গবেষকেরা কিউবিট লিকেজকে এন্ট্যাঙ্গেলমেন্টের একটি উপায়ে পরিণত করেছেন

পরিবেশের সঙ্গে লড়াই না করে তাকে ব্যবহার করা

কোয়ান্টাম ইঞ্জিনিয়ারিংয়ে, লিকেজকে সাধারণত খলনায়ক ধরা হয়। একটি কিউবিট থেকে তার পরিবেশে শক্তি ও তথ্য বেরিয়ে যাওয়া সাধারণত গণনা, যোগাযোগ এবং সেন্সিংয়ের জন্য সরাসরি হুমকি হিসেবে বিবেচিত হয়। ইউনিভার্সিটি অফ ইলিনয় আরবানা-শ্যাম্পেইন এবং ইউনিভার্সিটি অফ শিকাগোর গবেষকদের একটি নতুন পরীক্ষামূলক ফলাফল সম্পূর্ণ ভিন্ন দৃষ্টিভঙ্গি নিয়ে এসেছে: সঠিক পরিস্থিতিতে, সেই একই ডিসিপেশনকে এন্ট্যাঙ্গেলমেন্ট তৈরি করতে ব্যবহার করা যেতে পারে।

Phys.org দ্বারা আলোচিত একটি পিয়ার-রিভিউড গবেষণায় বর্ণিত এই ফলাফল এমন একটি ধারণা প্রদর্শন করে, যা বহু বছর ধরে তাত্ত্বিক আগ্রহের বিষয় ছিল কিন্তু বাস্তবে প্রয়োগ করা কঠিন ছিল। দলটি দুইটি সুপারকন্ডাক্টিং কিউবিট এবং synthetic squeezing নামে একটি কৌশল ব্যবহার করে ডিসিপেশনের মাধ্যমে একটি এন্ট্যাঙ্গেলড steady state তৈরি করেছে। অন্যভাবে বললে, এন্ট্যাঙ্গেলমেন্ট কোনো ভঙ্গুর একবারের ঘটনা হিসেবে তৈরি হয়নি, যা সঙ্গে সঙ্গে ক্ষয় হতে শুরু করে। এটি একটি চালিত open quantum system-এর স্থিতিশীল পরিণতি হিসেবে প্রকাশ পেয়েছে।

এই পার্থক্যটি গুরুত্বপূর্ণ, কারণ এন্ট্যাঙ্গেলমেন্ট কোয়ান্টাম প্রযুক্তির অন্যতম কেন্দ্রীয় সম্পদ। এটি সেই প্রোটোকলগুলির ভিত্তি, যা যোগাযোগ, নেটওয়ার্কিং, সেন্সিং এবং কম্পিউটেশনে শাস্ত্রীয় সিস্টেমের চেয়ে ভালো কাজ করে। সমস্যা হলো, এন্ট্যাঙ্গেলমেন্ট নিজেও ভঙ্গুর। যে কোনো পদ্ধতি যা বেশি দৃঢ়তার প্রতিশ্রুতি দেয়, সঙ্গে সঙ্গে নজর কেড়ে নেয়।

ট্রান্সপোর্ট এত বড় সমস্যা কেন

প্রচলিত এন্ট্যাঙ্গেলমেন্ট তৈরি প্রায়ই নির্ভর করে কোয়ান্টাম স্টেটকে সতর্কভাবে সময় নির্ধারিত অপারেশনের মাধ্যমে স্থানীয়ভাবে প্রস্তুত করার উপর, তারপর সেগুলোকে বা তাদের বহন করা তথ্যকে কোনো ভৌত চ্যানেলের মাধ্যমে স্থানান্তর করার উপর। সেই ট্রান্সপোর্ট ধাপেই বহু সিস্টেম দুর্বল হয়ে পড়ে। পরিবেশগত শব্দ প্রস্তুত করা অবস্থা ব্যবহার করার আগেই নষ্ট করে দিতে পারে।

গবেষকদের মতে, তাঁদের পরীক্ষাটি একটি ভিন্ন পথের ইঙ্গিত দেয়। উৎস লেখার অনুযায়ী, এই সিস্টেমে প্রথমে এন্ট্যাঙ্গেলমেন্ট তৈরি করে পরে সেটিকে অন্য কোথাও নিয়ে যাওয়ার প্রয়োজন নেই, যেখানে অতিরিক্ত অবনতির ঝুঁকি থাকে। বরং, সেটআপটিকে এমনভাবে নকশা করা হয়েছে যাতে ধারাবাহিক driving এবং dissipation-এর অধীনে এন্ট্যাঙ্গেলমেন্ট সিস্টেমের স্বাভাবিক relaxed state হয়ে ওঠে।

এটি ক্ষেত্রটির একটি প্রচলিত ধারণাকে উল্টে দেয়। সাধারণত, relaxation মানে উপযোগী কোয়ান্টাম বৈশিষ্ট্যের ক্ষতি। এখানে, relaxation-ই সেই সম্পদ তৈরি করে। ধারণাগত এই উল্টোদিক ফলাফলটিকে যন্ত্রের সংকীর্ণ বিবরণের বাইরেও আলাদা করে তোলে।

দলটি আসলে কী বানিয়েছে

পরীক্ষায় একটি unidirectional waveguide-এর সঙ্গে যুক্ত দুইটি সুপারকন্ডাক্টিং কিউবিট ব্যবহার করা হয়েছিল। উৎস লেখায় বলা হয়েছে, মূল তাত্ত্বিক পূর্বাভাসটি অত্যন্ত আদর্শায়িত অবস্থার উপর নির্ভর করেছিল, তাই গবেষকেরা একটি ল্যাব-সামঞ্জস্যপূর্ণ পদ্ধতি, synthetic squeezing, তৈরি করেন যাতে বাস্তব যন্ত্রে এ প্রভাবটি আনা যায়।

সুপারকন্ডাক্টিং কিউবিট কোয়ান্টাম ইনফরমেশন সায়েন্সের অন্যতম অগ্রণী হার্ডওয়্যার প্ল্যাটফর্ম, কারণ সেগুলো তৈরি, নিয়ন্ত্রণ এবং microwave circuitry-এর সঙ্গে সংযুক্ত করা যায়। কিন্তু সব কোয়ান্টাম সিস্টেমের মতো, এগুলো অনাকাঙ্ক্ষিত পরিবেশগত মিথস্ক্রিয়ার প্রতি অত্যন্ত সংবেদনশীল। নিয়ন্ত্রিত পরিবেশগত coupling-কে দায় নয়, বরং সম্পদে পরিণত করা যায় তা দেখানো ইতিমধ্যেই প্রতিযোগিতামূলক হার্ডওয়্যার পরিমণ্ডলে একটি নতুন নকশা ধারণা যোগ করে।

“synthetic squeezing” শব্দবন্ধটি গুরুত্বপূর্ণ, কারণ এটি বোঝায় যে পরীক্ষাটি শুধু পাঠ্যপুস্তকের মডেল পুনরাবৃত্তি করেনি। দলটিকে এমন একটি কার্যকর quantum environment তৈরি করতে হয়েছে যা সঠিকভাবে আচরণ করে, যাতে dissipation-driven entanglement দেখা দেয়। তত্ত্ব থেকে হার্ডওয়্যারে এই অনুবাদই প্রায়ই কোয়ান্টাম বিজ্ঞানের আসল বাধা। সুন্দর ধারণা প্রচুর; বাস্তবায়নযোগ্য ধারণা কম।

একটি স্থিতিশীল অবস্থা হিসেবে এন্ট্যাঙ্গেলমেন্ট

ফলাফলের সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ দিক হতে পারে যে এন্ট্যাঙ্গেলমেন্টটি একটি steady state। নীতিগতভাবে, উৎস লেখার অনুযায়ী, এর অর্থ এটি অনির্দিষ্টকাল এবং ইচ্ছামতো বড় দূরত্বেও বজায় রাখা যেতে পারে। এর মানে এই নয় যে সব ইঞ্জিনিয়ারিং সীমাবদ্ধতা মিলিয়ে যায়, তবে এটি আজকের প্রস্তুত-ও-রক্ষা পদ্ধতির তুলনায় আরও স্থিতিশীল একটি কাঠামোর ইঙ্গিত দেয়।

Steady-state entanglement কার্যপ্রণালীর চিত্র বদলে দেয়। যদি সিস্টেমের স্বাভাবিক গতিবিদ্যার মাধ্যমে এন্ট্যাঙ্গেলমেন্ট ক্রমাগত পুনর্জন্ম নিতে পারে, তবে সামান্য বিঘ্নে সেই উপযোগী কোয়ান্টাম অবস্থা পুরোপুরি শেষ হয়ে যেতে হবে না। নিখুঁতভাবে প্রস্তুত একটি অবস্থা সময়ের সঙ্গে ক্ষয় হতে দেখা নয়, বরং প্রকৌশলীরা এমন একটি পরিসর বজায় রাখতে পারেন যেখানে কাঙ্ক্ষিত সহসম্পর্ক বারবার পুনরায় উদ্ভূত হয়।

এটি বিশেষভাবে quantum network-এর জন্য প্রাসঙ্গিক। এই ক্ষেত্রের একটি দীর্ঘমেয়াদি লক্ষ্য হলো দূরত্ব জুড়ে কোয়ান্টাম ডিভাইস সংযুক্ত করা, এমনভাবে যাতে সেগুলোকে প্রথমে কোয়ান্টাম করে তোলে এমন বৈশিষ্ট্য হারিয়ে না যায়। ট্রান্সপোর্ট নয়েজ এই রোডম্যাপের সবচেয়ে কঠিন বাধাগুলোর একটি। ভঙ্গুর ট্রান্সপোর্ট সিকোয়েন্সের উপর নির্ভরতা কমায় এমন একটি পদ্ধতি distributed quantum system-এর জন্য মূল্যবান হতে পারে।

ফলাফলটি এখনই কেন উল্লেখযোগ্য

কোয়ান্টাম গবেষণা নিয়মিতভাবে coherence time, gate fidelity, materials quality, এবং error characterization-এ ধাপে ধাপে অগ্রগতি দেয়। এগুলো অপরিহার্য, কিন্তু সাধারণত এই স্থাপিত ধারণার মধ্যেই কাজ করে যে পরিবেশকে আলাদা রাখতে হবে। এই কাজটি বরং ইঙ্গিত দেয় যে যত্নসহকারে গঠিত একটি পরিবেশ উপকারী কাজ করতে সাহায্য করতে পারে।

এর মানে এই নয় যে শব্দ সর্বত্র উপকারী। অনিয়ন্ত্রিত dissipation এখনও ধ্বংসাত্মক, এবং কোয়ান্টাম ইঞ্জিনিয়ারিংয়ের বেশিরভাগ অংশই এখনও decoherence-এর বিরুদ্ধে লড়াই। কিন্তু এই পরীক্ষা আরও সূক্ষ্ম এক দৃষ্টিভঙ্গিকে সমর্থন করে: system-environment interaction-এর কিছু রূপ এমনভাবে নকশা করা যেতে পারে যাতে loss channel নিজেই সিস্টেমকে কাঙ্ক্ষিত কোয়ান্টাম অবস্থায় চালিত করে।

বৃহত্তর শিল্পের জন্য, এটি অন্তত দুইভাবে গুরুত্বপূর্ণ হতে পারে। প্রথমত, এটি হার্ডওয়্যার স্তরে আরও fault-tolerant এন্ট্যাঙ্গেলমেন্ট তৈরির পথ দিতে পারে। দ্বিতীয়ত, এটি quantum interconnect, repeater, এবং networked architecture তৈরি করার জন্য উপলব্ধ সরঞ্জামের পরিসর বাড়ায়। এমন একটি ক্ষেত্রে, যেখানে বহু hardware stack প্রতিযোগিতা করছে এবং hybrid system সম্ভবত গুরুত্বপূর্ণ হবে, শক্তিশালী এন্ট্যাঙ্গেলমেন্ট তৈরি করার অতিরিক্ত উপায় কৌশলগতভাবে গুরুত্বপূর্ণ।

অবশিষ্ট সীমাবদ্ধতা

ফলাফলটি সতর্কভাবে পড়া উচিত। উৎস পাঠ এটিকে বর্তমান এন্ট্যাঙ্গেলমেন্ট-উৎপাদন পদ্ধতির একটি আশাব্যঞ্জক বিকল্প হিসেবে উপস্থাপন করে, তবে সম্পূর্ণ networking solution হিসেবে নয়। ব্যবহারিক প্রয়োগের জন্য scaling, অন্যান্য system component-এর সঙ্গে integration, এবং আরও জটিল operating condition-এও পদ্ধতিটি কার্যকর থাকে কিনা তার প্রমাণ দরকার হবে।

নিয়ন্ত্রিত superconducting-qubit পরীক্ষায় কোনো phenomenon দেখানো এবং একটি পূর্ণ quantum communication architecture স্থাপন করা এক জিনিস নয়। এই ধাপগুলোর মাঝের রূপান্তরই সেই জায়গা, যেখানে বহু আশাব্যঞ্জক ধারণা তাদের সবচেয়ে কঠিন পরীক্ষার মুখোমুখি হয়।

তবুও, এই অগ্রগতি অর্থবহ, কারণ এটি বাস্তব হার্ডওয়্যারের মাধ্যমে একটি counterintuitive ধারণাকে যাচাই করে। দলটি শুধু দেখায়নি যে কিছু পরিস্থিতিতে লিকেজ সত্ত্বেও এন্ট্যাঙ্গেলমেন্ট টিকে থাকতে পারে। তারা দেখিয়েছে, সঠিকভাবে নকশা করলে লিকেজ নিজেই সৃষ্টির প্রক্রিয়ার অংশ হতে পারে।

এটি কোয়ান্টাম প্রযুক্তির সবচেয়ে পুরোনো সমস্যাগুলোর একটিকে নতুনভাবে ভাবতে বাধ্য করে। পরিবেশের প্রতিটি উন্মুক্ত পথকে দূর করার মতো ত্রুটি হিসেবে না দেখে, ভবিষ্যৎ সিস্টেম কিছু উন্মুক্ত পথকে স্থিতিশীলকারী চ্যানেল হিসেবে বেছে নিয়ে ব্যবহার করতে পারে। যদি এই যুক্তি বড় এবং আরও সংযুক্ত সিস্টেমেও বজায় থাকে, তাহলে এটি শুরু থেকেই quantum network কীভাবে নকশা করা হবে, সেটিতে প্রভাব ফেলতে পারে।

এই মুহূর্তে, ফলাফলটিকে সর্বোত্তমভাবে একটি ভিত্তিমূলক প্রদর্শন হিসেবে বোঝা যায় যার অস্বাভাবিকভাবে বিস্তৃত প্রভাব আছে। এটি ক্ষেত্রটির সবচেয়ে জেদি কার্যগত সমস্যাগুলোর একটির সম্ভাব্য পথ দেখায়: ট্রানজিটে না হারিয়ে কীভাবে এন্ট্যাঙ্গেলমেন্ট তৈরি করা যায়। কোয়ান্টাম ইঞ্জিনিয়ারিংয়ে, এটি ছোটখাটো পরিমার্জন নয়। এটি একটি ভিন্ন কৌশল।

এই নিবন্ধটি Phys.org-এর প্রতিবেদনের ভিত্তিতে লেখা। মূল নিবন্ধটি পড়ুন.