शोधकर्ताओं ने लंबे समय से मान्यता दी है कि क्वांटम संचार प्रणाली क्वांटम जानकारी को अधिक ईमानदारी से संचारित करेगी और यदि नॉनलाइनियर ऑप्टिकल प्रक्रियाओं का उपयोग किया गया था, तो कुछ रूपों के लिए अभेद्य होगा। हालांकि, ऐसी प्रक्रियाओं को शामिल करने के पिछले प्रयास क्वांटम संचार के लिए आवश्यक बेहद कम प्रकाश स्तर के साथ काम नहीं कर सकते हैं।
अब, इलिनोइस विश्वविद्यालय के एक टीम ने उरबाना-शैंपेन ने एक इंडियम-गैलियम-फॉस्फाइड नैनोफोटोनिक प्लेटफॉर्म पर नॉनलाइनियर प्रक्रिया को आधार बनाकर तकनीक में सुधार किया है। परिणाम पूर्व प्रणालियों की तुलना में काफी अधिक कुशल है, जिसका अर्थ है कि इसे बहुत कम रोशनी की आवश्यकता होती है और प्रकाश की सबसे छोटी इकाई एकल फोटॉन के लिए सभी तरह से संचालित होती है। पहली बार, नॉनलाइनर ऑप्टिक्स के साथ क्वांटम संचार प्रणालियों को संभव बनाने के लिए एक मार्ग आगे है।
इलेक्ट्रिकल और कंप्यूटर इंजीनियरिंग और प्रोजेक्ट लीड के एक इलिनोइस प्रोफेसर केजी फैंग ने कहा, “हमारी नॉनलाइनियर सिस्टम रैखिक ऑप्टिकल घटकों का उपयोग करके सिस्टम पर 33% की सैद्धांतिक सीमा की तुलना में 94% निष्ठा के साथ क्वांटम जानकारी को प्रसारित करता है।” “यह अकेले नॉनलाइनर ऑप्टिक्स के साथ क्वांटम संचार की शक्ति को प्रदर्शित करता है। हल करने के लिए बड़ी समस्या दक्षता है। एक नैनोफोटोनिक मंच का उपयोग करके, हमने यह दिखाने के लिए दक्षता में वृद्धि देखी कि तकनीक आशाजनक है।”
यह शोध हाल ही में पत्रिका में प्रकाशित हुआ था भौतिक समीक्षा पत्र।
नेटवर्क पर क्वांटम जानकारी का संचरण क्वांटम टेलीपोर्टेशन प्रोटोकॉल द्वारा सुविधाजनक है। इसमें, क्वांटम उलझाव की घटना – जिसमें दो क्वांटम ऑब्जेक्ट, आमतौर पर एकल फोटॉन, एक -दूसरे को प्रभावित करते हैं, जब उनके बीच कोई स्पष्ट भौतिक संबंध नहीं होता है – एक संचार चैनल के माध्यम से इसे प्रसारित किए बिना एक प्रेषक और एक रिसीवर के बीच क्वांटम जानकारी को स्थानांतरित करने के लिए शोषण किया जाता है। इस प्रक्रिया का लाभ यह है कि बाहरी शोर और चैनल खामियों के प्रभावों को बहुत कम किया जाता है।
दो कारक हैं जो क्वांटम टेलीपोर्टेशन के प्रदर्शन को सीमित करते हैं। सबसे पहले, मानक, रैखिक ऑप्टिकल घटकों का उपयोग ट्रांसमिशन में अंतर्निहित अस्पष्टताओं का परिचय देता है। दूसरा, उलझे हुए फोटॉनों को त्रुटियों और अतिरिक्त शोर के अधीन एक अपूर्ण प्रक्रिया के साथ बनाया जाता है। विशेष रूप से, उलझाव स्रोतों के लिए एक बार में फोटॉनों की एक से अधिक जोड़ी का उत्पादन करना आम है, जिससे यह स्पष्ट नहीं होता है कि क्या टेलीपोर्टेशन में उपयोग किए गए दोनों वास्तव में उलझे हुए हैं।
एलिजाबेथ गोल्डस्मिड्ट, भौतिकी के एक इलिनोइस प्रोफेसर और अध्ययन के एक सह-लेखक एलिजाबेथ गोल्ड्सचिमिड ने कहा, “सभी यथार्थवादी उलझाव स्रोतों में मल्टीफोटन शोर होता है, और यह क्वांटम नेटवर्क के लिए एक गंभीर समस्या है।” “नॉनलाइनर ऑप्टिक्स की अपील यह है कि यह अंतर्निहित भौतिकी के आधार पर मल्टीहोटन शोर के प्रभाव को कम कर सकता है, जिससे अपूर्ण उलझाव स्रोतों के साथ काम करना संभव हो जाता है।”
Nonlinear ऑप्टिकल घटक नई आवृत्तियों पर नए फोटॉन को संयोजित करने और बनाने के लिए विभिन्न आवृत्तियों के फोटॉन का कारण बनते हैं। क्वांटम टेलीपोर्टेशन के लिए, उपयोग की जाने वाली नॉनलाइनियर प्रक्रिया “एसयूएम फ्रीक्वेंसी जेनरेशन” (एसएफजी) है, जिसमें दो फोटॉन की आवृत्तियों को एक नया फोटॉन बनाने के लिए जोड़ते हैं। हालांकि, मूल दो फोटॉनों में प्रक्रिया होने के लिए विशिष्ट शुरुआती आवृत्तियां होनी चाहिए।
जब SFG का उपयोग क्वांटम टेलीपोर्टेशन में किया जाता है, तो प्रोटोकॉल आगे नहीं बढ़ता है यदि एक ही आवृत्ति के दो फोटॉन का पता लगाया जाता है। यह सबसे उलझे हुए फोटॉन स्रोतों में प्राथमिक प्रकार के शोर को फ़िल्टर करता है और अन्यथा संभव से बहुत अधिक टेलीपोर्टेशन निष्ठा के लिए अनुमति देता है। मुख्य दोष यह है कि एक एसएफजी रूपांतरण बहुत कम संभावना के साथ होता है, जिससे टेलीपोर्टेशन प्रक्रिया अत्यधिक अक्षम हो जाती है।
“शोधकर्ताओं ने लंबे समय से इस बारे में जाना है, लेकिन सफल एसएफजी की कम संभावना के कारण यह पूरी तरह से पता नहीं लगाया गया था,” फांग ने कहा। “अतीत में, जो सबसे अच्छा हासिल किया गया था, वह 100 मिलियन में 1 है। हमारी उपलब्धि 10,000 में 10,000 में 10,000 में 1 तक एक नैनोफोटोनिक प्लेटफॉर्म के साथ रूपांतरण दक्षता में वृद्धि का एहसास कर रही है।”
शोधकर्ता आशावादी हैं कि आगे के विकास के साथ, नॉनलाइनर ऑप्टिकल घटकों के साथ क्वांटम टेलीपोर्टेशन को और भी अधिक कुशल बनाया जा सकता है। उनका मानना है कि यह अन्य क्वांटम संचार प्रोटोकॉल में उपयोग पाएगा, जिसमें उलझाव स्वैपिंग भी शामिल है।
