क्वांटम प्रकाश और सापेक्षता से उपकरण की स्थिति का सत्यापन

लगभग 2 किलोमीटर की दूरी पर स्थित दो सत्यापन केंद्र अपने बीच रखे एक उपकरण को संकेत भेजते हैं। उपकरण को आने वाले प्रकाश का मापन करके तुरंत जवाब देना होता है। चीन में शोधकर्ताओं ने इस व्यवस्था से उपकरण की स्थिति को 74.3 मीटर के क्षेत्र के भीतर सत्यापित किया। परीक्षण में क्वांटम भौतिकी, जो सूचना की प्रतिलिपि बनाने पर सीमाएँ लगाती है, और सापेक्षता का उपयोग किया गया है। सापेक्षता के अनुसार कोई संकेत निर्वात में प्रकाश की गति से तेज नहीं चल सकता।

Guan-Jie Fan-Yuan, Yang-Guang Shan, Cong Zhang और उनके सहयोगियों का अध्ययन 3 सितंबर 2026 को वैज्ञानिक पत्रिका Nature Physics में प्रकाशित हुआ। दल में चीन के विज्ञान और प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय तथा ग्वांगडोंग प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय के शोधकर्ता शामिल हैं। उनका सवाल स्पष्ट है: यह कैसे सुनिश्चित किया जाए कि कोई उपकरण वास्तव में उसी जगह है जहाँ होने का वह दावा करता है, भले ही कोई दूसरी जगह से उसकी ओर से जवाब देने की कोशिश करे?

प्रयोग में उपकरण प्रत्येक केंद्र से लगभग 980 मीटर दूर है। हर दौर में प्रत्येक केंद्र 20 बिट भेजता है। बिट सूचना की वह इकाई है जिसका मान शून्य या एक हो सकता है। एक केंद्र बहुत कमजोर लेज़र स्पंद भी भेजता है, जिसके ध्रुवण—अर्थात प्रकाश के दोलन की दिशा—में क्वांटम सूचना होती है।

उपकरण दोनों सामान्य संदेशों को जोड़कर 40 बिट का इनपुट बनाता है। पहले से तय नियम इस इनपुट के आधार पर निर्धारित करता है कि ध्रुवण का मापन कैसे करना है। इसी चुनाव को मापन आधार कहते हैं: विश्लेषक की वह व्यवस्था जिससे प्रकाश संकेत को सही ढंग से समझा जा सके। मापन के तुरंत बाद परिणाम दोनों केंद्रों को लौटा दिया जाता है।

केंद्र जवाब और उसके पहुँचने का समय, दोनों जाँचते हैं। जवाब बताता है कि प्रकाश का मापन अपेक्षित ढंग से हुआ या नहीं; समय उन जगहों को सीमित करता है जहाँ से जवाब आ सकता था। अधिक देरी का अर्थ है संभावित स्थितियों का बड़ा क्षेत्र, क्योंकि संकेतों को यात्रा करने के लिए अधिक समय मिल जाता है।

सामान्य संदेशों की प्रतिलिपि बनाकर सहयोगी हमलावर उन्हें आगे भेज सकते हैं। अतिरिक्त सुरक्षा उपाय न हों तो केवल इस तरह की सूचना पर आधारित सत्यापन को धोखा दिया जा सकता है। क्वांटम सूचना समस्या को बदलती है: ऐसी कोई प्रक्रिया नहीं है जो किसी भी अज्ञात क्वांटम अवस्था की हमेशा पूरी तरह सही प्रतिलिपि बना सके। सही मापन आधार की जानकारी के बिना प्रकाश को मापने पर जवाब भी गलत हो सकता है। धोखा देने वाले की चुनौती समय सीमा पार किए बिना स्वीकार्य जवाब देना है।

एक व्यावहारिक प्रगति यह थी कि दल ने क्षीण लेज़र प्रकाश, यानी बहुत कम तीव्रता वाले प्रकाश, का इस्तेमाल किया। इससे ऐसे आदर्श स्रोत की जरूरत नहीं रही जो हर बार केवल एक फोटॉन छोड़े। फोटॉन प्रकाश की ऊर्जा की इकाई है। इन स्पंदों में कभी कोई फोटॉन नहीं होता, कभी एक और कभी कई होते हैं। शोधकर्ताओं ने इस वितरण को सुरक्षा विश्लेषण में शामिल किया और कई फोटॉन वाले स्पंदों के लिए सबसे प्रतिकूल स्थिति मानी, क्योंकि वे संकेत को बीच में पकड़ने वाले की मदद कर सकते हैं।

सत्यापन में गलत जवाब और बिना जवाब वाले दौर भी गिने जाते हैं। प्रकाश का कुछ हिस्सा खो जाने पर, उदाहरण के लिए, जवाब नहीं मिल सकता। प्रत्येक प्रकार की घटना को एक निर्धारित भार देकर कुल अंक निकाले जाते हैं। उपकरण तभी स्वीकार होता है जब उसके अंक मॉडल की परिस्थितियों में हमलावर के लिए गणना की गई ऊपरी सीमा से अधिक हों। इसलिए एक सही जवाब पर्याप्त नहीं है; परिणामों के पूरे समूह को अपेक्षित कामकाज से मेल खाना चाहिए।

देरी घटाने के लिए दल ने अलग-अलग तरंगदैर्घ्यों को अलग संचार चैनलों की तरह इस्तेमाल करके बिट एक साथ भेजे। तरंगदैर्घ्य प्रकाश तरंग के दोलन के एक बार दोहराने की स्थानिक दूरी है। उन्होंने खोखले केंद्र वाले प्रकाशीय तंतु भी इस्तेमाल किए: ऐसी संरचनाएँ जो प्रकाश को मुख्यतः हवा से होकर ले जाती हैं, जिससे उसकी गति निर्वात में प्रकाश की गति के करीब रहती है। बीच के उपकरण में एक परिपथ, मापन चुनने के लिए, पहले से स्मृति में रखी तालिका देखता है। इससे जवाब देते समय पूरे नियम की गणना करने की जरूरत बचती है।

पाँच परीक्षण किए गए और प्रत्येक में एक करोड़ दौर थे। उपकरण ने तय प्रक्रिया का पालन किया और पाँचों परीक्षण आवश्यक अंक सीमा से ऊपर रहे। प्रणाली प्रति सेकंड 20 लाख दौर पर चली, इसलिए हर परीक्षण के आँकड़े कुछ सेकंड में जुट गए। यह दोहराव उपकरण के कामकाज का सांख्यिकीय साक्ष्य देता है; इसका अर्थ पाँच स्वतंत्र दलों द्वारा परिणाम को दोहराना नहीं है।

अधिकतम अतिरिक्त देरी 247.8 नैनोसेकंड थी। एक नैनोसेकंड, एक सेकंड का एक अरबवाँ हिस्सा है। यह संकेतों के प्रकाश की गति से आदर्श यात्रा करने में लगने वाले समय के ऊपर की देरी है, आने-जाने का कुल समय नहीं। यही अतिरिक्त समय 74.3 मीटर के सत्यापन क्षेत्र के अनुरूप है: उन संभावित स्थितियों का विस्तार जो मापे गए समय से अब भी मेल खाती हैं, न कि उस क्षेत्र के भीतर कोई सटीक स्थान।

परिणाम दर्शाता है कि क्वांटम मापन और संकेतों के यात्रा समय को जोड़कर किसी उपकरण की मौजूदगी की भौतिक जाँच की जा सकती है। इससे ऐसी प्रणालियों की संभावना खुलती है जो किसी कार्य की अनुमति तभी दें जब उपकरण अनुमत क्षेत्र में हो। प्रयोग ने अध्ययन की गई परिस्थितियों में इस सत्यापन की व्यवहार्यता दिखाई है; इस व्यवस्था से बाहर इसके प्रदर्शन और सुरक्षा को अभी प्रमाणित करना होगा।