क्वांटम नाॅइज

संदर्भ

हाल ही में रमन रिसर्च इंस्टिट्यूट द्वारा किए गए नए शोध से पता चला है कि ‘क्वांटम  नॉइज’, जिसे कभी क्वांटम प्रणालियों के लिए खतरा माना जाता था, वह इंट्रापार्टिकल एंटैंगलमेंट (Intraparticle Entanglement) को संरक्षित कर सकता है या उत्पन्न भी कर सकता है, जो विसंबद्धता और क्वांटम स्थिरता पर पारंपरिक विचारों को चुनौती देता है।

क्वांटम नाॅइज के बारे में

• परिभाषा: क्वांटम नाॅइज, क्वांटम स्तर पर भौतिक प्रणालियों में अंतर्निहित, अपरिहार्य उतार-चढ़ाव को संदर्भित करता है, जो मूल रूप से हाइजेनबर्ग के अनिश्चितता सिद्धांत (Heisenberg Uncertainty Principle) द्वारा सीमित है।
  • हाइजेनबर्ग का अनिश्चितता सिद्धांत: जर्मन भौतिक विज्ञानी और नोबेल पुरस्कार विजेता वर्नर हाइजेनबर्ग द्वारा वर्ष 1927 में प्रतिपादित अनिश्चितता सिद्धांत के अनुसार,  हम किसी कण, जैसे कि फोटॉन या इलेक्ट्रॉन, की स्थिति और गति दोनों को पूर्ण सटीकता के साथ नहीं जान सकते हैं।

• नाॅइज के स्रोत
  • आंतरिक (मौलिक)
    • निर्वात संबंधी उतार-चढ़ाव: रिक्त स्थान में भी अंतर्निहित यादृच्छिक ऊर्जा बदलती रहती है।
    • शॉट  नॉइज: कणों के असतत्, यादृच्छिक आगमन के कारण उतार-चढ़ाव होता है।
  • बाह्य (पर्यावरणीय और यंत्रीय)
    • तापीय उतार-चढ़ाव, विद्युत चुंबकीय व्यतिकरण, यांत्रिक कंपन।
    • क्वांटम गेट्स, क्रॉसटॉक और  नॉइज संबंधी अपूर्णताएँ।

अनुसंधान में क्वांटम नाॅइज के प्रकारों का पता लगाया गया

• आयाम अवमंदन (Amplitude Damping): यह प्रणाली में ऊर्जा हानि को दर्शाता है (उदाहरण के लिए- उत्प्रेरित अवस्था में क्षय होना)।
• प्रावस्था अवमंदन (Phase Damping): क्वांटम व्यतिकरण (Quantum Interference) के लिए महत्त्वपूर्ण चरण संबंधों को बाधित करता है।
• विध्रुवीकरण नाॅइज (Depolarizing Noise): क्वांटम अवस्था को सभी दिशाओं में अनियमित रूप से परिवर्तित करता है, जिससे अध्यारोपण संबंधी  हानि होती है।

इंट्रापार्टिकल एंटैंगलमेंट (Intraparticle Entanglement) बनाम इंटरपार्टिकल एंटैंगलमेंट (Interparticle Entanglement)

• इंट्रापार्टिकल एंटैंगलमेंट (Intraparticle Entanglement): यह इंट्रापार्टिकल एंटैंगलमेंट एक ही कण के भीतर घटित होता है, उदाहरण के लिए, एक फोटॉन के चक्रण और ध्रुवीकरण के बीच।
  • मुख्य निष्कर्ष: इंट्रापार्टिकल एंटैंगलमेंट कुछ विभिन्न नाॅइज स्थितियों में सक्रिय रह सकता है, पुनर्सक्रिय हो सकता है या यहाँ तक कि नए तरीके से उत्पन्न भी हो सकता है।
• इंटरपार्टिकल एंटैंगलमेंट (Interparticle Entanglement): दो अलग-अलग कणों के बीच घटित होता है।
  • मुख्य निष्कर्ष: एंटैंगलमेंट का यह रूप समान क्वांटम नाॅइज की उपस्थिति में अपरिवर्तनीय रूप से क्षीण हो जाता है, जो इंट्रापार्टिकल प्रणालियों के अद्वितीय लचीलेपन को उजागर करता है।

क्वांटम एंटैंगलमेंट के बारे में एक क्वांटम घटना, जिसमें दो या दो से अधिक कण आपस में जुड़ जाते हैं, अर्थात् उनकी व्यक्तिगत क्वांटम अवस्थाओं को स्वतंत्र रूप से वर्णित नहीं किया जा सकता, यहाँ तक कि अलग होने पर भी नहीं। एक उलझे हुए कण के गुण को मापने से दूसरे पर तुरंत प्रभाव पड़ता है, इस अवधारणा को आइंस्टीन ने ‘स्पूकी एक्शन एट ए डिस्टेंस’ (Spooky Action at a Distance) अर्थात् ‘दूरी पर रहस्यमय क्रिया’ कहा था। कण परस्पर क्रिया या संरक्षण नियमों के माध्यम से उलझ जाते हैं। मापन से पहले, उलझे हुए कण एक साझा क्वांटम अवस्था (अध्यारोपण) में मौजूद होते हैं। एक के मापन पर, दूसरे की अवस्था तुरंत निर्धारित हो जाती है, जो क्वांटम यांत्रिकी की गैर-स्थानीय प्रकृति को प्रदर्शित करता है। एंटैंगलमेंट का मूल उदाहरण एक फोटॉन 50-50 बीम स्प्लिटर से टकराता है → एक अध्यारोपण (सुपरपोजिशन) में प्रवेश करता है:  पथ A में फोटॉन, B में कोई नहीं। पथ B में फोटॉन, A में कोई नहीं। मापन तक, यह दोनों अवस्थाओं में एक साथ रहता है। एक पथ को मापने से दूसरे पथ में फोटॉन मिलने की संभावना प्रभावित होती है, यहाँ तक कि लंबी दूरी पर भी। क्वांटम एंटैंगलमेंट कैसे कार्य करता है? एक प्रकाश स्रोत एक साथ दो फोटॉन उत्सर्जित करता है। दोनों फोटॉनों के ध्रुवीकरण के अंतर्गत उलझे हुए होते हैं, वे अलग-अलग यादृच्छिक हो सकते हैं, लेकिन हमेशा एक-दूसरे से मेल खाते हैं। ध्रुवीकरण: प्रकाश तरंग में विद्युत क्षेत्र के दोलन की दिशा (जैसे- ऊर्ध्वाधर, क्षैतिज)।

खोज का महत्त्व

• प्रतिमान परिवर्तन: नाॅइज को न केवल एक विनाशकारी शक्ति के रूप में, बल्कि क्वांटम प्रणालियों में एक संभावित रचनात्मक कारक के रूप में भी पुनर्परिभाषित करता है।
• विसंयोजन प्रतिरोध: नाॅइज वातावरण में स्थिर रहने और पुनर्सक्रिय होने की इंट्रापार्टिकल एंटैंगलमेंट (Intraparticle Entanglement) की क्षमता अधिक स्थिर क्वांटम प्रौद्योगिकियों का मार्ग प्रशस्त करती है।
• क्वांटम प्रणाली डिजाइन: नाॅइज-प्रतिरोधी आर्किटेक्चर का उपयोग करके क्वांटम संचार, क्वांटम कंप्यूटिंग, क्रिप्टोग्राफी और त्रुटि सुधार के लिए नए ढाँचे प्रदान करता है।
• क्रॉस-प्लेटफॉर्म वैधता: ये निष्कर्ष प्लेटफॉर्म-स्वतंत्र हैं और फोटॉन, न्यूट्रॉन, ट्रैप्ड आयन आदि पर लागू होते हैं, क्योंकि इसमें ग्लोबल नाॅइज मॉडल का उपयोग किया गया है, जो कण को पृथक घटकों के बजाय एक संपूर्ण रूप में मानता है।

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