क्वांटम टेलीपोर्टेशन – तथ्य या कल्पना?

ऑप्टिकल फाइबर का उपयोग करके क्वांटम टेलीपोर्टेशन

वैश्विक डिजिटल संचार ऑप्टिकल फाइबर के जटिल नेटवर्क के माध्यम से प्रकाश की गति से डेटा के तेज़ और कुशल हस्तांतरण पर निर्भर करता है। यह पारंपरिक कंप्यूटिंग के लिए उपयुक्त है, जो 0 और 1 की बाइनरी शृंखलाओं का उपयोग करती है।

हालाँकि, जैसे-जैसे क्वांटम कंप्यूटिंग एन्क्रिप्शन, वैज्ञानिक अनुसंधान और अन्य अनुप्रयोगों के लिए सामान्य उपकरण के करीब पहुँच रही है, यह प्रश्न उभरता है कि क्वांटम डेटा को एक क्वांटम कंप्यूटर से दूसरे तक कैसे स्थानांतरित किया जाए।

काफी समय तक इसे लगभग असंभव माना जाता था। प्रत्येक क्वांटम कंप्यूटर को एक-दूसरे से अलग-थलग काम करने के लिए नियत माना जाता था, जिससे उनकी संभावनाएँ सीमित रह जाती थीं।

यह तकनीकी उद्योग के लिए एक महत्वपूर्ण समस्या बनती जा रही है, विशेष रूप से जब नए स्केलेबल क्वांटम चिप डिज़ाइन अभी-अभी उजागर हुए हैं।

इसलिए यह एक महत्वपूर्ण कदम है जिसे Northwestern University, Ciena Corporation (CIEN ), और NuCrypt LCC के शोधकर्ताओं ने खोजा है: क्वांटम अवस्था को ऑप्टिकल फाइबर में “सामान्य” डेटा स्ट्रीम के साथ संरक्षित और स्थानांतरित किया जा सकता है।

उन्होंने अपने परिणाम Optica में प्रकाशित किए। शोधपत्र का शीर्षक था, “Quantum teleportation coexisting with classical communications in optical fiber¹”।

क्वांटम टेलीपोर्टेशन

विज्ञान-कथा फ़िल्म की काल्पनिक अवधारणा जैसा लगने के बावजूद, क्वांटम टेलीपोर्टेशन वास्तव में एक वास्तविक परिघटना है जिसका दशकों से अध्ययन किया जा रहा है।

यह तब होता है जब दो अलग‑अलग कण “जुड़े/बाँधे” होते हैं, जिसे क्वांटम एंटैंगलमेंट कहा जाता है।

इस मामले में, जब दो कण जुड़े होते हैं, चाहे उनके बीच की दूरी कुछ भी हो, वे बड़ी दूरियों पर जानकारी का आदान‑प्रदान करते हैं — बिना उसे शारीरिक रूप से ले जाए। कुछ मामलों में, यह संभव हो सकता है कि जानकारी का आदान‑प्रदान प्रकाश की गति से भी तेज़ हो, जो सिद्धांततः असंभव माना जाता है।

यह कैसे काम करता है और हमारी वास्तविकता के मूलभूत स्वरूप के लिए इसका क्या अर्थ है, इस पर क्वांटम भौतिकविदों में अब भी गहन बहस होती है। फिर भी, हम जानते हैं कि यह एक वास्तविक और मापने योग्य क्वांटम प्रभाव है, जो पूर्णतः सुरक्षित और तात्कालिक संचार को संभव बना सकता है।

रैडिकली अलग संचार

एक चलती हुई घास के ढेर में सुई

अब तक यह माना जाता था कि किसी क्वांटम अवस्था को ऑप्टिकल फाइबर के माध्यम से स्थानांतरित नहीं किया जा सकता, क्योंकि कोई भी एकल उलझा हुआ फोटॉन अपने साथ यात्रा कर रहे अरबों अन्य फोटॉनों में खो जाएगा और अपनी विशिष्ट क्वांटम अवस्था गंवा देगा।

“दो फोटॉनों पर विनाशकारी मापन करने से—एक फोटॉन क्वांटम अवस्था लिए होता है और दूसरा किसी अन्य फोटॉन से उलझा होता है—क्वांटम अवस्था शेष फोटॉन पर स्थानांतरित हो जाती है, जो बहुत दूर हो सकता है।

फोटॉन को स्वयं लंबी दूरी तक भेजने की आवश्यकता नहीं होती, फिर भी उसकी अवस्था दूर स्थित फोटॉन में कूटबद्ध हो जाती है। टेलीपोर्टेशन सूचना को स्वयं वह दूरी तय कराए बिना बहुत दूर तक सूचना के आदान-प्रदान की अनुमति देता है।”

जॉर्डन थॉमस — नॉर्थवेस्टर्न यूनिवर्सिटी में पीएचडी शोधकर्ता

मुख्य विचार यह पता लगाना था कि क्या ऑप्टिकल फाइबर में कोई ऐसी विशिष्ट परिस्थिति है जो क्वांटम उलझाव को बाधित न करे।

फाइबर ऑप्टिक केबलों में प्रकाश के बिखराव का गहन अध्ययन करने के बाद, शोधकर्ताओं ने अपने फोटॉनों को रखने के लिए कम भीड़भाड़ वाला तरंगदैर्ध्य पाया, अर्थात् 1290‑nm क्वांटम चैनल। फिर उन्होंने सामान्य इंटरनेट ट्रैफ़िक से शोर को कम करने के लिए विशेष फ़िल्टर जोड़े।

बेशक, यह सुनने में आसान लगता है, लेकिन वास्तविक प्रयोगात्मक सेट‑अप बिल्कुल भी सरल नहीं था, और प्रकाशित वैज्ञानिक पत्र ने हमें इस पूरे प्रयोग की जटिलता की एक झलक दी:

Source: Optica

नई टेलीकम्युनिकेशन

ऑप्टिकल फाइबर फोटॉनों को बिंदु A से बिंदु B तक पहुंचाते हैं, इसलिए यह पहले से ज्ञात था कि वे क्वांटम अवस्था वहन कर सकते हैं। लेकिन पहली बार यह प्रदर्शित किया गया है कि ऐसा उसी समय हो सकता है जब अन्य गैर-क्वांटम डेटा भी स्थानांतरित किया जा रहा हो।

इसका अर्थ है कि सूचना हस्तांतरण की एक बिल्कुल अलग प्रक्रिया हो रही है, जो सामान्यतः उपयोग होने वाले लाखों फोटॉनों के बजाय एक समय में एक फोटॉन पर निर्भर करती है।

“ऑप्टिकल संचार में सभी संकेत प्रकाश में परिवर्तित किए जाते हैं। पारंपरिक संचार के संकेत सामान्यतः प्रकाश के लाखों कणों से बने होते हैं, जबकि क्वांटम सूचना एकल फोटॉनों का उपयोग करती है।”

प्रोफेसर प्रेम कुमार — नॉर्थवेस्टर्न यूनिवर्सिटी के सेंटर फॉर फोटोनिक कम्युनिकेशन एंड कंप्यूटिंग के निदेशक

प्रारंभिक प्रोटोटाइप से बड़े लक्ष्य तक

और अधिक ऑप्टिकल फाइबर

पहला परीक्षण 30 किलोमीटर (18.6 मील) लंबे ऑप्टिकल फाइबर पर किया गया, जिसमें उच्च गति का इंटरनेट ट्रैफिक भी प्रवाहित हो रहा था।

शोधकर्ताओं के लिए अगला कदम बहुत लंबी दूरी पर प्रयोग करना होगा, यह देखने के लिए कि इस नई दूरसंचार विधि को कितनी दूर तक धकेला जा सकता है।

अब तक यह परीक्षण केवल प्रयोगशाला के ऑप्टिकल फाइबर पर किया गया है। अगला परीक्षण वास्तविक भूमिगत ऑप्टिकल केबलों पर होगा और यह देखा जाएगा कि वे मौजूदा वैश्विक इंटरनेट फाइबर नेटवर्क के साथ कितनी अच्छी तरह काम करते हैं।

क्वांटम अनुप्रयोगों का विस्तार

चल रहे शोध का एक अन्य भाग एक जोड़ी के बजाय उलझे हुए फोटॉनों की दो जोड़ियों का उपयोग करेगा। इससे एंटैंगलमेंट स्वैपिंग नामक एक अन्य क्वांटम परिघटना की जांच की जाएगी।

एंटैंगलमेंट स्वैपिंग क्वांटम उलझाव को कणों की एक जोड़ी से दूसरी जोड़ी में स्थानांतरित करने का प्रोटोकॉल है, भले ही दूसरी जोड़ी के कणों ने कभी परस्पर क्रिया न की हो।

यह भविष्य के संभावित क्वांटम दूरसंचार के लिए एक महत्वपूर्ण अतिरिक्त साधन है, क्योंकि इससे क्वांटम नेटवर्क जैसे वितरित क्वांटम अनुप्रयोग विकसित हो सकते हैं। ये नेटवर्क लंबी दूरी पर क्वांटम सूचना के सुरक्षित हस्तांतरण में सहायता कर सकते हैं।

“क्वांटम टेलीपोर्टेशन भौगोलिक रूप से दूर स्थित नोडों के बीच सुरक्षित क्वांटम संपर्क प्रदान कर सकता है। लेकिन लंबे समय से यह माना जाता रहा है कि प्रकाश कण भेजने के लिए कोई विशेष बुनियादी ढांचा नहीं बनाएगा।

यदि हम तरंगदैर्ध्य सही ढंग से चुनें, तो नया बुनियादी ढांचा बनाने की आवश्यकता नहीं होगी। पारंपरिक और क्वांटम संचार साथ-साथ काम कर सकते हैं।”

प्रोफेसर प्रेम कुमार — नॉर्थवेस्टर्न यूनिवर्सिटी के सेंटर फॉर फोटोनिक कम्युनिकेशन एंड कंप्यूटिंग के निदेशक

यह क्वांटम-आधारित एन्क्रिप्शन की दिशा में बड़ा कदम होगा, क्योंकि कणों की जोड़ियों के बीच अदला-बदली किए गए उलझाव का उपयोग करके ऐसी सुरक्षित एन्क्रिप्शन कुंजियां बनाई जा सकती हैं जिन्हें चोरी-छिपे सुनने से सुरक्षित रहना चाहिए।

एक अन्य प्रभाव क्वांटम रिपीटर नामक विधि के माध्यम से क्वांटम अवस्थाओं को अत्यंत लंबी दूरी तक भेजने की क्षमता होगा। नियमित अंतराल पर एंटैंगलमेंट स्वैपिंग करके क्वांटम अवस्था को “ताज़ा” किया जा सकता है और लंबी दूरी पर डेटा की हानि से बचा जा सकता है।

क्वांटम कंप्यूटिंग में निवेश

क्वांटम कंप्यूटिंग अभी उभरता हुआ क्षेत्र है, लेकिन निवेशक इसे विकसित करने वाली कंपनियों के माध्यम से अभी से इसमें निवेश कर सकते हैं।

आप कई ब्रोकरों के माध्यम से क्वांटम‑संबंधित कंपनियों में निवेश कर सकते हैं, और यहाँ, securities.io पर, हम USA, अमेरिका, कनाडा, ऑस्ट्रेलिया, ब्रिटेन, और कई अन्य देशों के लिए सर्वश्रेष्ठ ब्रोकरों की हमारी सिफ़ारिशें पा सकते हैं।

यदि आप विशेष क्वांटम कंप्यूटिंग कंपनियों को चुनने में रुचि नहीं रखते, तो आप क्वांटम कंप्यूटिंग ETFs जैसे Defiance Quantum ETF (QTUM) पर भी विचार कर सकते हैं, जो क्वांटम कंप्यूटिंग उद्योग में विविधित एक्सपोज़र प्रदान करेगा।

आप क्वांटम कंप्यूटिंग के बारे में “क्वांटम कंप्यूटिंग की वर्तमान स्थिति” में और इस क्षेत्र की सबसे बड़ी कंपनियों के बारे में “5 सर्वश्रेष्ठ क्वांटम कंप्यूटिंग कंपनियां” तथा “शीर्ष 10 गैर-सिलिकॉन कंप्यूटिंग कंपनियां” में अधिक जान सकते हैं।

क्वांटम कंप्यूटिंग कंपनी

1. Alphabet Inc.

Google क्वांटम कंप्यूटिंग में बहुत सक्रिय है, मुख्यतः अपने Google Quantum AI लैब और Santa Barbara में Quantum AI कैंपस के माध्यम से।

Google का क्वांटम कंप्यूटर ने 2019 में इतिहास रचा जब उसने अपने Sycamore मशीन के साथ “क्वांटम सुप्रीमेसी” हासिल करने का दावा किया। इस मशीन ने 200 सेकंड में वह गणना पूरी की जो एक पारंपरिक सुपरकम्प्यूटर को 10,000 साल लगते।

यह अब उसके नवीनतम चिप के प्रदर्शन, जिसे Willow कहा जाता है, से तुलना में छोटा है। यह पहला क्वांटम कंप्यूटिंग चिप है जिसकी त्रुटि दर इतनी कम है कि जितने अधिक क्विबिट आप जोड़ते हैं, उतनी ही कम त्रुटि आती है। यह पहला स्केलेबल क्वांटम चिप डिज़ाइन बनाता है।

लेकिन शायद Google का सबसे बड़ा योगदान सॉफ़्टवेयर में होगा, जहाँ इसका ट्रैक रिकॉर्ड हार्डवेयर से भी अधिक प्रभावशाली है (search, GSuit, Android, आदि)।

पहले से ही, Google का Quantum AI वैज्ञानिकों को क्वांटम एल्गोरिदम विकसित करने में मदद करने के लिए सॉफ़्टवेयर सूट उपलब्ध कराता है।

यह खुले तौर पर “शोधकर्ताओं, इंजीनियरों, और डेवलपर्स को हमारे ओपन सोर्स सॉफ़्टवेयर और शैक्षणिक संसाधनों, जिसमें हमारा Coursera पर नया कोर्स शामिल है, जहाँ डेवलपर्स क्वांटम त्रुटि सुधार के मूल सिद्धांत सीख सकते हैं और भविष्य की समस्याओं को हल करने वाले एल्गोरिदम बनाने में मदद कर सकते हैं।” के लिए समर्थन देते हैं।

इस खुले दृष्टिकोण के कारण, Google अब हार्डवेयर के साथ-साथ क्लाउड समाधान में भी अग्रणी है। Google संभवतः क्वांटम कंप्यूटिंग सॉफ़्टवेयर और क्वांटम प्रोग्रामिंग के मानक निर्धारित करने वाली कंपनियों में से एक बन सकता है, जिससे इसे भविष्य के विकास को दिशा देने का विशेष स्थान मिलता है।

इसी बीच, AI समाधान, जिसमें Waymo की स्वचलित कारें शामिल हैं, Alphabet (GOOG ) के लिए नया राजस्व स्रोत बन सकते हैं, जो अभी भी खोज और विज्ञापन उद्योगों में अत्यधिक प्रभुत्व रखता है।

आप Google की गैर-क्वांटम गतिविधियों, विशेष रूप से विज्ञापन और AI, के बारे में दिसंबर 2024 की हमारी विशेष रिपोर्ट में अधिक जान सकते हैं।

2. Ciena Corporation

एक साझेदार वह शोध परियोजना है जिसने ऑप्टिकल फाइबर में क्वांटम टेलीपोर्टेशन को प्रदर्शित किया, Ciena Corporation ऑप्टिकल और रूटिंग सिस्टम, सेवाओं, और ऑटोमेशन सॉफ़्टवेयर में वैश्विक नेता है।

Ciena विश्व की सबसे बड़ी कंपनी है चीन‑बाहरी ऑप्टिकल बाजार में, जो बाजार का 25% से अधिक नियंत्रित करती है। यह 70 देशों में मौजूद है।

Source: Ciena Corporation

कंपनी अगले 4 वर्षों में बैंडविड्थ की मांग को विस्फोटक रूप से बढ़ते हुए देखती है, जो AI अनुप्रयोगों की मांग से प्रेरित है।

Source: Ciena Corporation

इसने कंपनी को अपने मजबूत ऑप्टिकल नेटवर्क स्थितियों को AI बूम से संबंधित नए बाजारों में विस्तार करने के लिए प्रेरित किया है, विशेष रूप से कई AI अनुप्रयोगों के कारण नए स्थानीय डेटा सेंटरों की आवश्यकता है, गोपनीयता और सीमा‑पार डेटा प्रवाह के नियमों के कारण, साथ ही डिसएग्रीगेटेड डेटा सेंटरों के उदय के कारण, अधिक ऑप्टिकल नेटवर्क क्षमता की आवश्यकता है।

Source: Ciena Corporation

यदि मौजूदा ऑप्टिकल फाइबर नेटवर्क क्वांटम डेटा के प्रसारण के लिए उपयोगी साबित होते हैं, तो यह ऑप्टिकल नेटवर्क उद्योग के लिए एक नया उभरता हुआ सेक्टर साबित हो सकता है। यह सेक्टर का भविष्य और भी अधिक आशाजनक बन जाएगा, क्योंकि क्वांटम कंप्यूटिंग AI अनुप्रयोगों की पहले से ही विस्फोटक मांग के बाद इसे एक विशाल बूस्ट दे सकता है।

अध्ययन संदर्भ:

^{1. Thomas, J. M., Yeh, F. I., Chen, J. H., Mambretti, J. J., Kohlert, S. J., Kanter, G. S., & Kumar, P. (2024). Quantum teleportation coexisting with classical communications in optical fiber. Optica, 11(12), 1700–1707. https://doi.org/10.1364/OPTICA.11.001700}