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Saturday, May 15, 2021

भौतिकविदों ने साबित किया कि क्वांटम यांत्रिकी के काल्पनिक भाग वास्तव में मौजूद हैं!

कण क्वांटम भौतिकी अवधारणा

एक अंतरराष्ट्रीय शोध टीम ने साबित किया है कि क्वांटम यांत्रिकी के काल्पनिक भाग को वास्तविक दुनिया में कार्रवाई में देखा जा सकता है।

लगभग एक सदी के लिए, भौतिकविदों को मौलिक प्रश्न द्वारा समझा गया है: क्वांटम यांत्रिकी में जटिल संख्याएं इतनी महत्वपूर्ण क्यों हैं, अर्थात्, संख्याएं जिनमें काल्पनिक संख्या i के साथ एक घटक है? आमतौर पर, यह माना जाता था कि वे केवल घटनाओं के विवरण को सुविधाजनक बनाने के लिए एक गणितीय चाल हैं, और केवल वास्तविक संख्या में व्यक्त किए गए परिणामों का एक भौतिक अर्थ है। हालांकि, शोधकर्ताओं की एक पोलिश-चीनी-कनाडाई टीम ने यह साबित कर दिया है कि क्वांटम यांत्रिकी के काल्पनिक भाग को वास्तविक दुनिया में कार्रवाई में देखा जा सकता है।

हमें भौतिक दुनिया का वर्णन करने की संख्या की क्षमता के बारे में अपने भोले विचारों को फिर से बनाने की आवश्यकता है। अब तक, ऐसा लगता था कि केवल वास्तविक संख्या औसत दर्जे की भौतिक मात्रा से संबंधित थी। हालांकि, हेफ़ेई और विश्वविद्यालय में चीन के विज्ञान और प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय (USTC) के वैज्ञानिकों की भागीदारी के साथ वारसा विश्वविद्यालय में सेंटर फॉर क्वांटम ऑप्टिकल टेक्नोलॉजीज (QOT) के डॉ। अलेक्जेंडर स्ट्रेल्टसोव की टीम द्वारा किया गया शोध। कैलगरी, उलझे हुए फोटॉनों की क्वांटम अवस्थाएं पाई गईं जिन्हें जटिल संख्याओं का सहारा लिए बिना प्रतिष्ठित नहीं किया जा सकता। इसके अलावा, शोधकर्ताओं ने क्वांटम यांत्रिकी के लिए जटिल संख्या के महत्व की पुष्टि करने वाला एक प्रयोग भी किया। सिद्धांत और माप का वर्णन करने वाले लेख केवल पत्रिकाओं में छपे हैं शारीरिक समीक्षा पत्र तथा शारीरिक समीक्षा ए

फोटॉनों क्वांटम यांत्रिकी जटिल संख्या

फोटॉनों को इतना उलझाया जा सकता है कि क्वांटम यांत्रिकी में उनके राज्यों को जटिल संख्या का उपयोग किए बिना वर्णित नहीं किया जा सकता है। साभार: QOT / jch

“भौतिक विज्ञान में, जटिल संख्याओं को प्रकृति में विशुद्ध रूप से गणितीय माना जाता था। यह सच है कि हालांकि वे क्वांटम यांत्रिकी समीकरणों में एक बुनियादी भूमिका निभाते हैं, उन्हें केवल एक उपकरण के रूप में माना जाता था, भौतिकविदों के लिए गणना की सुविधा के लिए कुछ। अब, हमने सैद्धांतिक रूप से और प्रयोगात्मक रूप से साबित कर दिया है कि क्वांटम राज्य हैं जो केवल तब ही प्रतिष्ठित किए जा सकते हैं जब गणना जटिल संख्याओं की अपरिहार्य भागीदारी के साथ की जाती है, ”डॉ। स्ट्रेल्टसोव बताते हैं।

जटिल संख्याएं दो घटकों से बनी होती हैं, वास्तविक और काल्पनिक। उनके पास प्रपत्र a + bi है, जहां संख्या a और b वास्तविक हैं। द्वि-घटक जटिल संख्याओं की विशिष्ट विशेषताओं के लिए जिम्मेदार है। यहाँ की मुख्य भूमिका काल्पनिक संख्या i, अर्थात -1 का वर्गमूल है।

भौतिक दुनिया में कुछ भी नहीं है जो सीधे संख्या i से संबंधित हो सकता है। यदि किसी टेबल पर 2 या 3 सेब हैं, तो यह स्वाभाविक है। जब हम एक सेब निकालते हैं, तो हम एक शारीरिक कमी की बात कर सकते हैं और इसे नकारात्मक पूर्णांक -1 के साथ वर्णित कर सकते हैं। हम सेब को दो या तीन वर्गों में काट सकते हैं, तर्कसंगत संख्याओं के भौतिक समतुल्य 1/2 या 1/3 प्राप्त करते हैं। यदि तालिका एक पूर्ण वर्ग है, तो इसका विकर्ण (अपरिमेय) वर्गमूल का 2 भाग होगा, जिसे भुजा की लंबाई से गुणा किया जाएगा। एक ही समय में, दुनिया में सबसे अच्छी इच्छा के साथ, टेबल पर आई सेब रखना अभी भी असंभव है।

फोटॉन स्रोत क्वांटम राज्यों का उत्पादन करने के लिए उपयोग किया जाता है

फोटॉन स्रोत क्वांटम राज्यों का उत्पादन करने के लिए उपयोग किया जाता है जो जटिल संख्याओं के विवरण की आवश्यकता होती है। साभार: USTC

भौतिकी में जटिल संख्याओं का आश्चर्यजनक कैरियर इस तथ्य से संबंधित है कि उनका उपयोग लोकप्रिय त्रिकोणमितीय कार्यों के उपयोग की तुलना में सभी प्रकार के दोलनों का वर्णन अधिक आसानी से किया जा सकता है। इसलिए गणनाएं जटिल संख्याओं का उपयोग करके की जाती हैं, और फिर अंत में उनमें केवल वास्तविक संख्याओं को ध्यान में रखा जाता है।

अन्य भौतिक सिद्धांतों की तुलना में, क्वांटम यांत्रिकी विशेष है क्योंकि इसमें उन वस्तुओं का वर्णन करना है जो कुछ परिस्थितियों में कणों की तरह व्यवहार कर सकते हैं, और दूसरों में तरंगों की तरह। इस सिद्धांत का मूल समीकरण, एक अनुकरण के रूप में लिया गया, श्रोडिंगर समीकरण है। यह एक निश्चित फ़ंक्शन के समय में परिवर्तन का वर्णन करता है, जिसे तरंग फ़ंक्शन कहा जाता है, जो एक विशिष्ट राज्य में एक प्रणाली को खोजने की संभावना वितरण से संबंधित है। हालांकि, काल्पनिक संख्या I खुले तौर पर श्रोडिंगर समीकरण में तरंग फ़ंक्शन के बगल में दिखाई देती है।

“दशकों से, इस बात पर बहस चल रही है कि क्या कोई अकेले वास्तविक संख्या के साथ सुसंगत और पूर्ण क्वांटम यांत्रिकी बना सकता है। इसलिए, हमने क्वांटम राज्यों को खोजने का फैसला किया है जो केवल जटिल संख्याओं का उपयोग करके एक दूसरे से अलग हो सकते हैं। निर्णायक क्षण वह प्रयोग था जहां हमने इन राज्यों का निर्माण किया और भौतिक रूप से जाँच की कि वे अलग-अलग थे या नहीं, ”डॉ। स्ट्रेलत्सोव कहते हैं, जिनके शोध का आधार फाउंडेशन फ़ॉर पोलिश साइंस था।

क्वांटम यांत्रिकी में जटिल संख्या की भूमिका का सत्यापन करने वाला प्रयोग ऐलिस और बॉब द्वारा खेल के संचालन में एक मास्टर की भागीदारी के साथ एक खेल के रूप में प्रस्तुत किया जा सकता है। लेज़र और क्रिस्टल के साथ एक उपकरण का उपयोग करते हुए, गेम मास्टर दो फोटॉनों को दो क्वांटम राज्यों में से एक में बांधता है, पूरी तरह से उनके बीच अंतर करने के लिए जटिल संख्याओं के उपयोग की आवश्यकता होती है। फिर, एक फोटॉन को ऐलिस और दूसरे को बॉब भेजा जाता है। उनमें से प्रत्येक अपने फोटॉन को मापता है और फिर किसी भी मौजूदा सहसंबंध को स्थापित करने के लिए दूसरे के साथ संचार करता है।

“मान लें कि ऐलिस और बॉब के माप परिणाम केवल 0 या 1 के मान पर ले जा सकते हैं। ऐलिस बॉब की तरह 0 और 1 एस के एक निरर्थक अनुक्रम को देखता है। हालांकि, अगर वे संवाद करते हैं, तो वे प्रासंगिक मापों के बीच लिंक स्थापित कर सकते हैं। यदि गेम मास्टर उन्हें एक सहसंबद्ध राज्य भेजता है, जब कोई 0 का परिणाम देखता है, तो दूसरा होगा। यदि वे ऐल-कोरेटेड राज्य प्राप्त करते हैं, जब ऐलिस 0 को मापता है, तो बॉब के पास 1. आपसी समझौते से, ऐलिस और बॉब हमारे राज्यों को अलग कर सकते हैं, लेकिन केवल अगर उनकी क्वांटम प्रकृति मौलिक रूप से जटिल थी, ”डॉ। स्ट्रेल्टसोव कहते हैं।

सैद्धांतिक वर्णन के लिए क्वांटम संसाधन सिद्धांत के रूप में जाना जाने वाला दृष्टिकोण का उपयोग किया गया था। उलझे हुए दो-फोटॉन राज्यों के बीच स्थानीय भेदभाव के साथ प्रयोग हेफ़ेई में प्रयोगशाला में रैखिक प्रकाशिकी तकनीकों का उपयोग करके किया गया था। शोधकर्ताओं द्वारा तैयार किए गए क्वांटम राज्य अलग-अलग थे, जो साबित करते हैं कि जटिल संख्या क्वांटम यांत्रिकी का एक अभिन्न, अमिट हिस्सा है।

शोधकर्ताओं की पोलिश-चीनी-कनाडाई टीम की उपलब्धि मौलिक महत्व की है, लेकिन यह इतना गहरा है कि यह नई क्वांटम प्रौद्योगिकियों में अनुवाद कर सकता है। विशेष रूप से, क्वांटम यांत्रिकी में जटिल संख्या की भूमिका में अनुसंधान क्वांटम कंप्यूटर की दक्षता के स्रोतों को बेहतर ढंग से समझने में मदद कर सकता है, गुणात्मक रूप से नई कंप्यूटिंग मशीनें जो शास्त्रीय कंप्यूटरों द्वारा अप्राप्य गति पर कुछ समस्याओं को हल करने में सक्षम हैं।

संदर्भ:

कांग-दा वू, तुलजा वरुण कोंड्रा, स्वपन राणा, कार्लो मारिया स्कैंडोलो, गुओ-योंग जियांग, चुआन-फेंग ली, गुओ-कैन गुओ और अलेक्जेंडर एरेल्ट्सोव द्वारा “ऑपरेशनल रिसोर्स थ्योरी ऑफ़ इमेजिनारिटी” 1 मार्च 2021, शारीरिक समीक्षा पत्र
DOI: 10.1103 / PhysRevLett.126.090401

कंग-दा वू, तुलजा वरुण कोंड्रा, स्वपन राणा, कार्लो मारिया स्कैंडोलो, गुओ-योंग जियांग, चुआन-फेंग ली, गुओ-कैन गुओ और अलेक्जेंडर स्ट्रेल्टोव द्वारा 1 मार्च 2021 को “कल्पनाशीलता का संसाधन सिद्धांत” शारीरिक समीक्षा ए
DOI: 10.1103 / PhysRevA.103.032401

वारसॉ विश्वविद्यालय (यूडब्ल्यू) में सेंटर फॉर क्वांटम ऑप्टिकल टेक्नोलॉजीज इंटेलीजेंस डेवलपमेंट ऑपरेशनल प्रोग्राम के फंड से फाउंडेशन फॉर पोलिश साइंस द्वारा कार्यान्वित इंटरनेशनल रिसर्च एजेंडा कार्यक्रम की एक इकाई है। यूनिट की सीट वारसॉ विश्वविद्यालय में सेंटर ऑफ न्यू टेक्नोलॉजीज है। इकाई क्वांटम घटना या ऑप्टिकल प्रौद्योगिकियों में उलझाव जैसे क्वांटम घटना के उपयोग पर अनुसंधान करती है। इन घटनाओं में संचार में संभावित अनुप्रयोग हैं, जहां वे डेटा ट्रांसमिशन की सुरक्षा सुनिश्चित कर सकते हैं, इमेजिंग में, जहां वे संकल्प को बेहतर बनाने में मदद करते हैं, और मेट्रोलॉजी में वृद्धि करने के लिए शुद्धता माप का। वारसॉ विश्वविद्यालय में क्वांटम ऑप्टिकल टेक्नोलॉजीज सेंटर सक्रिय रूप से अनुसंधान के परिणामों का उपयोग करने के लिए बाहरी संस्थाओं के साथ सहयोग करने के अवसरों की तलाश कर रहा है।

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