কোয়ান্টাম যোগাযোগ: অণু, বিরল পৃথিবী এবং অপটিক্যাল

কোয়ান্টাম ইনফরমেশন টেকনোলজি হল কোয়ান্টাম মেকানিক্সের উপর ভিত্তি করে একটি নতুন তথ্য প্রযুক্তি, যা এনকোড করে, গণনা করে এবং ট্রান্সমিট করে।কোয়ান্টাম সিস্টেম. কোয়ান্টাম তথ্য প্রযুক্তির বিকাশ এবং প্রয়োগ আমাদের "কোয়ান্টাম যুগে" নিয়ে আসবে এবং উচ্চতর কাজের দক্ষতা, আরও নিরাপদ যোগাযোগ পদ্ধতি এবং আরও সুবিধাজনক এবং সবুজ জীবনধারা উপলব্ধি করবে।

কোয়ান্টাম সিস্টেমের মধ্যে যোগাযোগের দক্ষতা তাদের আলোর সাথে যোগাযোগ করার ক্ষমতার উপর নির্ভর করে। যাইহোক, অপটিক্যালের কোয়ান্টাম বৈশিষ্ট্যগুলির সম্পূর্ণ সুবিধা নিতে পারে এমন একটি উপাদান খুঁজে পাওয়া খুব কঠিন।

সম্প্রতি, প্যারিসের ইনস্টিটিউট অফ কেমিস্ট্রি এবং কার্লসরুহে ইনস্টিটিউট অফ টেকনোলজির একটি গবেষণা দল একসাথে অপটিক্যালের কোয়ান্টাম সিস্টেমে প্রয়োগের জন্য বিরল আর্থ ইউরোপিয়াম আয়ন (Eu³ +) এর উপর ভিত্তি করে একটি আণবিক স্ফটিকের সম্ভাব্যতা প্রদর্শন করেছে। তারা দেখতে পেল যে এই Eu³ + আণবিক স্ফটিকটির অতি-সংকীর্ণ রেখাপ্রস্থ নির্গমন আলোর সাথে দক্ষ মিথস্ক্রিয়াকে সক্ষম করে এবং এর গুরুত্বপূর্ণ মান রয়েছেকোয়ান্টাম যোগাযোগএবং কোয়ান্টাম কম্পিউটিং।

চিত্র 1: বিরল আর্থ ইউরোপিয়াম আণবিক স্ফটিকের উপর ভিত্তি করে কোয়ান্টাম যোগাযোগ

কোয়ান্টাম স্টেট সুপারইম্পোজ করা যেতে পারে, তাই কোয়ান্টাম তথ্য সুপারইম্পোজ করা যেতে পারে। একটি একক কিউবিট একই সাথে 0 এবং 1 এর মধ্যে বিভিন্ন অবস্থার প্রতিনিধিত্ব করতে পারে, যা ডেটাকে ব্যাচে সমান্তরালভাবে প্রক্রিয়া করার অনুমতি দেয়। ফলস্বরূপ, প্রথাগত ডিজিটাল কম্পিউটারের তুলনায় কোয়ান্টাম কম্পিউটারের কম্পিউটিং শক্তি দ্রুতগতিতে বৃদ্ধি পাবে। যাইহোক, কম্পিউটেশনাল ক্রিয়াকলাপগুলি সম্পাদন করার জন্য, কিউবিটগুলির সুপারপজিশন একটি নির্দিষ্ট সময়ের জন্য অবিচ্ছিন্নভাবে টিকে থাকতে হবে। কোয়ান্টাম মেকানিক্সে, স্থিতিশীলতার এই সময়কালকে সুসংগত জীবনকাল বলা হয়। জটিল অণুগুলির পারমাণবিক ঘূর্ণনগুলি দীর্ঘ শুষ্ক জীবনকালের সাথে সুপারপজিশন স্টেটগুলি অর্জন করতে পারে কারণ পারমাণবিক ঘূর্ণনের উপর পরিবেশের প্রভাব কার্যকরভাবে রক্ষা করা হয়।

বিরল আর্থ আয়ন এবং আণবিক স্ফটিক দুটি সিস্টেম যা কোয়ান্টাম প্রযুক্তিতে ব্যবহৃত হয়েছে। বিরল আর্থ আয়নগুলির চমৎকার অপটিক্যাল এবং স্পিন বৈশিষ্ট্য রয়েছে, তবে তাদের একত্রিত করা কঠিনঅপটিক্যাল ডিভাইস. আণবিক স্ফটিকগুলি একত্রিত করা সহজ, তবে স্পিন এবং আলোর মধ্যে একটি নির্ভরযোগ্য সংযোগ স্থাপন করা কঠিন কারণ নির্গমন ব্যান্ডগুলি খুব প্রশস্ত।

এই কাজে বিকশিত বিরল আর্থ আণবিক স্ফটিকগুলি সুন্দরভাবে উভয়ের সুবিধাগুলিকে একত্রিত করে, লেজারের উত্তেজনার অধীনে, Eu³ + নিউক্লিয়ার স্পিন সম্পর্কে তথ্য বহনকারী ফোটন নির্গত করতে পারে। নির্দিষ্ট লেজার পরীক্ষার মাধ্যমে, একটি দক্ষ অপটিক্যাল/পারমাণবিক স্পিন ইন্টারফেস তৈরি করা যেতে পারে। এই ভিত্তিতে, গবেষকরা পারমাণবিক স্পিন লেভেল অ্যাড্রেসিং, ফোটনের সুসংগত সঞ্চয়স্থান এবং প্রথম কোয়ান্টাম অপারেশনের কার্য সম্পাদন বুঝতে পেরেছিলেন।

দক্ষ কোয়ান্টাম কম্পিউটিং-এর জন্য, একাধিক entangled qubits সাধারণত প্রয়োজন হয়। গবেষকরা দেখিয়েছেন যে উপরের আণবিক স্ফটিকগুলিতে Eu³ + বিপথগামী বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের সংযোগের মাধ্যমে কোয়ান্টাম এনট্যাঙ্গলমেন্ট অর্জন করতে পারে, এইভাবে কোয়ান্টাম তথ্য প্রক্রিয়াকরণ সক্ষম করে। যেহেতু আণবিক স্ফটিকগুলিতে একাধিক বিরল আর্থ আয়ন থাকে, তুলনামূলকভাবে উচ্চ কিউবিট ঘনত্ব অর্জন করা যায়।

কোয়ান্টাম কম্পিউটিংয়ের জন্য আরেকটি প্রয়োজনীয়তা হল পৃথক কিউবিটগুলির ঠিকানাযোগ্যতা। এই কাজের অপটিক্যাল অ্যাড্রেসিং কৌশলটি পড়ার গতি উন্নত করতে পারে এবং সার্কিট সংকেতের হস্তক্ষেপ রোধ করতে পারে। পূর্ববর্তী গবেষণার তুলনায়, এই কাজে রিপোর্ট করা Eu³ + আণবিক স্ফটিকগুলির অপটিক্যাল সমন্বয় প্রায় এক হাজার গুণ উন্নত হয়েছে, যাতে পারমাণবিক স্পিন অবস্থাগুলি একটি নির্দিষ্ট উপায়ে অপটিক্যালি ম্যানিপুলেট করা যায়।

দূরবর্তী কোয়ান্টাম যোগাযোগের জন্য কোয়ান্টাম কম্পিউটার সংযোগ করার জন্য অপটিক্যাল সংকেতগুলি দূর-দূরত্বের কোয়ান্টাম তথ্য বিতরণের জন্যও উপযুক্ত। আলোকিত সংকেত বাড়ানোর জন্য ফোটোনিক কাঠামোতে নতুন Eu³ + আণবিক স্ফটিকগুলির সংহতকরণের জন্য আরও বিবেচনা করা যেতে পারে। এই কাজটি কোয়ান্টাম ইন্টারনেটের ভিত্তি হিসাবে বিরল পৃথিবীর অণু ব্যবহার করে এবং ভবিষ্যতের কোয়ান্টাম যোগাযোগের আর্কিটেকচারের দিকে একটি গুরুত্বপূর্ণ পদক্ষেপ নেয়।