क्वांटम त्रुटि सुधार खगोलविदों को छवि सितारों में मदद कर सकता है

अंतरिक्ष एक स्टूडियो नहीं है: सितारों का अध्ययन करते समय, खगोलविदों का उन वस्तुओं पर कोई नियंत्रण नहीं होता है जिनकी वे छवि बनाने की कोशिश कर रहे हैं। इसके बजाय, वे जो भी प्रकाश प्राप्त करते हैं, उससे उच्च-रिज़ॉल्यूशन की छवियां बनाने के लिए टेलीस्कोप और विश्लेषण तकनीकों में सुधार पर भरोसा करते हैं, हालांकि यह बेहोश या शोर हो सकता है। अब, वैज्ञानिकों की एक टीम ने दूरबीनों द्वारा कैप्चर की गई तारों की रोशनी में शोर का मुकाबला करने के लिए क्वांटम त्रुटि सुधार का उपयोग करने का एक तरीका प्रस्तावित किया है। टीम के अनुसार, निकट अवधि के क्वांटम उपकरणों पर चलने वाले सबसे सरल त्रुटि-सुधार प्रोटोकॉल भी खगोलीय इमेजिंग के लिए महत्वपूर्ण लाभ प्रदान कर सकते हैं।

इमेजिंग रिज़ॉल्यूशन आमतौर पर विवर्तन द्वारा सीमित होता है। क्वांटम सेंसिंग तकनीक इस सीमा को पार कर सकती है यदि छवि वाली वस्तु को हेरफेर या प्रकाशित किया जा सकता है, लेकिन खगोल विज्ञान में यह संभव नहीं है। ऑस्ट्रेलिया में मैक्वेरी विश्वविद्यालय और नेशनल यूनिवर्सिटी ऑफ़ सिंगापुर (NUS) के शोधकर्ताओं ने, हालांकि, एक समाधान पाया है: उन्होंने दिखाया कि क्वांटम त्रुटि सुधार अपने पर्यावरण के साथ अवांछित बातचीत से नाजुक कैप्चर किए गए स्टारलाइट को ख़राब होने से बचा सकता है।

ऐलिस और बॉब सितारों को फिर से लिखते हैं

टीम की प्रस्तावित पद्धति के पीछे विचार यह है कि स्टारलाईट द्वारा की गई जानकारी को तथाकथित त्रुटि-सुधार कोड में एक बड़ी क्वांटम प्रणाली में फैलाया जा सकता है। तब भले ही सिस्टम के कुछ हिस्सों में त्रुटियाँ हों, बाकी हिस्सों से सही जानकारी का पुनर्निर्माण किया जा सकता है।

यह समझने के लिए कि नई तकनीक कैसे काम करती है, दो खगोलविदों, एलिस और बॉब की कल्पना करें। दोनों के पास दूरबीनें हैं, और यदि वे व्यक्तिगत रूप से प्रत्येक दूरबीन से संभव से अधिक स्पष्ट छवि बनाना चाहते हैं, तो वे ऑप्टिकल इंटरफेरोमेट्री नामक एक विधि का उपयोग करके एकत्रित प्रकाश को संयोजित कर सकते हैं। सिद्धांत रूप में, उनकी दूरबीनें जितनी दूर होती हैं, वे संयुक्त रूप से उतना ही अधिक छवि विभेदन प्राप्त कर सकते हैं। हालांकि, व्यवहार में, शोर और संचरण नुकसान ऐलिस और बॉब के संकेतों की गुणवत्ता को कम करते हैं, यह सीमित करते हुए कि उनकी दूरबीनें कितनी दूर हो सकती हैं।

मैक्वेरी-एनयूएस टीम का प्रस्ताव है कि क्वांटम प्रौद्योगिकियां टेलीस्कोप साइटों के बीच भौतिक लिंक (आमतौर पर एक ऑप्टिकल फाइबर) को बदलकर इस प्रतिबंध को बायपास कर सकती हैं। क्यूबिट्स ऐसी प्रणालियां हैं जो क्वांटम सूचनाओं को संग्रहीत करती हैं, और जब उलझ जाती हैं, तो इन प्रणालियों की अवस्थाएं उन सहसंबंधों को साझा करती हैं जो शास्त्रीय प्रणालियों में अनुमत लोगों की तुलना में अधिक मजबूत होते हैं। जब ऐलिस और बॉब अपनी दूरबीनों पर प्रकाश प्राप्त करते हैं, तो एक प्रकाश-पदार्थ अंतःक्रिया प्रकाश से सूचना को उनके qubits की स्थिर स्थिति में स्थानांतरित करती है। फिर वे प्रत्येक स्टारलाईट की जानकारी को संग्रहीत करने वाली क्युबिट्स के लिए उपयुक्त संचालन लागू करते हैं। चूँकि उनकी qubits उलझी हुई हैं, इसलिए सूचना क्वांटम त्रुटि-सुधार कोड में उनके दोनों qubits के बड़े सेट के भीतर संग्रहीत हो जाती है।

"ऐलिस और बॉब द्वारा साझा की गई परिणामी स्थिति अब ... उस स्टारलाइट के बराबर है जो अंदर गई," एक पेपर के प्रमुख लेखक ज़िक्सिन हुआंग बताते हैं। फिजिकल रिव्यू लेटर्स अनुसंधान पर. क्योंकि ऐलिस और बॉब की कक्षाओं में स्टारलाईट की समग्र स्थिति को संरक्षित रूप में साझा किया जाता है, यह पर्यावरण से शोर के लिए मजबूत है। विशिष्ट मापन करके, ऐलिस और बॉब स्टारलाईट की जानकारी प्राप्त करने से पहले अपनी कक्षा में किसी भी त्रुटि का पता लगा सकते हैं और फिर उसे ठीक कर सकते हैं, जिसका उपयोग वे अपनी छवि बनाने के लिए करते हैं।

क्षितिज पर सुपर-रिज़ॉल्यूशन प्रयोग

शोधकर्ताओं ने दिखाया कि इमेजिंग के लिए यह क्वांटम त्रुटि-सुधार तकनीक सरलतम त्रुटि-सुधार प्रोटोकॉल में से एक की जांच करके निकट-अवधि के क्वांटम उपकरणों के साथ भी सहायक है। इस प्रोटोकॉल में, स्टारलाईट की जानकारी तीन समान क्यूबिट्स के सेट में संग्रहीत की जाती है। इसे पुनरावृत्ति कोड के रूप में जाना जाता है क्योंकि त्रुटियों से सुरक्षा शाब्दिक रूप से जानकारी को तीन बार दोहराने से आती है। जबकि बड़े कोड बेहतर सुरक्षा प्रदान करते हैं, यहां तक ​​कि यह छोटा कोड प्रमुख प्रकार की त्रुटि के विरुद्ध उपयोगी सुरक्षा प्रदान करता है। इसके अलावा, क्वांटम कंप्यूटिंग के विपरीत, जिसमें 1% से भी कम की त्रुटि दर की आवश्यकता होती है, इमेजिंग के लिए प्रोटोकॉल केवल पुनरावृत्ति कोड का उपयोग करके 50% तक की त्रुटि दर सहन कर सकता है। विवर्तन सीमा से परे "सुपर-रिज़ॉल्यूशन" इमेजिंग शोर क्वांटम उपकरणों के लिए एक अप्रत्याशित निकट-अवधि का उपयोग-मामला है, हालांकि वैज्ञानिकों के प्रोटोकॉल के विभिन्न भागों को लागू करने से पहले तकनीकी चुनौतियां बनी हुई हैं।

क्वांटम त्रुटि सुधार इसके शून्य-चुंबकीय क्षेत्र की शुरुआत करता है

क्योंकि शोधकर्ताओं का ढांचा क्वांटम त्रुटि सुधार तकनीकों को किसी भी इमेजिंग कार्य पर लागू करने में सक्षम बनाता है जहां प्रयोगकर्ता वस्तु तैयार करने में सक्षम नहीं है, इसके अनुप्रयोग खगोल विज्ञान से परे हो सकते हैं। "एक संभावित अनुप्रयोग जिस पर हम में से कुछ विचार कर रहे हैं वह मैग्नेटोमेट्री में है, जहां हम चुंबकीय क्षेत्र संवेदन के लिए क्वांटम सेंसर के प्रदर्शन को बढ़ाने के लिए क्वांटम त्रुटि सुधार का उपयोग करते हैं," काम में शामिल एनयूएस के एक वरिष्ठ शोध साथी यिंगकाई ओयुयांग बताते हैं। "हम वास्तविक टेलीस्कोप पर सुपर-रिज़ॉल्यूशन इमेजिंग के लिए हमारे पिछले प्रोटोकॉल को लागू करने के लिए प्रयोगात्मकवादियों के साथ भी काम कर रहे हैं।"

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• स्रोत: https://physicsworld.com/a/quantum-error-correction-could-help-astronomers-image-stars/