प्रकाश सदा से एक 48-आयामी ब्रह्मांड छुपाए हुए था

उलझे हुए प्रकाश की एक साधारण किरण, जो दुनिया भर की प्रयोगशालाओं में उपलब्ध उपकरणों से उत्पन्न होती है, प्रकृति में अब तक पहचानी गई सबसे जटिल संरचनाओं में से एक को छुपाए हुए थी। फोटॉनों के घूर्णन व्यवहार के भीतर 48 आयामों में फैली एक टोपोलॉजिकल संरचना छिपी हुई है। यह खोज केवल भौतिकी के साहित्य में एक नई प्रविष्टि नहीं जोड़ती, बल्कि यह उस मानचित्र को ही नए सिरे से खींचती है जो यह परिभाषित करता है कि सूचना क्या है।

गणितीय अर्थ में टोपोलॉजी उन गुणों का अध्ययन है जो सतत विरूपण के अंतर्गत अपरिवर्तित रहते हैं। खींचना, मोड़ना, ऐंठना, इनमें से कोई भी क्रिया एक टोपोलॉजिकल पहचान को नहीं बदलती। एक गोला और एक घन टोपोलॉजिकल दृष्टि से समतुल्य हैं। एक डोनट और एक कॉफी कप नहीं। क्वांटम प्रणालियों में टोपोलॉजिकल गुण किसी असाधारण व्यावहारिक चीज़ में रूपांतरित होते हैं: स्थिरता। टोपोलॉजिकल चरित्र वाला एक क्वांटम अवस्था व्यवधानों का विरोध करती है। यह शोर के नीचे बस ढह नहीं जाती; इसकी मूल पहचान ज्यामितीय रूप से संरक्षित होती है।

विट्वाटर्सरैंड विश्वविद्यालय और हुझोउ विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने जो उजागर किया वह यह है कि स्वतःस्फूर्त पैरामेट्रिक अधोरूपांतरण द्वारा उत्पादित उलझे हुए फोटॉन, एक सामान्य प्रयोगशाला प्रक्रिया के माध्यम से, इससे कहीं अधिक समृद्ध टोपोलॉजिकल संरचनाएं रखते हैं जितना किसी ने गणना की थी। इसका वाहक कक्षीय कोणीय संवेग है, वह गुण जो यह वर्णन करता है कि प्रकाश फैलते समय किस प्रकार मुड़ता है। जब दो फोटॉन इस घूर्णन उलझाव को साझा करते हैं, तो परिणामी संरचना की एक टोपोलॉजिकल पहचान नहीं होती। इसकी हज़ारों होती हैं।

प्रयोगात्मक परिणाम: 48 आयाम, 17,000 से अधिक विशिष्ट टोपोलॉजिकल हस्ताक्षर। ये सैद्धांतिक प्रक्षेपण नहीं हैं। इन्हें मौजूदा प्रयोगशालाओं में, मानक ऑप्टिकल उपकरणों से मापा गया। एक शोधकर्ता ने जैसा कहा, टोपोलॉजी मुफ्त में मिलती है, यह सीधे प्रकाश में पहले से मौजूद उलझाव से उभरती है।

यह क्यों मायने रखता है, इसे समझने के लिए बस यह विचार करना पर्याप्त है कि वर्तमान क्वांटम कंप्यूटर जानकारी को कैसे एन्कोड करते हैं। एक क्यूबिट दो अवस्थाओं की अध्यारोपण में होता है। क्वांटम स्तर पर इसकी सूचना क्षमता द्विआधारी है। एक क्यूडिट, एक उच्च-आयामी क्वांटम इकाई, एक साथ कई अवस्थाओं पर कब्जा कर सकती है। क्यूबिट को 48-आयामी क्यूडिट से बदलने पर, एकल संगणना तत्व का सूचना घनत्व रैखिक रूप से नहीं बल्कि संयोजनात्मक रूप से बढ़ता है। क्वांटम प्रसंस्करण की संरचना पूरी तरह रूपांतरित हो जाती है।

यहाँ एक गहरा वैचारिक विच्छेद है। प्रचलित धारणा यह थी कि क्वांटम प्रणालियों में उच्च-आयामी टोपोलॉजी के लिए कई युग्मित भौतिक चर की आवश्यकता होती है, पदार्थ के विभिन्न गुणों के बीच जटिल, अभियंत्रित अन्योन्य क्रियाएं। यह खोज जो सिद्ध करती है वह यह है कि एक ही स्वतंत्रता की कोटि, केवल कक्षीय कोणीय संवेग, पहले से अकल्पनीय पैमाने की टोपोलॉजिकल जटिलता उत्पन्न कर सकती है। ज्यामिति निर्मित नहीं की गई थी। यह आंतरिक थी। यह प्रतीक्षा में थी।

इस आंतरिक चरित्र के क्वांटम सूचना सिद्धांत के लिए निहितार्थ हैं जो हार्डवेयर से कहीं आगे जाते हैं। यदि टोपोलॉजिकल संरचना स्वाभाविक रूप से क्वांटम सहसंबंधों से उभरती है, यदि ज्यामिति किसी अर्थ में उलझाव की एक विशेषता है न कि उस पर आरोपित विशेषता, तो सूचना और भौतिक स्थान के बीच संबंध की पुनः जांच आवश्यक है। प्रकाश की 48-आयामी टोपोलॉजी यह सुझाव देती है कि क्वांटम वास्तविकता का ताना-बाना उन संरचनाओं के अनुसार स्वयं को व्यवस्थित करता है जिन्हें हमारा त्रि-आयामी अंतर्ज्ञान व्यवस्थित रूप से समझ पाने में असमर्थ है।

क्वांटम संचार के लिए परिणाम तत्काल हैं। उच्च-आयामी फोटॉन प्रति संचरण अधिक जानकारी ले जा सकते हैं, कई एक साथ चैनलों पर काम कर सकते हैं, और कम-आयामी प्रणालियों की तुलना में अधिक लचीलेपन के साथ जासूसी का प्रतिरोध कर सकते हैं। वर्तमान क्वांटम क्रिप्टोग्राफिक प्रोटोकॉल, जो सैद्धांतिक रूप से पहले से ही अटूट हैं, व्यावहारिक रूप से अधिक मजबूत बन जाते हैं। इन अवस्थाओं की टोपोलॉजिकल सुरक्षा यह सुनिश्चित करती है कि वास्तविक चैनलों में उलझाव के क्षरण के बावजूद, एन्कोड की गई जानकारी ऊर्जावान के बजाय ज्यामितीय स्थिरता के माध्यम से सुसंगतता बनाए रखती है।

क्वांटम कंप्यूटिंग के लिए रूपांतरण संरचनात्मक है। 48-आयामी टोपोलॉजिकल स्थानों में संचालित होने वाले उत्तर-द्विआधारी प्रोसेसर केवल मौजूदा क्वांटम मशीनों के तेज संस्करण नहीं होंगे। वे श्रेणीगत रूप से भिन्न होंगे, ऐसी सूचना संरचनाओं को प्रदर्शित और संचालित करने में सक्षम जिनका कोई शास्त्रीय या निम्न-आयामी क्वांटम समकक्ष नहीं है। आणविक अन्योन्य क्रियाओं का अनुकरण करना, जटिल प्रणालियों का अनुकूलन करना, शास्त्रीय गणित पर निर्मित क्रिप्टोग्राफिक मान्यताओं को तोड़ना, ये कार्य सैद्धांतिक रूप से संभव के क्षेत्र से संगणनात्मक रूप से सुलभ के क्षेत्र में स्थानांतरित हो जाते हैं।

इस खोज का शायद सबसे उल्लेखनीय पहलू इसकी पहुंच है। 48-आयामी क्वांटम टोपोलॉजी का अवलोकन करने के लिए आवश्यक प्रयोगात्मक बुनियादी ढांचा पहले से ही मानक अनुसंधान प्रयोगशालाओं में मौजूद है। कोई नए कण त्वरक नहीं, अत्यधिक तापमान पर संचालित कोई विदेशी सामग्री नहीं, अभी आने वाली कोई इंजीनियरिंग सफलताएं नहीं। उलझे हुए प्रकाश के भीतर छिपा ब्रह्मांड हमेशा वहां था। बाधा वैचारिक थी, तकनीकी नहीं, प्रयोगात्मक क्षमता की विफलता नहीं बल्कि गणितीय कल्पना की विफलता थी।

भौतिकविदों ने प्रकाश के इस घूर्णन मोड़ में जो पाया है, वह केवल एक नई क्वांटम घटना नहीं है। यह इस बात का प्रमाण है कि प्रकृति की सूचना संरचना उन आयामों में संचालित होती है जिन्हें हमारे उपकरणों ने अभी-अभी पढ़ना सीखा है। ब्रह्मांड ने हमेशा उससे अधिक एन्कोड किया है जितना हम समझ सकते थे। 48-आयामी सीमा वह सीमा नहीं है जिसे हमने पार किया है। यह उस बहुत बड़े अंतरिक्ष की पहली दीवार है जिसमें हम अभी-अभी प्रवेश किए हैं।