कम्प्यूटेशन सटीक माप के लिए एक क्वांटम छलांग का संकेत देता है

आधुनिक सभ्यता की अनसुनी नींवों में से एक दोलिंग क्षेत्रों का पता लगाने की क्षमता है, चाहे वे रेडियो तरंगें, दृश्यमान प्रकाश, एक्स-रे, चुंबकीय क्षेत्र, अनगिनत किस्मों के बीच गुरुत्वाकर्षण तरंगें हों। यह कहना कोई अतिशयोक्ति नहीं है कि हमारी 21 वीं सदी का जीवन इस क्षमता पर निर्भर करता है। इसलिए यह कोई आश्चर्य की बात नहीं है कि भौतिक विज्ञानी कभी बढ़ती सटीकता और संवेदनशीलता के साथ ऐसा करना चाहेंगे।

हाल के वर्षों में, उन्होंने सीखा है कि केवल हाइजेनबर्ग अनिश्चितता सिद्धांत द्वारा माप को सीमित करने के लिए क्वांटम कणों के अजीब गुणों का उपयोग कैसे किया जाए। यह उस सटीकता पर महत्वपूर्ण सीमाएं रखता है जिसके साथ कुछ क्वांटम गुणों को जाना जा सकता है।

लेकिन क्वांटम उलझाव और क्वांटम त्रुटि सुधार जैसे ट्रिक्स का उपयोग करके, वे इस सीमा को और अधिक निचोड़ सकते हैं, जिससे यह संभव हो जाता है कि वे दोलनिंग फ़ील्ड, जैसे कि गुरुत्वाकर्षण तरंगें, जो इतने कमजोर हैं, वे इतने कमजोर हैं कि वे अन्य साधनों से मापना असंभव होंगे। लेकिन भौतिकविदों को बेहतर करने के लिए बहुत प्यार होगा।

कम्प्यूटेशनल संवेदन

अब कैम्ब्रिज में मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी में रिचर्ड एलन और सहकर्मियों का कहना है कि क्वांटम दुनिया की एक और विचित्र संपत्ति के साथ क्वांटम सेंसिंग की शक्ति को मिलाकर यह संभव है – क्वांटम कम्प्यूटेशन के माध्यम से शक्तिशाली गणना करने की क्षमता।

उनके निष्कर्ष न केवल मौजूदा संवेदन तकनीकों में सुधार करते हैं, बल्कि एक नई मौलिक सीमा स्थापित करते हैं जो अंतिम परिशुद्धता को परिभाषित करता है जिसके साथ एक अज्ञात शक्ति और आवृत्ति के साथ एक दोलन क्षेत्र का पता लगाया जा सकता है।

इस तरह, वे कहते हैं, संवेदन पर वर्तमान में स्वीकृत सीमाओं को काफी हराना संभव है। “हम एक क्वांटम कंप्यूटिंग बढ़ाया संवेदन प्रोटोकॉल प्रस्तुत करते हैं जो सभी मौजूदा दृष्टिकोणों को बेहतर बनाता है,” एलन और सह कहते हैं।

एक अज्ञात दोलन क्षेत्र का पता लगाने का पारंपरिक तरीका एक ज्ञात आवृत्ति पर नियमित अंतराल पर अपनी ताकत का नमूना लेना है, फिर एक अन्य ज्ञात आवृत्ति और इतने पर। इस तरह से आवृत्तियों के माध्यम से स्कैन करना अंततः अज्ञात सिग्नल के साथ एक मैच ढूंढना चाहिए।

लेकिन एलन और सह को एहसास हुआ कि क्वांटम कंप्यूटिंग ग्रोवर के एल्गोरिथ्म के रूप में ज्ञात क्वांटम दृष्टिकोण का उपयोग करके पूरी तरह से अलग प्रकार की खोज की अनुमति देता है। यह एक ही बार में कई आवृत्तियों को खोजने के लिए सुपरपोजिशन की क्वांटम घटना का उपयोग करता है।

भौतिकविदों ने लंबे समय से जाना है कि एन ऑब्जेक्ट्स की एक सूची के माध्यम से एक खोज एन। ग्रोवर के एल्गोरिथ्म के आदेश के लिए आनुपातिक समय लेती है, यह बहुत तेजी से करता है, एन के वर्गमूल के क्रम के समय में।

एलन और सीओ की सफलता को यह महसूस करना है कि ग्रोवर का एल्गोरिथ्म एक गेम चेंजर है क्योंकि क्वांटम सेंसिंग कई आवृत्तियों के माध्यम से एक खोज है। क्वांटम खोज के साथ क्वांटम कंप्यूटिंग को मिलाकर, टीम ने एक नई बाउंड की स्थापना की है कि सटीक क्वांटम खोज कैसे हो सकती है। वे इसे ग्रोवर-हेसेनबर्ग सीमा कहते हैं।

टीम यह भी दिखाती है कि अपने दृष्टिकोण को कैसे लागू किया जाए। एक क्वांटम प्रणाली जो बाहरी क्षेत्रों के लिए विशेष रूप से संवेदनशील है, ही हीरे में नाइट्रोजन-आवृत्ति केंद्र है। ये बाहरी चुंबकीय क्षेत्र में परिवर्तन को मापने के लिए इलेक्ट्रॉनों के क्वांटम गुणों का उपयोग करते हैं।

और क्योंकि नाइट्रोजन-आवृत्ति केंद्रों को क्वांटम कंप्यूटर में बनाया जा सकता है, इसलिए इस जानकारी को आसानी से संसाधित भी किया जा सकता है। परिणाम एक ठोस-राज्य मशीन है जिसमें क्वांटम सेंसर और क्वांटम प्रोसेसर एकीकृत होते हैं।

वे अनुकरण करने के लिए जाते हैं कि इस तरह का प्रयोग कैसे काम करेगा और यह मौजूदा तकनीकों से काफी बेहतर होगा। “हमने दिखाया है कि क्वांटम कंप्यूटर के साथ क्वांटम सेंसर को बढ़ाकर, महत्वपूर्ण मेट्रोलॉजिकल लाभ प्राप्त करने योग्य हैं,” वे कहते हैं।

प्रूफ-ऑफ-प्रिन्टल

यह दिलचस्प काम है जिसे वर्तमान तकनीक का उपयोग करके तुरंत अच्छे उपयोग के लिए रखा जा सकता है। अब जो जरूरत है वह किसी के लिए इसे आज़माने के लिए है। संभवतः, यह लंबा नहीं लगेगा।

लेकिन शायद अधिक महत्वपूर्ण यह है कि तकनीक संवेदन के लिए एक नए दृष्टिकोण के लिए मार्ग प्रशस्त करती है: “उपन्यास सेंसिंग प्रोटोकॉल के साथ सह-डिजाइनिंग मेट्रोलॉजिकल कोड द्वारा, परिणामस्वरूप तार्किक क्वांटम सेंसर हार्डवेयर स्तर पर भौतिक दुनिया के साथ दृढ़ता से इंटरफ़ेस कर सकते हैं, नई संभावनाएं खोलते हैं। क्वांटम सेंसिंग में, “वे निष्कर्ष निकालते हैं।

इसका मतलब है कि हम जैविक इमेजिंग के लिए चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग के रूप में विविध क्षेत्रों में कम्प्यूटेशनल सेंसर को देखने की संभावना रखते हैं, अंधेरे पदार्थ खोजों के लिए और गुरुत्वाकर्षण तरंगों का पता लगाने के लिए – बस कुछ ही नाम के लिए। और हम इसे जल्द ही देखने की संभावना रखते हैं!

Ref: क्वांटम कंप्यूटिंग संवर्धित संवेदन: arxiv.org/abs/2501.07625