा समर्थित है और इसे जर्नल फिजिकल रिव्यू लेटर्स में प्रकाशन के लिए स्वीकार किया गया है। 

अज्ञात क्वांटम अवस्था का निर्धारण आमतौर पर क्वांटम स्टेट टोमोग्राफी (क्यू एस टी ) के द्वारा किया जाता है। इसमें विभिन्न दिशाओं पर क्वांटम अवस्था को मापना और प्राप्त जानकारी से क्वांटम अवस्था का पुनर्निर्माण करना शामिल है। हालाँकि, विशेष रूप से, ऐसी स्थिति में जहाँ आयाम बड़े होते हैं, टोमोग्राफी करने के लिए आवश्यक कार्यों में चतुष्कोणीय वृद्धि होती है। प्रयोगात्मक सेटिंग्स को अक्सर कई बार बदलना पड़ता है, इस प्रकार यह प्रक्रिया बहुत बोझिल हो जाती है।

आरआरआई टीम ने दिखाया कि प्रयोगात्मक सेटअप में बिना बदलाव किये हुए, एक उच्च आयामी प्रणाली के अज्ञात क्वांटम अवस्था का अनुमान लगाना संभव है। सेटअप के लिए केवल दो इंटरफेरोमीटर की आवश्यकता होती है जिसमें से अवस्था को फिर से निर्मित करने के लिए कई इंटरफेरोग्राम प्राप्त किए जा सकते हैं। यह क्वांटम अवस्था के आकलन के लिए एक 'ब्लैक बॉक्स' दृष्टिकोण प्रदान करता है - फोटॉन की घटना और अवस्था की जानकारी प्राप्त करने के बीच सेट-अप के भीतर, स्थितियां नहीं बदली जाती हैं, इस प्रकार क्वांटम अवस्था का एक सही एकल-शॉट अनुमान प्राप्त होता है।

एक क्यूबिट 2-आयामी क्वांटम प्रणाली है और आमतौर पर अवस्था आकलन निर्धारित करने के लिए दो जटिल संख्याओं की आवश्यकता होती है। हालांकि, विभिन्न अड़चनें और धारणाएं केवल दो वास्तविक संख्याओं का निर्धारण करती हैं। विभिन्न कार्यों से इन दो वास्तविक संख्याओं को खोजने के बजाय, इस काम में, उन्हें इंटरफेरंस पैटर्न की तीव्रता और चरण बदलाव से निर्धारित किया गया था। इसके अलावा, जब ऐसे कई क्वांटम अवस्थाएं असंगत रूप से मिश्रित होती हैं, तो मिश्रित होने की मात्रा को इंटरफेरंस पैटर्न की दृश्यता से निर्धारित किया जा सकता है। इसका उपयोग दो-कण प्रणाली की स्थिति को चिह्नित करने के लिए किया जा सकता है, जिसे बदले में, एकल -शॉट विधि में, उलझाव की मात्रा निर्धारित करने के लिए भी इस्तेमाल किया जा सकता है। इंटरफेरंस पैटर्न के एक सेट से उच्च-आयामी क्वांटम अवस्थाओं का वर्णन करने वाले मापदंडों को खोजने के लिए इस विचार को और बढ़ाया जा सकता है।

यह काम क्वांटम स्थिति के आकलन के साथ-साथ क्वांटम उलझाव (एनटेनगलमेंट) आकलन को एक एकल-शॉट ब्लैक-बॉक्स दृष्टिकोण देता है। किसी भी क्वांटम प्रौद्योगिकी प्रोटोकॉल में क्वांटम अवस्थाओं का हेरफेर सबसे महत्वपूर्ण ऑपरेशन है, चाहे यह क्वांटम कंप्यूटिंग हो, क्वांटम संचार हो या क्वांटम मेट्रोलॉजी हो। इसी तरह, क्वांटम उलझाव क्वांटम तकनीक में एक सर्वव्यापी संसाधन है। प्रोफेसर उर्वशी सिन्हा और उनके समूह के सदस्यों द्वारा आरआरआई के क्वांटम सूचना और कम्प्यूटिंग लैब में नई तकनीक विकसित की गयी है और प्रायोगिक रूप से प्रदर्शित की गयी है। क्वांटम अवस्था अनुमान के लिए इंटरफेरोमेट्री के उपयोग से नई तकनीक पारंपरिक तकनीकों की तुलना में एक आसान और प्रभावी उपकरण है। इस विकास के लिए सैद्धांतिक समर्थन एचआरआई के एक सहयोगी द्वारा प्रदान किया गया था। इसके अलावा, यह प्रयोग यह भी बताता है कि इस तकनीक को आने वाले समय में लघु उपकरणों में कैसे उपयोग किया जा सकता है, जिसका उपयोग वाणिज्यिक स्तर पर क्वांटम अवस्था के आकलन के लिए किया जा सकता है।

चित्र: प्रयोगात्मक सेटिंग्स में बदलाव की आवश्यकता के बिना इंटरफेरेंस पैटर्न से, क्वांटम अवस्था अनुमान के लिए क्वांटम अवस्था इंटरफेरोग्राफी "ब्लैक बॉक्स" टूल के रूप में काम कर सकती है।

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अधिक जानकारी के लिए, प्रोफेसर उर्वशी सिन्हा ( usinha@rri.res.in ) से संपर्क किया जा सकता है।]

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