क्वांटम टेलीपोर्टेशन – तथ्य या कल्पना?

ऑप्टिकल फाइबर का उपयोग करके क्वांटम टेलीपोर्टेशन

Global digital communication relies on the quick and efficient transfer of data at the speed of light through a complex network of optical fibers. This is acceptable for classical computing, which uses binary strings of 0 and 1.

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।

They published their results in Optica, titled “Quantum teleportation coexisting with classical communications in optical fiber¹”.

क्वांटम टेलीपोर्टेशन

While sounding like some fanciful concept from a science-fiction movie, quantum teleportation is actually a real phenomenon studied for decades.

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।

How it works and what it means for the fundamental aspect of our reality is still hotly debated by quantum physicists. However, we know this is a very real and measurable quantum effect, that could allow for perfectly secured and instantaneous communications.

रैडिकली अलग संचार

एक चलती हुई घास के ढेर में सुई

Until now, it was assumed that no quantum state could be transferred through optical fiber, as any individual entangled photon would be drawn in the other billions traveling with it and lose its unique quantum state.

“By performing a destructive measurement on two photons — one carrying a quantum state and one entangled with another photon — the quantum state is transferred onto the remaining photon, which can be very far away.

The photon itself does not have to be sent over long distances, but its state still ends up encoded onto the distant photon. Teleportation allows the exchange of information over great distances without requiring the information itself to travel that distance.”

Jordan Thomas – Ph.D. at Northwestern University.

The key insight was to measure if there was not some specific condition in the optic fiber that would not disrupt the quantum entanglement.

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

As optical fiber transfer photons from point A to point B, it was already known they could carry a quantum state in them. But this is the first time that it has been demonstrated that this can happen at the same time other non-quantum data are transferred as well.

This means that a very different information transfer process is occurring, one relying on a single photon at a time instead of the usual million of photons.

“In optical communications, all signals are converted to light. While conventional signals for classical communications typically comprise millions of particles of light, quantum information uses single photons.”

Pr Prem Kumar – Director of the Center for Photonic Communication and Computing at Northwestern University

प्रारंभिक प्रोटोटाइप से बड़े लक्ष्य तक

और अधिक ऑप्टिकल फाइबर

The first test was conducted on a 30km-long (18.6 miles) optical fiber, with high-speed Internet traffic passing through.

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।

This has so far been conducted with lab-only optical fiber. Another set of tests will experiment with real-world in-ground optical cables and see how well they work with the preexisting global network of Internet optical fiber.

क्वांटम अनुप्रयोगों का विस्तार

Another part of the ongoing investigation will be to use two pairs of entangled photons, rather than one pair. This would check what is happening about another quantum phenomenon called, entanglement swapping.

Entanglement swapping is a protocol to transfer quantum entanglement from one pair of particles to another, even if the second pair of particles has never interacted.

This is an important extra tool for potential future quantum telecommunications because it would lead to distributed quantum applications like quantum networks. These networks may support safely transferring quantum information over long routes.

“Quantum teleportation has the ability to provide quantum connectivity securely between geographically distant nodes. But many people have long assumed that nobody would build specialized infrastructure to send particles of light.

If we choose the wavelengths properly, we won’t have to build new infrastructure. Classical communications and quantum communications can coexist.”

Pr Prem Kumar – Director of Center for Photonic Communication and Computing at Northwestern University

This would be a big step in quantum-powered encryption, as by utilizing swapped entanglements between particles’ pairs, it is possible to generate secure encryption keys that should be protected against eavesdropping.

Another effect would be to allow for ultra-long distance transfer of quantum states, through a method called quantum repeaters. By performing entanglement swapping regularly, it could “refresh” the quantum state and avoid any data loss over long distances.

क्वांटम कंप्यूटिंग में निवेश

Quantum computing is still an emerging field, but investors can already access it through companies that are developing it.

आप कई ब्रोकरों के माध्यम से क्वांटम‑संबंधित कंपनियों में निवेश कर सकते हैं, और यहाँ, securities.io पर, हम USA, the USA, Canada, Australia, the UK, as well as many other countries 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।

You can learn more about quantum computing in “The Current State of Quantum Computing ” and the largest companies in the sector in “5 Best Quantum Computing Companies” & “Top 10 Non-Silicon Computing Companies”.

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।

You can learn more about Google non-quantum-related activities, especially ads and AI, in our dedicated report from दिसंबर 2024.

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}