क्वांटम दर्पण के माध्यम से

पतले उपकरण क्वांटम यांत्रिकी की सबसे अजीब और सबसे उपयोगी घटनाओं में से एक को जन्म देते हैं।

हाल ही में जर्नल में प्रकाशित नए शोध के अनुसार, अल्ट्रा-थिन आविष्कार क्वांटम यांत्रिकी की अजीब लेकिन उपयोगी घटनाओं को नियंत्रित करने में वैज्ञानिकों की मदद करके भविष्य की कंप्यूटिंग, सेंसिंग और क्रिप्टोग्राफिक तकनीकों में काफी सुधार कर सकते हैं। यह छोटा और अधिक शक्तिशाली हो सकता है। रसायन विज्ञान.

सैंडिया नेशनल लेबोरेटरीज के वैज्ञानिकों के साथ मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट फॉर ऑप्टिकल साइंस हम एक ऐसे उपकरण पर रिपोर्ट करते हैं जो एक अजीब क्वांटम प्रभाव के माध्यम से फोटॉन को जोड़ने के लिए उपकरणों के एक कमरे को बदल सकता है जिसे उलझाव कहा जाता है। यह उपकरण – मेटासुरफेस नामक नैनोफैब्रिकेटेड सामग्री का एक वर्ग – कॉम्पैक्ट तकनीकों के साथ संभव नहीं जटिल तरीकों से फोटॉन को उलझाने का मार्ग प्रशस्त करता है।

जब वैज्ञानिक कहते हैं कि फोटॉन उलझे हुए हैं, तो वे इस तरह से जुड़े हुए हैं कि एक की क्रियाएं दूसरे को प्रभावित करती हैं, भले ही फोटॉन अंतरिक्ष में हों या वे कितनी दूर हों। यह क्वांटम यांत्रिकी का प्रभाव है, भौतिकी के नियम जो कणों और अन्य बहुत छोटी चीजों को नियंत्रित करते हैं।

यह घटना अजीब लग सकती है, लेकिन वैज्ञानिक इसका उपयोग सूचनाओं को नए तरीकों से संसाधित करने के लिए कर रहे हैं। उदाहरण के लिए, उलझाव संवेदनशील क्वांटम जानकारी की रक्षा करने और क्वांटम कंप्यूटिंग में त्रुटियों को ठीक करने में मदद करता है। यह क्षेत्र एक दिन राष्ट्रीय सुरक्षा, विज्ञान और वित्त के लिए प्रमुख प्रभाव डाल सकता है। उलझाव सुरक्षित संचार के लिए नई उन्नत क्रिप्टोग्राफ़िक विधियों को भी सक्षम बनाता है।

एक सफल उपकरण में अनुसंधान का एक हिस्सा जो कागज की एक शीट के आकार का 1/100 वां है एकीकृत नैनो प्रौद्योगिकी केंद्र, सैंडिया नेशनल लेबोरेटरीज और लॉस एलामोस नेशनल लेबोरेटरीज द्वारा संचालित विज्ञान उपयोगकर्ता सुविधाओं के ऊर्जा कार्यालय विभाग। मौलिक ऊर्जा विज्ञान कार्यक्रम के लिए विज्ञान कार्यालय द्वारा सैंडिया टीम को वित्त पोषित किया गया था।

प्रकाश प्रवेश करता है, उलझे हुए फोटॉन बाहर आते हैं

एक नया मेटासुरफेस इस असाधारण क्वांटम घटना के प्रवेश द्वार के रूप में कार्य करता है। एक तरह से, यह लुईस कैरोल के थ्रू द लुकिंग ग्लास में दर्पण की तरह है, जिसके माध्यम से युवा नायक ऐलिस एक अजीब नई दुनिया का अनुभव करता है।

वैज्ञानिक नए उपकरण के अंदर चलने के बजाय लेजर से शूट करेंगे। प्रकाश की किरण गैलियम आर्सेनाइड नामक एक सामान्य अर्धचालक सामग्री से बने नैनोस्केल संरचनाओं से ढके कांच के अति-पतले नमूने से होकर गुजरती है।

सैंडिया के वरिष्ठ वैज्ञानिक यिगल ब्रेनर, जिन्होंने सैंडिया टीम का नेतृत्व किया और नॉनलाइनियर ऑप्टिक्स नामक क्षेत्र के विशेषज्ञ हैं, ने कहा: उन्होंने कहा कि कभी-कभी, विभिन्न तरंग दैर्ध्य के फोटॉनों के उलझे हुए जोड़े नमूने से उसी दिशा में निकलते हैं, जिस दिशा में आने वाली लेजर बीम होती है।

ब्रेनर ने कहा कि वह डिवाइस से रोमांचित हैं। ऐसा इसलिए है क्योंकि इसे उलझे हुए फोटॉनों का एक जटिल वेब बनाने के लिए डिज़ाइन किया गया है। कुछ प्रौद्योगिकियों को उन्नत सूचना प्रसंस्करण योजनाओं के लिए इन जटिल प्रकार के तथाकथित बहु-उलझन की आवश्यकता होती है।

सिलिकॉन फोटोनिक्स पर आधारित अन्य लघु प्रौद्योगिकियां भी फोटॉन को उलझा सकती हैं, लेकिन जटिल बहु-उलझन के बहुत आवश्यक स्तर की कमी है। अब तक, इस तरह के परिणाम उत्पन्न करने का एकमात्र तरीका लेज़रों, विशेष क्रिस्टल और अन्य ऑप्टिकल उपकरणों से भरी कई तालिकाओं के साथ था।

ब्रेनर कहते हैं, “अगर इस कई उलझाव के लिए दो या तीन जोड़े से अधिक की आवश्यकता होती है, तो यह बहुत जटिल और बोझिल हो जाता है।” “ये नॉनलाइनियर मेटासर्फ्स अनिवार्य रूप से इस कार्य को एक नमूने में उस समय पूरा करते हैं जब अविश्वसनीय रूप से जटिल ऑप्टिकल सेटअप पहले आवश्यक थे।”

साइंस पेपर बताता है कि कैसे टीम ने विभिन्न तरंग दैर्ध्य के उलझे हुए फोटॉन उत्पन्न करने के लिए मेटासुरफेस को सफलतापूर्वक ट्यून किया।

हालांकि, शोधकर्ताओं ने अपने पेपर में कहा है कि डिवाइस की दक्षता – जिस दर पर उलझे हुए फोटॉन के समूह उत्पन्न हो सकते हैं – अन्य तकनीकों की तुलना में कम है और इसमें सुधार की आवश्यकता है।

मेटासुरफेस क्या है?

मेटासर्फ्स सिंथेटिक सामग्री हैं जो प्रकाश और अन्य विद्युत चुम्बकीय तरंगों के साथ इस तरह से बातचीत करती हैं जो पारंपरिक सामग्री नहीं कर सकती हैं। ब्रेनर के अनुसार, वाणिज्यिक उद्योग मेटासर्फेस विकसित करने में व्यस्त है क्योंकि वे कम जगह लेते हैं और पारंपरिक लेंस की तुलना में प्रकाश के साथ अधिक कर सकते हैं, उदाहरण के लिए।

ब्रेनर कहते हैं, “अब हम लेंस और मोटे ऑप्टिक्स को मेटासर्फेस से बदल सकते हैं।” “इस प्रकार के मेटासर्फ्स उपभोक्ता उत्पादों में क्रांति लाएंगे।”

सैंडिया दुनिया के अग्रणी संस्थानों में से एक है जो मेटासर्फेस और मेटामटेरियल्स पर शोध करता है।दौरान माइक्रोसिस्टम्स इंजीनियरिंग, विज्ञान, अनुप्रयोग एक मिश्रित अर्धचालक विनिर्माण परिसर और पास में एक एकीकृत नैनो प्रौद्योगिकी केंद्र शोधकर्ताओं को इन महत्वाकांक्षी नई सामग्रियों के डिजाइन, निर्माण और विश्लेषण के लिए आवश्यक सभी विशेष उपकरणों तक पहुंच प्रदान करेगा।

परियोजना के कुछ पहलुओं पर काम करने वाले पूर्व सैंडिया पोस्टडॉक्टरल फेलो सिल्वेन गेनारो ने कहा:

डिवाइस को सैंडिया और भौतिक विज्ञानी मारिया चेखोवा के नेतृत्व में एक शोध समूह के बीच साझेदारी के माध्यम से डिजाइन, निर्मित और परीक्षण किया गया था, जो मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट फॉर फोटॉन साइंस में फोटॉनों के क्वांटम उलझाव में एक विशेषज्ञ है।

मैक्स प्लैंक टीम के सदस्य और पेपर के पहले लेखक टॉमस सैंटियागो कहते हैं, “मेटासर्फेस क्वांटम ऑप्टिक्स में एक आदर्श बदलाव की ओर अग्रसर हैं, जो क्वांटम स्टेट इंजीनियरिंग के लिए बहुत अधिक क्षमता वाले अल्ट्रा-कॉम्पैक्ट क्वांटम लाइट स्रोतों को जोड़ते हैं।” – क्रूज़ कहते हैं।

एक दशक से अधिक समय तक मेटामटेरियल्स का अध्ययन करने वाले ब्रेनर ने कहा कि नवीनतम शोध दूसरी क्रांति को जन्म दे सकता है। इसका मतलब है कि इन सामग्रियों को न केवल एक नए प्रकार के लेंस के रूप में विकसित किया जाएगा, बल्कि क्वांटम सूचना प्रसंस्करण और अन्य नए अनुप्रयोगों के लिए एक तकनीक के रूप में भी विकसित किया जाएगा। .

“मेटासर्फेस के साथ पहले से ही एक लहर है जो अच्छी तरह से स्थापित और चल रही है। अभिनव अनुप्रयोगों की दूसरी लहर आ सकती है,” उन्होंने कहा।

चटनी: सैंडिया नेशनल लेबोरेटरीज