কোয়ান্টাম চিপে ছয়টি ধ্বনি-মোডের মধ্যে এনট্যাংলমেন্ট সৃষ্টি, রেজোনেটরের মধ্যে স্থানান্তর

দুটি অ্যাকুস্টিক রেজোনেটর ভাগ করে নিল কোয়ান্টাম অগ্রগতি

শেনঝেন ইন্টারন্যাশনাল কোয়ান্টাম অ্যাকাডেমির দিয়ান তানের নেতৃত্বে একটি গবেষক দল ইউনিভার্সিটি অব স্টুটগার্ট ও অন্যান্য প্রতিষ্ঠানের সঙ্গে কাজ করে একটি হাইব্রিড চিপে দুই, চার ও ছয়টি অ্যাকুস্টিক মোডের মধ্যে কোয়ান্টাম এনট্যাংলমেন্ট সৃষ্টি করেছে। দলটি দুটি পৃথক যান্ত্রিক রেজোনেটরের মধ্যে দুই ও চারটি মোড-সম্পৃক্ত এনট্যাঙ্গলড অবস্থা স্থানান্তরও করেছে। এতে কম্পনের মাধ্যমে বহন করা কোয়ান্টাম তথ্য তৈরি ও স্থানান্তর, দুটিই প্রদর্শিত হয়েছে।

এনট্যাঙ্গলড অবস্থা তৈরির ক্ষেত্রে সবচেয়ে ভালো ফল ছিল দুই মোডের জন্য 0.912 ± 0.003 ফিডেলিটি। ফিডেলিটি দিয়ে বোঝা যায়, পরীক্ষায় তৈরি কোয়ান্টাম অবস্থা কাঙ্ক্ষিত অবস্থার সঙ্গে কতটা মেলে; 1 মানে নিখুঁত মিল। চার মোডের ক্ষেত্রে সংশ্লিষ্ট মান ছিল 0.790 ± 0.003 এবং ছয় মোডের ক্ষেত্রে 0.570 ± 0.001।

সায়েন্সে প্রকাশিত গবেষণাটির শিরোনাম Deterministic generation and distribution of genuine multipartite entanglement in macroscopic acoustic resonators। প্রকাশনার তারিখ ১৫ অক্টোবর ২০২৬। শেনঝেনের প্রতিষ্ঠানটি ১৬ অক্টোবর গবেষণার ফল ঘোষণা করে।

বৃহত্তর অ্যাকুস্টিক কোয়ান্টাম ব্যবস্থার জন্য প্রয়োজনীয় তিনটি কাজকে এই পরীক্ষা একত্র করেছে: যৌথ কোয়ান্টাম অবস্থা তৈরি, হার্ডওয়্যার ইউনিটের মধ্যে তা স্থানান্তর এবং পরিমাপ। সবচেয়ে জটিল অবস্থাটিতে ছয়টি অ্যাকুস্টিক মোড ছিল, আর স্থানান্তর পরীক্ষায় ছিল দুই ও চারটি মোড।

কম্পন কীভাবে কোয়ান্টাম তথ্য বহন করে

চিপটিতে ব্যবহৃত হয় ফোনন, যা যান্ত্রিক কম্পনের কোয়ান্টাম একক। কম্পনের ক্ষেত্রে ফোননের ভূমিকা আলোর ক্ষেত্রে ফোটনের মতো: এটি কোয়ান্টাম ব্যবস্থায় শক্তির একটি বিচ্ছিন্ন পরিমাণকে নির্দেশ করে।

যান্ত্রিক যন্ত্রগুলো হলো হাই ওভারটোন বাল্ক অ্যাকুস্টিক রেজোনেটর, সংক্ষেপে HBAR। প্রতিটি রেজোনেটরে অনেক অ্যাকুস্টিক মোড থাকে, অর্থাৎ বিভিন্ন কম্পাঙ্কে কম্পনের স্বতন্ত্র ধরন। একটি বাদ্যযন্ত্রে যেমন একাধিক সুর বাজানো যায়, তেমনি একটি রেজোনেটরেও বিভিন্ন কম্পন-প্যাটার্ন থাকে। তবে সেগুলোর কোয়ান্টাম অবস্থা নিয়ন্ত্রণ করতে অনেক বেশি নিখুঁত সরঞ্জাম লাগে।

HBAR গবেষকদের কাছে আকর্ষণীয়, কারণ এতে একাধিক মোড, তুলনামূলক দীর্ঘস্থায়ী সংরক্ষণক্ষমতা এবং চিপে সংযুক্তির উপযোগিতা একসঙ্গে রয়েছে। একটি যন্ত্রের ভেতরের একাধিক মোড কোয়ান্টাম তথ্য ধারণের জন্য একাধিক স্থান দিতে পারে, ফলে প্রতিটি মোডের জন্য আলাদা যান্ত্রিক উপাদান লাগার প্রয়োজন কমে।

এনট্যাংলমেন্টকে প্রকৃত বলা হয় কেন?

তান ও তাঁর সহকর্মীরা প্রকৃত বহুপাক্ষিক এনট্যাংলমেন্ট তৈরি করেছেন। সহজভাবে বললে, কোয়ান্টাম সংযোগগুলো অংশগ্রহণকারী সব মোডকে ঘিরে থাকে। পুরো এনট্যাংলমেন্ট অক্ষুণ্ণ রেখে অবস্থাটিকে স্বাধীন ছোট ছোট দলে ভাগ করা যায় না।

উদাহরণ হিসেবে, ছয়টি মোডকে তিনটি স্বাধীন এনট্যাঙ্গলড জোড়ায় সাজালে তার গঠন ছয়টি মোডজুড়ে ভাগ করা প্রকৃত এনট্যাংলমেন্টের চেয়ে আলাদা হবে। দ্বিতীয় অবস্থাটি গবেষকদের এমন একটি সম্মিলিত কোয়ান্টাম সম্পদ দেয়, যা প্রসেসর বা নেটওয়ার্কের একাধিক অংশজুড়ে কাজ করতে সহায়তা করতে পারে।

তান এই যৌথ সংযোগকে একাধিক নোডসহ কোয়ান্টাম নেটওয়ার্ক এবং বিতরণকৃত কোয়ান্টাম তথ্য প্রক্রিয়াকরণের সম্পদ হিসেবে বর্ণনা করেছেন। নোড হলো এমন স্বতন্ত্র ইউনিট, যা কোয়ান্টাম তথ্য ধারণ বা প্রক্রিয়াকরণ করতে পারে। বিতরণকৃত প্রক্রিয়াকরণে সংযুক্ত ইউনিটগুলোর মধ্যে একটি কাজ ভাগ করে দেওয়া হয়।

প্রবন্ধের লেখকেরা সারসংক্ষেপে তাঁদের পরীক্ষামূলক অর্জনের বর্ণনা দিয়েছেন:

আমরা দুটি মাল্টিমোড অ্যাকুস্টিক রেজোনেটরের মধ্যে প্রকৃত মাল্টিমোড এনট্যাংলমেন্ট সৃষ্টি ও স্থানান্তরের কথা জানাচ্ছি।

অতএব, এই হার্ডওয়্যারে একটি সম্মিলিত অবস্থা তৈরি করা এবং সেই অবস্থাকে পৃথক যান্ত্রিক যন্ত্রের মধ্যে স্থানান্তর করা, দুটোই সম্ভব হয়েছে। অ্যাকুস্টিক কোয়ান্টাম উপাদানগুলোকে বৃহত্তর ব্যবস্থায় যুক্ত করার জন্য এ দুটি আলাদা প্রয়োজন।

সুপারকন্ডাক্টিং কিউবিট একাধিক মোড নিয়ন্ত্রণ করে

গবেষকেরা অ্যাকুস্টিক রেজোনেটরগুলোকে টিউনযোগ্য সুপারকন্ডাক্টিং কিউবিটের সঙ্গে যুক্ত করেছেন। কিউবিট হলো নিয়ন্ত্রণযোগ্য কোয়ান্টাম তথ্য-একক। এই পরীক্ষায় কিউবিটের মাধ্যমে যান্ত্রিক কোয়ান্টাম অবস্থা তৈরি, নিয়ন্ত্রণ ও পরিমাপ করা হয়েছে।

দলটি অ্যাকুস্টিক মোডগুলোর কম্পাঙ্কের বিন্যাস এবং কিউবিট ও ফোননের মধ্যকার মিথস্ক্রিয়া সতর্কভাবে নকশা করেছে। এতে একটি সুপারকন্ডাক্টিং কিউবিট একাধিক যান্ত্রিক মোডের সঙ্গে জোরালোভাবে মিথস্ক্রিয়া করতে পেরেছে, ফলে একটি যৌথ নিয়ন্ত্রণ উপাদানের মাধ্যমে গবেষকেরা একাধিক কম্পন-প্যাটার্নে প্রবেশাধিকার পেয়েছেন।

জোরালো সংযোগ বলতে বোঝায়, ক্ষয় ও অনাকাঙ্ক্ষিত ব্যাঘাত প্রক্রিয়াটিকে ছাপিয়ে যাওয়ার আগেই নিয়ন্ত্রিতভাবে কোয়ান্টাম তথ্য আদান-প্রদানের জন্য মিথস্ক্রিয়া যথেষ্ট শক্তিশালী। একাধিক মোড বেছে নিয়ে নিয়ন্ত্রণ করা রেজোনেটরের বহু কম্পন-প্যাটার্নকে কার্যকর কোয়ান্টাম সম্পদে রূপ দেওয়ার কেন্দ্রীয় শর্ত।

এই স্থাপত্যে বিভিন্ন ধরনের কোয়ান্টাম হার্ডওয়্যার একত্র হয়েছে: যান্ত্রিক রেজোনেটর অ্যাকুস্টিক অবস্থা ধারণ করে, সুপারকন্ডাক্টিং কিউবিট সেগুলো নিয়ন্ত্রণ করে, আর টিউনযোগ্য কোয়ান্টাম কাপলার সার্কিটের বিভিন্ন অংশকে যুক্ত করে। এসব উপাদানকে একটি চিপে সংযুক্ত করাই দলের প্রস্তাবিত মডিউলার নকশার ভিত্তি।

অবস্থা তৈরির পরিসংখ্যান কী দেখায়

সায়েন্সের প্রবন্ধে কাঙ্ক্ষিত এনট্যাঙ্গলড অবস্থা তৈরির জন্য নিচের ফিডেলিটিগুলো জানানো হয়েছে:

• দুই মোড: 0.912 ± 0.003, অর্থাৎ 91.2% ফিডেলিটি।
• চার মোড: 0.790 ± 0.003, অর্থাৎ 79.0% ফিডেলিটি।
• ছয় মোড: 0.570 ± 0.001, অর্থাৎ 57.0% ফিডেলিটি।

এই হ্রাসে জটিলতা বাড়ানোর মূল্য স্পষ্ট হয়। অংশগ্রহণকারী মোডের সংখ্যা দুই থেকে ছয়ে বাড়লে পরিমাপকৃত ফিডেলিটি 34.2 শতাংশ পয়েন্ট কমেছে। মোডের সংখ্যা বাড়লে যৌথ কোয়ান্টাম অবস্থার পরিসর বাড়ে, তবে একই সঙ্গে অবস্থা তৈরি ও নিয়ন্ত্রণের চাহিদাও বাড়ে।

ফিডেলিটি পরিমাপ করা অবস্থা ও কাঙ্ক্ষিত অবস্থার সাদৃশ্য নির্দেশ করে। প্রতিটি মানের পর দেওয়া অনিশ্চয়তা হলো ওই পরিমাপে জানানো অনিশ্চয়তা। গবেষকেরা তৈরি করা তিনটি অবস্থাকেই প্রকৃত এনট্যাঙ্গলড অবস্থা হিসেবে চিহ্নিত করেছেন।

লেখকেরা তাঁদের পদ্ধতিকে ডিটারমিনিস্টিক বা নির্ধারিত ফলনির্ভর বলেও বর্ণনা করেছেন। এর অর্থ, মাঝে মধ্যে দৈবক্রমে সফল হওয়া ঘটনাগুলো বেছে নেওয়ার বদলে নিয়ন্ত্রিত ধাপের মাধ্যমে অবস্থা তৈরির নকশা করা হয়েছে। ডিটারমিনিস্টিক কার্যক্রম ও ফিডেলিটি কর্মদক্ষতার ভিন্ন দিক বোঝায়: নিয়ন্ত্রিত প্রস্তুতি-ধাপেও অপূর্ণ অবস্থা তৈরি হতে পারে।

যান্ত্রিক নোডের মধ্যে এনট্যাংলমেন্ট স্থানান্তর

স্থানান্তর পরীক্ষায় একই হাইব্রিড চিপ স্থাপত্যে সুপারকন্ডাক্টিং কিউবিট ও টিউনযোগ্য কাপলারের সঙ্গে যুক্ত দুটি পৃথক HBAR রেজোনেটর ব্যবহার করা হয়েছে। দলটি রেজোনেটর দুটির মধ্যে কোয়ান্টাম তথ্য আদান-প্রদান করেছে এবং একটি যান্ত্রিক নোড থেকে অন্যটিতে এনট্যাঙ্গলড অবস্থা স্থানান্তর করেছে।

দুই মোড-সম্পৃক্ত অবস্থার ক্ষেত্রে স্থানান্তর ফিডেলিটি ছিল 0.785 ± 0.006। চার মোড-সম্পৃক্ত অবস্থার ক্ষেত্রে তা ছিল 0.601 ± 0.006। শতাংশে এই মান দুটি যথাক্রমে 78.5% ও 60.1%।

স্থানান্তরের ফল অ্যাকুস্টিক হার্ডওয়্যারের ভেতরে এনট্যাংলমেন্ট তৈরির বাইরে পরীক্ষাটিকে এগিয়ে নিয়েছে। এগুলো একটি যৌথ কোয়ান্টাম অবস্থাকে অন্য রেজোনেটরে সরিয়ে নেওয়ার পথ দেখায়। গণনার বিভিন্ন অংশ আলাদা নোডে সংরক্ষণ বা প্রক্রিয়াকরণের জন্য এটি প্রয়োজনীয় কাজ।

প্রতিবেদনে দুই ও চার মোডের স্থানান্তর প্রদর্শিত হয়েছে; ছয় মোডে স্থানান্তর করা পরবর্তী কাজ। প্রদর্শিত সংযোগটি একই চিপের রেজোনেটরগুলোর মধ্যে, আর আরও সংযুক্ত হার্ডওয়্যার ইউনিট যোগ করে বৃহত্তর নেটওয়ার্ক তৈরির প্রস্তাব করা হয়েছে।

দুটি কিউবিটে বৃহত্তর অ্যাকুস্টিক অবস্থা পরিমাপ

গবেষকেরা কোয়ান্টাম স্টেট টোমোগ্রাফির একটি পদ্ধতিও তৈরি করেছেন, যাতে একাধিক অ্যাকুস্টিক মোডের জন্য সুপারকন্ডাক্টিং কিউবিট পুনর্ব্যবহার করা যায়। পরীক্ষাটি বারবার প্রস্তুত করে নেওয়া বহু পরিমাপ থেকে কোয়ান্টাম অবস্থা পুনর্গঠন করাই টোমোগ্রাফি।

এই ধাপটি গুরুত্বপূর্ণ, কারণ নিয়ন্ত্রণের ধাপ তৈরি করা পরীক্ষার কেবল একটি অংশ। গবেষকদের এমন পরিমাপ দরকার, যা বাস্তবে তৈরি করা অবস্থাটি প্রকাশ করবে, এর বিভিন্ন মোডের মধ্যে সম্পর্কও দেখাবে।

মাল্টিমোড এনট্যাঙ্গলড ফোনন অবস্থার টোমোগ্রাফি করতে দলটি মাত্র দুটি সুপারকন্ডাক্টিং কিউবিট ব্যবহার করেছে। বিভিন্ন মোডে একই পরিমাপের উপকরণ পুনর্ব্যবহার করে তারা প্রতিটি অ্যাকুস্টিক মোডের জন্য আলাদা পরিমাপক কিউবিট বরাদ্দ করা এড়িয়েছে।

তানের বর্ণনা অনুযায়ী, সেই সময় পর্যন্ত কোয়ান্টাম অ্যাকুস্টিকস প্ল্যাটফর্মে প্রতিবেদন করা মাল্টিমোড ফোনন অবস্থার মধ্যে এটিই ছিল সবচেয়ে বিস্তৃত পরীক্ষামূলক বৈশিষ্ট্যায়ন। এই দাবি অবস্থার পুনর্গঠনের পরিসর নিয়ে। এর ব্যবহারিক অবদান হলো, অ্যাকুস্টিক ব্যবস্থা বড় হওয়ার সঙ্গে সীমিতসংখ্যক কিউবিটকে আরও কার্যকরভাবে কাজে লাগানোর একটি পরিমাপ-পদ্ধতি।

চিপের বিন্যাস কেন গুরুত্বপূর্ণ

দলের দ্বিমাত্রিক চিপ স্থাপত্য এই পরীক্ষাগুলো বড় করার ক্ষেত্রে একটি ভৌত সীমাবদ্ধতার সমাধান দেয়। ত্রিমাত্রিক মাইক্রোওয়েভ ক্যাভিটির ওপর নির্ভরশীল প্রচলিত নকশায় আরও উপাদান যুক্ত করতে গেলে স্থান ও প্রকৌশলগত চাহিদা বেড়ে যায়।

তান বলেন, চিপভিত্তিক পদ্ধতিতে মডিউলার বিন্যাস, সংযুক্তি এবং সম্প্রসারণের সুযোগ রয়েছে। প্রস্তাবিত বিন্যাসে পৃথক সুপারকন্ডাক্টিং কিউবিটকে আলাদা যান্ত্রিক রেজোনেটরের সঙ্গে যুক্ত করা হবে, এরপর নিয়ন্ত্রণযোগ্য কাপলারের মাধ্যমে কিউবিটগুলোকে সংযুক্ত করা হবে।

যোগ করা প্রতিটি রেজোনেটর একাধিক অ্যাকুস্টিক মোড দিতে পারে। ফলে নকশাটির সম্প্রসারণের দুটি পথ রয়েছে: আরও রেজোনেটর নোড সংযুক্ত করা এবং প্রতিটি রেজোনেটরের সমর্থিত আরও বেশি মোড ব্যবহার করা।

অবস্থা তৈরি ও স্থানান্তরের পরিসংখ্যানও দেখায়, আরও কাজ বাকি। অংশগ্রহণকারী মোডের সংখ্যা বাড়ার সঙ্গে ফিডেলিটি কমেছে, আর প্রদর্শিত স্থানান্তর ফিডেলিটি সংশ্লিষ্ট অবস্থা-তৈরির ফিডেলিটির চেয়ে কম ছিল। বৃহত্তর প্রসেসরে মোড ও সংযোগের সংখ্যা বাড়ানোর পাশাপাশি কার্যকর কোয়ান্টাম অবস্থা ধরে রাখতে হবে।

এই পরীক্ষা থেকে বৃহত্তর নেটওয়ার্কের পথে

তাৎক্ষণিক অর্জন হলো এমন একটি পরীক্ষাগারভিত্তিক প্ল্যাটফর্ম, যেখানে মাল্টিমোড এনট্যাংলমেন্ট, যান্ত্রিক নোডের মধ্যে স্থানান্তর এবং কোয়ান্টাম অবস্থা পুনর্গঠন একত্র হয়েছে। প্রদর্শিত ও প্রস্তাবিত ধাপগুলো হলো:

• ১৫ অক্টোবর ২০২৬: সায়েন্সের প্রকাশনায় দুই, চার ও ছয় মোড-সম্পৃক্ত প্রকৃত এনট্যাঙ্গলড অবস্থা তৈরি এবং দুই ও চার মোড-সম্পৃক্ত অবস্থা স্থানান্তরের কথা জানানো হয়।
• ১৬ অক্টোবর ২০২৬: শেনঝেনের প্রতিষ্ঠানটি সহযোগিতার ফল ঘোষণা করে এবং নিয়ন্ত্রণ ও পরিমাপের পদ্ধতি বর্ণনা করে।
• প্রস্তাবিত পরবর্তী ধাপ: আরও HBAR রেজোনেটর ও সুপারকন্ডাক্টিং কিউবিট যোগ করে নিয়ন্ত্রণযোগ্য কাপলারের মাধ্যমে সংযুক্ত করা, যাতে উপলব্ধ এনট্যাংলমেন্ট সম্পদ বাড়ানো যায়।

বৃহত্তর নেটওয়ার্ক তৈরির কোনো তারিখ দলটি জানায়নি। তাদের প্রস্তাবটি সরাসরি প্রদর্শিত হার্ডওয়্যারের ওপর ভিত্তি করে: রেজোনেটরকে মডিউল, অ্যাকুস্টিক মোডকে কোয়ান্টাম সম্পদ এবং সুপারকন্ডাক্টিং সার্কিটকে নিয়ন্ত্রণ ও সংযোগের মাধ্যম হিসেবে ব্যবহার করা।

কোয়ান্টাম কম্পিউটিং গবেষণায় এই অবদান সুনির্দিষ্ট। পরীক্ষায় দেখানো হয়েছে, একাধিক কম্পন-মোড কীভাবে একটি প্রকৃত কোয়ান্টাম অবস্থা ভাগ করে নিতে পারে, কীভাবে একটি এনট্যাঙ্গলড অবস্থা রেজোনেটরের মধ্যে স্থানান্তর করা যায় এবং কীভাবে দুটি কিউবিট দিয়ে বৃহত্তর অ্যাকুস্টিক অবস্থা পুনর্গঠন করা যায়। এই পদ্ধতি আরও এগিয়ে নিতে ফিডেলিটি বাড়ানো এবং আরও নোড সংযুক্ত করা পরবর্তী প্রয়োজন।

মূল দিকগুলো

• দিয়ান তানের দল ও আন্তর্জাতিক সহযোগীরা দুই, চার ও ছয়টি অ্যাকুস্টিক মোডের মধ্যে প্রকৃত এনট্যাংলমেন্ট তৈরি করেছেন।
• অবস্থা তৈরির ফিডেলিটি ছিল যথাক্রমে 91.2%, 79.0% ও 57.0%।
• দুই ও চার মোড-সম্পৃক্ত এনট্যাঙ্গলড অবস্থা পৃথক রেজোনেটরের মধ্যে স্থানান্তর করা হয়েছে; ফিডেলিটি ছিল 78.5% ও 60.1%।
• টোমোগ্রাফির মাধ্যমে মাল্টিমোড ফোনন অবস্থা পুনর্গঠনে দুটি সুপারকন্ডাক্টিং কিউবিট পুনর্ব্যবহার করা হয়েছে।
• আরও রেজোনেটর, কিউবিট ও নিয়ন্ত্রণযোগ্য সংযোগ দিয়ে চিপ স্থাপত্য সম্প্রসারণের প্রস্তাব করেছে দলটি।