भारतीय उपमहाद्वीप को लेकर किए गए एक अहम अध्ययन में, वैज्ञानिकों ने अंतरिक्ष में क्वांटम संकेतों को भेजने के लिए सबसे अच्छी जगहों का पता लगाया है।
क्वांटम कुंजी वितरण (क्यूकेडी) सहित उपग्रह-आधारित क्वांटम संचार दुनिया भर के क्वांटम संचार की दिशा में सबसे आशाजनक नजरियों में से एक है। वायुमंडल के द्वारा क्वांटम संकेतों को प्रसारित करने के लिए, अपलिंक और डाउनलिंक क्वांटम संचार दोनों के लिए वायुमंडलीय सिमुलेशन आयोजित करना जरूरी होता है और इसके लिए उचित जगहें तय करना भी बहुत आवश्यक है।
रमन अनुसंधान संस्थान (आरआरआई) के वैज्ञानिकों ने एक नए शोध में भारत के तीन सबसे उन्नत वेधशाला की जगहों पर उपलब्ध मौजूदा आंकड़ों का विश्लेषण किया और पाया कि लद्दाख की प्राचीन ऊंचाइयों पर स्थित हान्ले स्थित भारतीय खगोलीय वेधशाला (आईएओ) इस क्रांतिकारी तकनीक के लिए सबसे अच्छा है।
जबकि कनाडा, यूरोप और चीन जैसे इलाकों में इसी तरह के अध्ययन किए गए हैं, भारत की अहम भौगोलिक विविधता, हिमालय से तटीय मैदानों तक, रेगिस्तान से उष्णकटिबंधीय क्षेत्रों तक इस विश्लेषण को विशेष रूप से महत्वपूर्ण बना सकती है।
विश्लेषण उपग्रह-आधारित क्वांटम संचार के आंतरिक विषय प्रकृति को ध्यान में रखता है, जहां सफलता दूरबीन संचालन से लेकर जटिल वायुमंडलीय विक्षोभ पैटर्न तक सब कुछ समझने पर निर्भर करती है जो क्वांटम संकेतों का रुप बिगाड़ सकती है।
अध्ययन के मुताबिक, हान्ले स्थित यह स्थान शुष्क और ठंडा रेगिस्तान है, जहां सर्दियों में पारा शून्य से 25 से 30 डिग्री सेल्सियस नीचे तक गिर जाता है, वायुमंडल में जलवाष्प का स्तर और ऑक्सीजन की मात्रा कम हो जाती है।
भारत सरकार के विज्ञान और प्रौद्योगिकी विभाग की स्वायत्त संस्थान आरआरआई में क्वांटम सूचना और कंप्यूटिंग (क्यूआईसी) लैब के प्रमुख प्रोफेसर उर्वशी सिन्हा ने कहा, हानले में ग्राउंड-स्टेशन स्थापित करने और लंबी दूरी पर क्वांटम संचार करने के लिए सभी आवश्यक प्राकृतिक परिस्थिति उपलब्ध हैं।
सिग्नल की क्वांटम प्रकृति के अलावा क्वांटम संचार को सही से स्थापित उपग्रह-आधारित संचार से अलग करने वाली बात सिग्नल बैंड है, जिसका उपयोग वे दोनों करते हैं। जबकि उपग्रह-संचार मेगा हर्ट्ज या गीगा हर्ट्ज की आवृत्तियों में काम करता है, क्वांटम संचार टेरा हर्ट्ज में संचालित होता है, जिसमें 100 टेरा हर्ट्ज सबसे आम तौर पर तरंगदैर्ध्य में दर्शाया जाता है, जिसे अक्सर नैनोमीटर में दर्शाया जाता है।
ईपीजे क्वांटम टेक्नोलॉजी, स्प्रिंगर नेचर में प्रकाशित शोध में शोधकर्ताओं ने 370 टीएचजेड (810 एनएम ) के सिग्नल बैंड में काम करने के बारे में बताया है। क्यूआईसी लैब की उर्वशी सिन्हा और सत्य रंजन बेहरा ने तीन जगहों - राजस्थान में माउंट आबू, आईएओ हानले और उत्तराखंड के नैनीताल में आर्यभट्ट प्रेक्षण विज्ञान संस्थान (एआरआईईएस) से तापमान, आर्द्रता, वायुमंडलीय दबाव और अन्य महत्वपूर्ण मौसम संबंधी मापदंडों पर मौजूदा आंकड़ों का उपयोग किया है।
शोध के हवाले से सिन्हा ने कहा कि भारत में भौगोलिक क्षेत्र बहुत विशाल और विविधतापूर्ण है, यह एक आदर्श के रूप में काम कर सकता है जिसे भारत या दुनिया भर में कहीं भी लागू किया जा सकता है। यह भविष्य में दुनिया भर में क्वांटम उपग्रह परियोजनाओं के शोध के लिए महत्वपूर्ण हो सकती हैं।
इस कार्य में उन्नत पृथ्वी क्लास (एलियो) में स्थापित करने वाले सुरक्षित सैटेलाइट-आधारित क्वांटम संचार के लिए प्रस्तावित उपग्रहों पर विचार किया गया है, जो पृथ्वी से अधिकतम 500 किमी है। क्वांटम सैमसंग स्थापित करने के लिए, किसी भी विशेष स्थान के ग्राउंड स्टेशन से हर बार एक बीकन सिग्नल का कनेक्शन शुरू किया जाता है, जब भी सैटेलाइट को उस स्थान के करीब देखा जाता है।
एक बार जब सैटेलाइट द्वारा बीकन सिग्नल का पता लगाया जाता है, तो सैटेलाइट को ग्राउंड स्टेशन पर लॉक करने के लिए एक और बीकन सिग्नल भेजा जाता है। इसके बाद यह क्वांटम सिग्नल के लिए तैयार हो जाता है।
शोध में मुख्य शोधकर्ता सत्य रंजन बेहरा ने कहा, बीकन सिग्नल का उपयोग चलते हुए उपग्रह का पता लगाने और उसे संबंधित टेलीस्कोप की ओर इशारा करने के लिए किया जाता है। यह सिग्नल 810 एनएम पर होगा जबकि अपलिंक के लिए 532 एनएम और डाउनलिंक1550 एनएम के तरंगदैर्ध्य का उपयोग होगा।
उन्होंने कहा मुख्य चुनौती एक ऐसे स्थान की पहचान करना है जो उन्हें बहुस्तरीय और जटिल पृथ्वी के वायुमंडल से होकर क्वांटम सिग्नल भेजने में मदद कर सके और साथ ही रिसीवर उपग्रह तक यात्रा जारी रख सके।
शोधकर्ता ने शोध के हवाले से बताया, 500 किलोमीटर की दूरी तक किरण को संचारित करने के लिए, किरण की चौड़ाई को बढ़ाना पड़ता है और इसका विचलन कम से कम होना चाहिए। इसलिए इस उद्देश्य के लिए एक दूरबीन का उपयोग किया जाता है और आदर्श रूप से, छोटी दूरबीनें सबसे उपयुक्त होती हैं। उसी तरह, दूरबीन के रिसीवर के उपयोग पता लगाने के उद्देश्यों के लिए किरण को इकट्ठा करने और कम करने के लिए किया जाता है।
अपने विश्लेषण के आधार पर, आरआरआई के शोधकर्ताओं ने निष्कर्ष निकाला कि संभावित ग्राउंड स्टेशन की स्थापना के लिए इस अध्ययन में भारत में जिन स्थानों पर विचार किया गया उनमें आईएओ हानले (सिग्नल लॉस - 44 डीबी) सबसे अच्छा था।
उन्होंने कहा कि दो अगले सर्वश्रेष्ठ स्थान माउंट आबू (सिग्नल लॉस - 47 डीबी) और नैनीताल (सिग्नल लॉस - 48 डीबी) थे, जहां कुछ जरूरी सिग्नलों के नुकसान के आसार थे। यह अध्ययन क्वांटम संचार उद्देश्यों के लिए भारतीय ग्राउंड-स्टेशनों को अंतिम रूप देने से पहले लिंक-बजट का अनुमान लगाने का आधार बन सकता है।
शोध के मुताबिक, 500 किमी की दूरी तक किरण को संचारित करने के लिए, किरण की चौड़ाई को बढ़ाना पड़ता है और इसका विचलन न्यूनतम होना चाहिए। इसलिए, इस उद्देश्य के लिए एक दूरबीन का उपयोग किया जाता है और आदर्श रूप से, छोटी दूरबीनें सबसे उपयुक्त होती हैं। उसी तरह, दूरबीन के रिसीवर का उपयोग पता लगाने के उद्देश्यों के लिए किरण को इकट्ठा करने और कम करने के लिए किया जाता है।
शोध के विश्लेषण के आधार पर, आरआरआई के शोधकर्ताओं ने निष्कर्ष निकाला कि संभावित ग्राउंड स्टेशन की स्थापना के लिए इस अध्ययन में भारत में जिन स्थानों पर विचार किया गया उनमें आईएओ हान्ले (सिग्नल लॉस - 44 डीबी) सबसे अच्छा पाया गया।
शोधकर्ताओं ने शोध के हवाले से कहा कि दो अगले सर्वश्रेष्ठ स्थान माउंट आबू (सिग्नल लॉस - 47 डीबी) और नैनीताल (सिग्नल लॉस - 48 डीबी) थे, जहां कुछ सिग्नलों के नुकसान के आसार थे। यह अध्ययन क्वांटम संचार के उद्देश्यों के लिए भारतीय ग्राउंड-स्टेशनों को अंतिम रूप देने से पहले लिंक-बजट का अनुमान लगाने के लिए अहम है।