आसानी से अलग पहचाने जा सकने वाली क्वांटम अवस्थाओं का खाका: एमआईटी-फेरारा अध्ययन

एक-दूसरे से आसानी से अलग पहचानी जा सकने वाली क्वांटम प्रकाश अवस्थाओं को डिज़ाइन करने में मदद करने वाला एक गणितीय खाका एमआईटी (MIT) और फेरारा विश्वविद्यालय (University of Ferrara) के शोधकर्ताओं ने तैयार किया है — किसी भी व्यावहारिक क्वांटम उपकरण के लिए यह एक बुनियादी गुण है। एमआईटी के मो ज़ेड. विन (Moe Z. Win) और पीटर एल. फाल्ब (Peter L. Falb), तथा फेरारा विश्वविद्यालय के आंद्रेया जियानी (Andrea Giani) और आंद्रेया कोंटी (Andrea Conti) द्वारा Physical Review A में प्रकाशित शोधपत्र में यह तरीका बताया गया है।

किसी क्वांटम प्रणाली से जानकारी पाना इस बात पर निर्भर करता है कि उसकी क्वांटम अवस्थाओं को कितनी अच्छी तरह अलग-अलग पहचाना जा सकता है — यह गुण "ऑर्थोगोनैलिटी" (orthogonality) कहलाता है। व्यापक रूप से अध्ययन की गई एक श्रेणी, "गॉसियन अवस्थाओं" (Gaussian states) में से कोई भी दो अवस्थाएं कभी पूरी तरह ऑर्थोगोनल नहीं होतीं, इसलिए उन्हें अलग पहचानने में कुछ त्रुटि होना तय है; मौजूदा क्वांटम उपकरण भी सिर्फ सेकंड के अंशभर के लिए ही स्थिर रहते हैं। विन ने कहा, "क्वांटम प्रणालियां पारंपरिक प्रणालियों से काफी बेहतर प्रदर्शन दे सकती हैं, लेकिन यह मुफ्त में नहीं मिलता" — जिन क्वांटम अवस्थाओं में जानकारी कोड की जाती है, उन्हें सावधानी से इंजीनियर करना पड़ता है।

टीम ने "फोटॉन वेरिएशन" (photon variation) पर ध्यान दिया — फोटॉन जोड़ने या हटाने की एक प्रक्रिया जो गॉसियन अवस्थाओं को नॉन-गॉसियन अवस्थाओं में बदल देती है; जियानी के अनुसार ये खास तौर पर उम्मीद जगाती हैं क्योंकि "इस तरह की फोटॉन-परिवर्तित अवस्थाएं प्रयोगशाला में पहले ही बनाई जा चुकी हैं।" शोधकर्ताओं ने इन क्वांटम प्रकाश अवस्थाओं को "अल्जेब्रिक वैराइटी" (algebraic variety) नामक अमूर्त बीजगणित की संरचना में बदलने का तरीका खोजा, जिससे ऑर्थोगोनैलिटी तय करने की समस्या आसानी से हल होने वाले बहुपद (polynomial) समीकरणों में बदल गई। विन ने कहा, "यही अलग-अलग विषयों के बीच का अहम जुड़ाव था — अल्जेब्रिक ज्यामिति को इस काम में लाना।"

शोधकर्ताओं के अनुसार, उनके समीकरणों में बताई गई अवस्थाओं को बनाने के लिए किसी अधिक उन्नत तकनीक की ज़रूरत नहीं है — मौजूदा ऑप्टिकल सेटअप को ही ढाला जा सकता है, और अब पेपर प्रकाशित होने के बाद उन्हें उम्मीद है कि प्रयोगकर्ता इन तरीकों को आज़माएंगे।