विपरीत समानांतर क्वांटम अवस्थाओं से मापन के क्षेत्र में नए लाभ

The research explores how well we can jointly measure different properties of a quantum particle—specifically, the spin of a qubit—when we are given pairs of such particles. These pairs can be prepared in two distinct ways: either both spins point in the same direction (parallel), or one is flipped relative to the other (antiparallel).

 

 

वैज्ञानिकों ने एक आश्चर्यजनक क्वांटम रूप का पता लगाया है जो दर्शाता है कि कभी-कभी विपरीत अवस्थाओं में तैयार किए गए दो कण दो समान कणों की तुलना में अधिक जानकारी प्रकट कर सकते हैं। इन निष्कर्षों से अज्ञात क्वांटम उपकरणों के लक्षण वर्णन में सुधार हो सकता है और क्वांटम क्रिप्टोग्राफी प्रोटोकॉल को लाभ मिल सकता है।

क्वांटम भौतिकी में, एक ही समय में सब कुछ जानना संभव नहीं है। इस मूलभूत सीमा को बोहर का पूरकता सिद्धांत कहा जाता है, जो यह बताती है कि क्वांटम प्रणाली के कुछ गुणों को एक साथ पूर्ण परिशुद्धता के साथ निर्धारित नहीं किया जा सकता है। इसके लिए प्रसिद्ध उदाहरणों में डबल-स्लिट प्रयोग में पथ सूचना और व्यतिकरण दृश्यता के बीच का संतुलन, साथ ही स्थिति और संवेग, या विभिन्न अक्षों के अनुदिश स्पिन घटकों जैसे गैर-परिवर्तनशील प्रेक्षणीयताओं का संयुक्त रूप से मापन असंभवता शामिल है।

लेकिन क्या होगा अगर सिस्टम को तैयार करने का हमारा तरीका इस सीमा को बदल सके? फिज. रेव. लेट. में प्रकाशित एक नए अध्ययन में एक आश्चर्यजनक उत्तर सामने आया है: कभी-कभी विपरीत स्वभाव वाले लोग समान स्वभाव वाले लोगों से बेहतर काम करते हैं।

यह शोध इस बात की पड़ताल करता है कि क्वांटम कणों के युग्म दिए जाने पर हम उनकी विभिन्न विशेषताओं—विशेष रूप से, एक क्यूबिट के स्पिन—को संयुक्त रूप से कितनी सटीकता से माप सकते हैं। इन युग्मों को दो अलग-अलग तरीकों से तैयार किया जा सकता है: या तो दोनों स्पिन एक ही दिशा में इंगित करते हैं (समानांतर), या एक दूसरे के सापेक्ष विपरीत दिशा में होता है (विपरीत समानांतर)।

सहज ज्ञान से यह लग सकता है कि एक जैसी प्रतियां अधिक उपयोगी होनी चाहिए। आखिर, एक ही स्थिति की दो प्रतियां होने से अधिक जानकारी मिलती है। लेकिन क्वांटम यांत्रिकी की कहानी कुछ और ही है।

विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी विभाग (डीएसटी) के एक स्वायत्त संस्थान एस. एन. बोस राष्ट्रीय बुनियादी विज्ञान केंद्र, बालागढ़ विजॉय कृष्ण महाविद्यालय और भारतीय सांख्यिकी संस्थान, कोलकाता के शोधकर्ताओं के एक समूह ने दिखाया है कि विपरीत समानांतर स्पिन एक उल्लेखनीय लाभ प्रदान करते हैं। ये तीन परस्पर असंगत स्पिन घटकों की एक साथ सटीक भविष्यवाणी करने की अनुमति देते हैं—जो समानांतर स्पिन के साथ मौलिक रूप से असंभव है।

यह परिणाम क्वांटम सिद्धांत के मूल को छूता है। शास्त्रीय भौतिकी (20वीं शताब्दी में विकसित भौतिक सिद्धांत) में कई गुणों को मापना केवल व्यावहारिक सीमाओं तक ही सीमित है। इसके विपरीत, क्वांटम प्रणालियां आंतरिक सीमाएं निर्धारित करती हैं—जिन्हें हाइजेनबर्ग के अनिश्चितता सिद्धांत और बोहर के पूरकता सिद्धांत ने बखूबी उजागर किया है। फिर भी यहां, अवस्थाओं को तैयार करने के तरीके को चतुराई से चुनकर, इनमें से कुछ सीमाओं को आश्चर्यजनक तरीके से दूर किया जा सकता है।

यह शोध याकिर अहारोनोव और उनके सहयोगियों द्वारा प्रस्तुत ‘मीन किंग्स प्रॉब्लम’ नामक प्रसिद्ध क्वांटम पहेली से भी जुड़ा है। मूलभूत जानकारियों के अलावा, इसके व्यावहारिक निहितार्थ भी हैं। एंटीपैरेलल कॉन्फ़िगरेशन द्वारा प्रदान की गई बेहतर अनुकूलता अज्ञात क्वांटम उपकरणों के कुशल लक्षण वर्णन का वादा करती है, जो विश्वसनीय क्वांटम प्रौद्योगिकियों के निर्माण में एक महत्वपूर्ण कदम है। यह क्वांटम क्रिप्टोग्राफिक प्रोटोकॉल को भी प्रभावित करता है, जहां सीमित क्वांटम संसाधनों से अधिकतम जानकारी प्राप्त करना आवश्यक है।

गहरे स्तर पर, यह अध्ययन क्वांटम भौतिकी में बार-बार आने वाले एक विषय को उजागर करता है: अधिक समरूपता का अर्थ हमेशा अधिक शक्ति नहीं होता। कभी-कभी, विपरीतता लाने से—जैसे एक स्पिन को दूसरे के विपरीत करने से—ऐसी क्षमताएं आ जाती हैं जो समान प्रणालियां प्रदान नहीं कर सकतीं। क्वांटम जगत में, विपरीत चीजें न केवल आकर्षित करती हैं—बल्कि कभी-कभी वे और भी बहुत कुछ प्रकट कर सकती हैं।

लिंक: फिजिकल रिव्यू लेटर्स 136, 110402 (2026) https://doi.org/10.1103/tqrb-4m9p