एक चीनी उपग्रह ने "उलझे हुए फोटोन" के जोड़े को अलग कर दिया है और उन्हें 745 मील (1,200 किलोमीटर) के अलग-अलग ग्राउंड स्टेशन में स्थानांतरित कर दिया है, इस तरह के करतब के लिए पिछले दूरी के रिकॉर्ड को तोड़ दिया है और क्वांटम संचार में नई संभावनाओं को खोल रहा है।
क्वांटम भौतिकी में, जब कण एक-दूसरे से कुछ खास तरीके से संपर्क करते हैं, तो वे "उलझ जाते हैं।" इसका अनिवार्य रूप से मतलब है कि बड़ी दूरी से अलग होने पर भी वे जुड़े रहते हैं, ताकि एक पर किया गया कार्य दूसरे को प्रभावित करे।
जर्नल साइंस में आज (15 जून) ऑनलाइन प्रकाशित एक नए अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने पृथ्वी पर 747.5 मील (1,203 किमी) द्वारा अलग किए गए पृथ्वी पर दो स्थानों पर उलझी फोटॉन जोड़े के सफल वितरण की रिपोर्ट की।
क्वांटम उलझाव में भौतिकी के मूलभूत कानूनों के परीक्षण के लिए दिलचस्प अनुप्रयोग हैं, लेकिन असाधारण रूप से सुरक्षित संचार प्रणाली बनाने के लिए भी वैज्ञानिकों ने कहा है। ऐसा इसलिए है क्योंकि क्वांटम यांत्रिकी में कहा गया है कि एक क्वांटम प्रणाली को मापना अनिवार्य रूप से इसे परेशान करता है, इसलिए छिपने के लिए किसी भी प्रयास को छिपाना असंभव है।
लेकिन, बड़ी दूरी पर उलझे हुए कणों - सामान्य रूप से फोटॉन - को वितरित करना कठिन है। जब हवा या फाइबर-ऑप्टिक केबलों के माध्यम से यात्रा करते हैं, तो पर्यावरण कणों के साथ हस्तक्षेप करता है, इसलिए अधिक दूरी के साथ, संकेत कम हो जाता है और उपयोगी होने के लिए बहुत कमजोर हो जाता है।
2003 में, चीन के विज्ञान और प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय में क्वांटम भौतिकी के एक प्रोफेसर, पान जियानवेई ने एक उपग्रह-आधारित प्रणाली पर काम शुरू किया, जो ग्राउंड स्टेशनों के नीचे उलझे फोटॉन जोड़े को बीम करने के लिए डिज़ाइन किया गया था। विचार यह था कि क्योंकि अधिकांश कण की यात्रा अंतरिक्ष के वैक्यूम के माध्यम से होगी, यह प्रणाली काफी कम पर्यावरणीय हस्तक्षेप का परिचय देगी।
पैन ने लाइव साइंस को बताया, "कई लोगों ने तब इसे एक पागल विचार समझा था, क्योंकि यह पहले से ही एक अच्छी तरह से परिरक्षित ऑप्टिकल टेबल के अंदर परिष्कृत क्वांटम-ऑप्टिक्स प्रयोगों को करना बहुत चुनौतीपूर्ण था।" "तो आप हजार किलोमीटर की दूरी के पैमाने पर और ऑप्टिकल तत्वों के साथ और 8 किलोमीटर प्रति सेकंड की गति से हिलने वाले समान प्रयोगों को कैसे कर सकते हैं?"
नए अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने पिछले साल लॉन्च किए गए चीन के माइक्रियस उपग्रह का इस्तेमाल किया, ताकि उलझी हुई फोटोन जोड़ियों को प्रसारित किया जा सके। उपग्रह में अल्ट्राब्राइट उलझा हुआ फोटॉन स्रोत और एक उच्च परिशुद्धता प्राप्त करने वाला, पॉइंटिंग और ट्रैकिंग (APT) सिस्टम है जो ट्रांसमीटर और रिसीवर को लाइन करने के लिए उपग्रह और तीन ग्राउंड स्टेशनों पर बीकन लेजर का उपयोग करता है।
एक बार जब फोटोन ग्राउंड स्टेशनों पर पहुंच गए, तो वैज्ञानिकों ने परीक्षण किए और पुष्टि की कि कण 994 मील और 1,490 मील (1,600 और 2,400 किमी) के बीच यात्रा करने के बावजूद अभी भी उलझे हुए थे, जो इस बात पर निर्भर करता था कि उपग्रह किस कक्षा में स्थित था।
वैज्ञानिकों ने कहा कि पृथ्वी के वायुमंडल का सबसे कम 6 मील (10 किमी) फोटोन के साथ महत्वपूर्ण हस्तक्षेप करने के लिए पर्याप्त मोटा है। इसका अर्थ है कि उनके लिंक की समग्र दक्षता वैज्ञानिकों के अनुसार, फाइबर-ऑप्टिक केबलों के माध्यम से उलझे हुए फोटॉनों को वितरित करने के लिए पिछले तरीकों की तुलना में बहुत अधिक थी।
"हम पहले से ही दो-फोटोन उलझाव वितरण दक्षता प्राप्त कर चुके हैं, जो कि सबसे अच्छा दूरसंचार फाइबर का उपयोग करने की तुलना में एक खरब गुना अधिक कुशल है," पैन ने कहा। "हमने कुछ ऐसा किया है जो उपग्रह के बिना बिल्कुल असंभव था।"
प्रयोगों को करने के अलावा, इस तरह की प्रणाली के लिए संभावित उपयोग "क्वांटम कुंजी वितरण" के लिए है, जिसमें क्वांटम संचार प्रणालियों का उपयोग दो पक्षों के बीच एक एन्क्रिप्शन कुंजी साझा करने के लिए किया जाता है जो उपयोगकर्ताओं को अलर्ट किए बिना अवरोधन करना असंभव है। सही एन्क्रिप्शन एल्गोरिदम के साथ संयुक्त होने पर, यह सिस्टम भले ही एन्क्रिप्टेड संदेशों को सामान्य संचार चैनलों पर भेजा जाता है, लेकिन यह नहीं कहा जा सकता है।
यूनाइटेड किंगडम में ऑक्सफोर्ड विश्वविद्यालय में क्वांटम भौतिकी के एक प्रोफेसर अर्टूर एकर्ट ने सबसे पहले बताया कि एन्क्रिप्शन कुंजी को प्रसारित करने के लिए कैसे उलझे हुए फोटॉन का उपयोग किया जा सकता है।
"चीनी प्रयोग काफी उल्लेखनीय तकनीकी उपलब्धि है," एकर्ट ने लाइव साइंस को बताया। "जब मैंने 1991 में उलझे हुए क्वांटम कुंजी वितरण का प्रस्ताव रखा, जब मैं ऑक्सफोर्ड में एक छात्र था, तो मुझे उम्मीद नहीं थी कि यह इतनी ऊंचाइयों तक बढ़ेगा!"
वर्तमान उपग्रह व्यावहारिक क्वांटम संचार प्रणालियों में उपयोग के लिए काफी तैयार नहीं है, हालांकि, पान के अनुसार। एक के लिए, इसकी अपेक्षाकृत कम कक्षा का मतलब है कि प्रत्येक ग्राउंड स्टेशन में प्रत्येक दिन लगभग 5 मिनट के लिए कवरेज होता है, और उपयोग किए गए फोटॉनों की तरंग दैर्ध्य का मतलब है कि यह केवल रात में काम कर सकता है, उन्होंने कहा।
पान ने कहा कि कवरेज के समय और क्षेत्रों को बढ़ावा देने का मतलब होगा कि उच्च कक्षाओं के साथ नए उपग्रह लॉन्च किए जाएं, लेकिन इसके लिए बड़ी दूरबीन, अधिक सटीक ट्रैकिंग और उच्च लिंक दक्षता की आवश्यकता होगी। उन्होंने कहा कि डे-टाइम ऑपरेशन में दूरसंचार वेवलेंथ में फोटॉन के उपयोग की आवश्यकता होगी।
लेकिन भविष्य में क्वांटम संचार नेटवर्क विकसित करने के लिए काफी काम करने की आवश्यकता होगी, कनाडा के वाटरलू इंस्टीट्यूट फॉर क्वांटम कंप्यूटिंग के एसोसिएट प्रोफेसर थॉमस जेनेविन ने कहा कि पैन के समूह ने प्रमुख बिल्डिंग ब्लॉक्स में से एक का प्रदर्शन किया है।
"मैंने 2000 से शोध की इस पंक्ति में काम किया है और अंतरिक्ष से क्वांटम-उलझाव प्रयोगों के समान कार्यान्वयन पर शोध किया है, और इसलिए मैं इस चीनी समूह द्वारा दिखाए गए साहस, समर्पण और कौशल के लिए बहुत अधिक सजग हो सकता हूं," ।
