क्वांटम मेमोरी

क्वांटम कम्प्यूटिंग में, क्वांटम मेमोरी क्वांटम यांत्रिकी या सामान्य मेमोरी का क्वांटम-मैकेनिकल संस्करण है। जबकि साधारण मेमोरी बाइनरी संख्या स्थिति (1 एस और 0 एस द्वारा दर्शाया गया) के रूप में जानकारी संग्रहीत करती है, क्वांटम मेमोरी बाद में पुनर्प्राप्ति के लिए एक क्वांटम स्थिति संग्रहीत करती है। इन अवस्था में उपयोगी कम्प्यूटेशनल जानकारी होती है जिसे क्वैबिट के नाम से जाना जाता है। रोजमर्रा के कंप्यूटरों की मौलिक मेमोरी के विपरीत, क्वांटम मेमोरी में संग्रहीत अवस्थाएं जितना कि सुपरइम्पोज़िशन में हो सकती हैं, जो मौलिक सूचना संचयन की तुलना में क्वांटम एल्गोरिथ्म में अधिक व्यावहारिक लचीलापन देती है।

क्वांटम सूचना विज्ञान में कई उपकरणों के विकास के लिए क्वांटम मेमोरी आवश्यक है, जिसमें एक सिंक्रोनाइज़ेशन उपकरण भी सम्मिलित है जो क्वांटम कंप्यूटिंग में विभिन्न प्रक्रियाओं (कंप्यूटिंग) से मेल खा सकता है, एक क्वांटम गेट जो किसी भी स्थिति की पहचान बनाए रखता है, और पूर्व निर्धारित को परिवर्तित करने के लिए एक तंत्र फोटॉन को ऑन-डिमांड फोटॉन में बदलें जो क्वांटम मेमोरी का उपयोग कई पहलुओं में किया जा सकता है, जैसे क्वांटम कंप्यूटिंग और क्वांटम संचार निरंतर अनुसंधान और प्रयोगों ने क्वांटम मेमोरी को क्वैबिट के संचयन का अनुभव करने में सक्षम बनाया है।

पृष्ठभूमि और इतिहास

कई कणों के साथ क्वांटम विकिरण की परस्पर क्रिया ने पिछले दशक में वैज्ञानिक रुचि जगाई है। क्वांटम मेमोरी एक ऐसा क्षेत्र है, जो परमाणुओं के एक समूह पर प्रकाश की क्वांटम स्थिति को मैप करता है और फिर इसे उसके मूल आकार में पुनर्स्थापित करता है। क्वांटम मेमोरी सूचना प्रसंस्करण में एक प्रमुख तत्व है, जैसे कि ऑप्टिकल क्वांटम कंप्यूटिंग और क्वांटम संचार, जबकि प्रकाश-परमाणु संपर्क की नींव के लिए एक नया रास्ता खोलता है। चूँकि प्रकाश की क्वांटम स्थिति को फिर से प्रारंभ करना कोई आसान काम नहीं है। चूँकि प्रभावशाली प्रगति हुई है, शोधकर्ता अभी भी इसे संभव बनाने के लिए काम कर रहे हैं।

फोटॉन क्वैबिट को स्टोर करने के लिए क्वांटम एक्सचेंज पर आधारित क्वांटम मेमोरी को संभव दिखाया गया है। केसेल और मोइसेव 1993 में एकल फोटॉन अवस्था में क्वांटम संचयन पर चर्चा की गई। प्रयोग का विश्लेषण 1998 में किया गया और 2003 में प्रदर्शित किया गया। संक्षेप में, एकल फोटॉन अवस्था में क्वांटम संचयन के अध्ययन को प्रस्तावित मौलिक ऑप्टिकल डेटा संचयन तकनीक का उत्पाद माना जा सकता है। 1979 और 1982, 1970 के दशक के मध्य में डेटा संचयन के उच्च घनत्व से प्रेरित एक विचार. प्रकाश की विभिन्न आवृत्तियों को अवशोषित करने के लिए अवशोषक का उपयोग करके ऑप्टिकल डेटा संचयन प्राप्त किया जा सकता है, जिसे फिर बीम अंतरिक्ष बिंदुओं पर निर्देशित किया जाता है और संग्रहीत किया जाता है।

प्रकार

परमाणु गैस क्वांटम मेमोरी

सामान्य मौलिक ऑप्टिकल सिग्नल प्रकाश के आयाम को अलग-अलग करके प्रसारित होते हैं। इस स्थिति में, लैंप पर जानकारी संग्रहीत करने के लिए कागज का एक टुकड़ा, या कंप्यूटर हार्ड डिस्क का उपयोग किया जा सकता है. चूँकि , क्वांटम सूचना परिदृश्य में, जानकारी को प्रकाश के आयाम और चरण के अनुसार एन्कोड किया जा सकता है। कुछ संकेतों के लिए, आप सिग्नल में हस्तक्षेप किए बिना प्रकाश के आयाम और चरण दोनों को नहीं माप सकते है। क्वांटम जानकारी संग्रहीत करने के लिए, प्रकाश को बिना मापे ही संग्रहीत करने की आवश्यकता होती है। एक परमाणु गैस क्वांटम मेमोरी परमाणु बादल में प्रकाश की स्थिति को रिकॉर्ड कर रही है। जब प्रकाश की जानकारी परमाणुओं द्वारा संग्रहीत की जाती है, तो प्रकाश के सापेक्ष आयाम और चरण को परमाणुओं में मैप किया जाता है और मांग पर प्राप्त किया जा सकता है।

सॉलिड क्वांटम मेमोरी

मौलिक कंप्यूटिंग में, मेमोरी एक तुच्छ संसाधन है जिसे लंबे समय तक चलने वाले मेमोरी हार्डवेयर में दोहराया जा सकता है और बाद में आगे की प्रक्रिया के लिए पुनर्प्राप्त किया जा सकता है। क्वांटम कंप्यूटिंग में यह निषिद्ध है क्योंकि, नो क्लोन प्रमेय के अनुसार, किसी भी क्वांटम अवस्था को पूरी तरह से पुन: प्रस्तुत नहीं किया जा सकता है। इसलिए, क्वांटम त्रुटि सुधार की अनुपस्थिति में, क्वैबिट का संचयन जानकारी रखने वाले भौतिक क्वैबिट के आंतरिक सुसंगतता समय द्वारा सीमित है। दी गई भौतिक क्वैबिट संचयन सीमा से परे क्वांटम मेमोरी संचयन क्वैबिट्स के लिए एक क्वांटम सूचना संचरण होगी जो पर्यावरणीय ध्वनि और अन्य कारकों से आसानी से प्रभावित नहीं होती है। जानकारी को बाद में त्वरित संचालन या पढ़ने की अनुमति देने के लिए पसंदीदा प्रक्रिया क्वैबिट में वापस स्थानांतरित कर दिया जाएगा।

खोज

ऑप्टिकल क्वांटम मेमोरी का उपयोग समान्यता: एकल फोटॉन क्वांटम अवस्थाओं का पता लगाने और संग्रहीत करने के लिए किया जाता है। चूँकि इस प्रकार की कुशल मेमोरी उत्पन्न करना वर्तमान विज्ञान के लिए अभी भी एक बड़ी चुनौती है। एक एकल फोटॉन में ऊर्जा इतनी कम होती है कि वह एक जटिल प्रकाश पृष्ठभूमि में खो जाता है। इन समस्याओं के कारण क्वांटम संचयन दर लंबे समय से 50% से नीचे बनी हुई है। हांगकांग विज्ञान और प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय और एचकेयूएसटी में विलियम मोंग इंस्टीट्यूट ऑफ नैनो साइंस एंड टेक्नोलॉजी के भौतिकी विभाग के प्रोफेसर डु शेंगवांग के नेतृत्व में एक टीम ने ऑप्टिकल क्वांटम मेमोरी की दक्षता बढ़ाने का एक विधि खोजा है। 85 प्रतिशत से अधिक यह खोज क्वांटम कंप्यूटर की लोकप्रियता को वास्तविकता के समीप भी लाती है। साथ ही, क्वांटम मेमोरी का उपयोग क्वांटम नेटवर्क में पुनरावर्तक के रूप में भी किया जा सकता है, जो क्वांटम इंटरनेट की नींव रखता है।

अनुसंधान और अनुप्रयोग

क्वांटम मेमोरी क्वांटम नेटवर्क, क्वांटम रिपीटर, रैखिक ऑप्टिकल क्वांटम गणना या लंबी दूरी की क्वांटम संचार जैसे क्वांटम सूचना प्रसंस्करण अनुप्रयोगों का एक महत्वपूर्ण घटक है।

ऑप्टिकल डेटा स्टोरेज कई वर्षों से एक महत्वपूर्ण शोध विषय रहा है। इसका सबसे रौचक कार्य क्वांटम कंप्यूटिंग और क्वांटम क्रिप्टोग्राफी के माध्यम से डेटा को चोरी से बचाने के लिए क्वांटम भौतिकी के नियमों का उपयोग करना है, जो बिना नियम संचार सुरक्षा की आश्वासन देता है।

वे कणों को क्वांटम सुपरपोज़िशन में सुपरइम्पोज़ करने की अनुमति देते हैं, जिसका अर्थ है कि वे एक ही समय में कई संयोजनों का प्रतिनिधित्व कर सकते हैं। इन कणों को क्वांटम बिट्स या क्वबिट्स कहा जाता है। साइबर सुरक्षा के दृष्टिकोण से, क्वैबिट का मैजिक यह है कि यदि कोई हैकर उन्हें पारगमन में देखने की प्रयाश करता है, तो उनकी नाजुक क्वांटम स्थिति बिखर जाती है। इसका अर्थ यह है कि हैकर्स के लिए बिना कोई निशान छोड़े नेटवर्क डेटा से अपवृद्धि करना असंभव है। अब, कई कंपनियां अत्यधिक संवेदनशील डेटा प्रसारित करने वाले नेटवर्क बनाने के लिए इस सुविधा का लाभ उठा रही हैं। सैद्धांतिक रूप से, ये नेटवर्क सुरक्षित हैं।

माइक्रोवेव संचयन और प्रकाश शिक्षण माइक्रोवेव रूपांतरण

हीरे में नाइट्रोजन-रिक्ति केंद्र ने ऑप्टिकल नैनोफोटोनिक उपकरणों में अपने उत्कृष्ट प्रदर्शन के कारण पिछले दशक में बहुत सारे शोध को आकर्षित किया है। वर्तमान के एक प्रयोग में, पूर्ण फोटोइलेक्ट्रिक चुंबकीय क्षेत्र संवेदन प्राप्त करने के लिए एक मल्टी-पास डायमंड चिप पर विद्युत चुम्बकीय रूप से प्रेरित पारदर्शिता प्रयुक्त की गई थी। इन निकट से संबंधित प्रयोगों के अतिरिक्त , ऑप्टिकल स्टोरेज को अभी भी वास्तव में प्रयुक्त नहीं किया गया है। उपस्थित नाइट्रोजन-रिक्ति केंद्र (नकारात्मक चार्ज और तटस्थ नाइट्रोजन-रिक्ति केंद्र) ऊर्जा स्तर संरचना हीरे के नाइट्रोजन-रिक्ति केंद्र के ऑप्टिकल संचयन को संभव बनाती है।

नाइट्रोजन-रिक्ति स्पिन संयोजन और सुपरकंडक्टिंग क्वैबिट के बीच युग्मन सुपरकंडक्टिंग क्वैबिट के माइक्रोवेव संचयन की संभावना प्रदान करता है। ऑप्टिकल स्टोरेज इलेक्ट्रॉन स्पिन स्थिति और सुपरकंडक्टिंग क्वांटम बिट्स के युग्मन को जोड़ता है, जो हीरे में नाइट्रोजन-रिक्ति केंद्र को सुसंगत प्रकाश और माइक्रोवेव के पारस्परिक रूपांतरण की हाइब्रिड क्वांटम प्रणाली में भूमिका निभाने में सक्षम बनाता है।

कक्षीय कोणीय संवेग क्षार वाष्प में संग्रहीत होता है

बड़ी गुंजयमान प्रकाश गहराई कुशल क्वांटम-ऑप्टिकल मेमोरी के निर्माण का आधार है। क्षार धातु वाष्प समस्थानिक बड़ी संख्या में निकट-अवरक्त तरंग दैर्ध्य ऑप्टिकल गहराई के होते हैं क्योंकि वे अपेक्षाकृत संकीर्ण स्पेक्ट्रम रेखा होते हैं और 50-100 ∘ C के गर्म तापमान में उच्च घनत्व की संख्या होती है। क्षार वाष्प का उपयोग कुछ सबसे महत्वपूर्ण में किया गया है प्रारंभिक अनुसंधान से लेकर नवीनतम परिणामों तक स्मृति विकास, जिस पर हम चर्चा कर रहे हैं, उनकी उच्च ऑप्टिकल गहराई, लंबे सुसंगत समय और आसान निकट-अवरक्त ऑप्टिकल संक्रमण के कारण है।

इसकी उच्च सूचना प्रसारण क्षमता के कारण, लोग क्वांटम सूचना के क्षेत्र में इसके अनुप्रयोग में अधिक रुचि रखते हैं। संरचित प्रकाश प्रकाश की कक्षीय कोणीय गति को ले जा सकता है, जिसे संग्रहीत संरचनात्मक फोटॉन को ईमानदारी से पुन: प्रस्तुत करने के लिए मेमोरी में संग्रहीत किया जाना चाहिए। एक परमाणु वाष्प क्वांटम मेमोरी ऐसे बीमों को संग्रहीत करने के लिए आदर्श है क्योंकि फोटॉनों की कक्षीय कोणीय गति को वितरित एकीकरण उत्तेजना के चरण और आयाम में मैप किया जा सकता है। प्रसार इस तकनीक की एक प्रमुख सीमा है क्योंकि गर्म परमाणुओं की गति संचयन उत्तेजना की स्थानिक सुसंगतता को नष्ट कर देती है। प्रारंभिक सफलताओं में स्थानिक संरचना के अशक्त सुसंगत स्पंदनों को गर्म, अल्ट्राकोल्ड परमाणु संपूर्ण में संग्रहीत करना सम्मिलित था। एक प्रयोग में, सीज़ियम मैग्नेटो-ऑप्टिकल जाल में वैज्ञानिकों का एक ही समूह एकल-फोटॉन स्तर पर वेक्टर बीम को संग्रहीत और पुनः प्राप्त करने में सक्षम था। मेमोरी वेक्टर बीम के रोटेशन इनवेरिएंस को संरक्षित करती है, जिससे इसे कुसमायोजित प्रतिरक्षा क्वांटम संचार के लिए एन्कोडेड क्वैबिट के साथ संयोजन में उपयोग करना संभव हो जाता है।

पहली संचयन संरचना, एक वास्तविक एकल फोटॉन, रुबिडियम मैग्नेटो-ऑप्टिकल जाल में विद्युत चुम्बकीय रूप से प्रेरित पारदर्शिता के साथ प्राप्त की गई थी। एक मैग्नेटो-ऑप्टिकल जाल में सहज चार-तरंग मिश्रण द्वारा उत्पन्न अनुमानित एकल फोटॉन को सर्पिल चरण प्लेटों का उपयोग करके एक कक्षीय कोणीय गति इकाई द्वारा तैयार किया जाता है, दूसरे मैग्नेटो-ऑप्टिकल जाल में संग्रहीत किया जाता है और पुनर्प्राप्त किया जाता है। दोहरी-कक्षा सेटअप मल्टीमोड मेमोरी में भी सुसंगतता सिद्ध करता है, जहां एक पूर्वघोषित एकल फोटॉन 100 नैनोसेकंड के लिए कक्षीय कोणीय गति सुपरपोजिशन स्थिति को संग्रहीत करता है।

File:KennedyReceiver.png

ऑप्टिकल क्वांटम

रत्न

जीईएम (ग्रैडिएंट इको मेमोरी) ऑप्टिकल जानकारी संग्रहीत करने के लिए एक प्रोटोकॉल है और इसे परमाणु गैस और ठोस-अवस्था मेमोरी दोनों पर प्रयुक्त किया जा सकता है। इस विचार को पहली बार एएनयू के शोधकर्ताओं द्वारा प्रदर्शित किया गया था। गर्म परमाणु वाष्प पर आधारित तीन-स्तरीय प्रणाली में प्रयोग के परिणामस्वरूप 87% तक दक्षता के साथ सुसंगत संचयन का प्रदर्शन हुआ।

विद्युतचुंबकीय रूप से प्रेरित पारदर्शिता

See also: विद्युतचुंबकीय रूप से प्रेरित पारदर्शिता

इलेक्ट्रोमैग्नेटिकली प्रेरित पारदर्शिता (ईआईटी) पहली बार 1990 में स्टैनफोर्ड विश्वविद्यालय में हैरिस और उनके सहयोगियों द्वारा प्रस्तुत की गई थी। कार्य से पता चला कि जब एक लेज़र किरण उत्तेजना पथों के बीच एक क्वांटम हस्तक्षेप का कार�