क्वांटम भौतिकी में लंबे समय से चली आ रही मान्यताओं को चुनौती देने वाली एक आश्चर्यजनक सफलता में, इंसब्रुक विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं की एक टीम ने पहले से कहीं अधिक गर्म तापमान पर श्रोडिंगर की बिल्ली जैसी अवस्था बनाने में कामयाबी हासिल की है। इस विकास के क्वांटम कंप्यूटिंग के भविष्य पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ सकते हैं, जिससे यह अधिक सुलभ हो सकता है और अत्यधिक क्रायोजेनिक वातावरण पर कम निर्भर हो सकता है।
क्वांटम प्रयोग ठंड से बाहर निकलते हैं
दशकों से, वैज्ञानिक मानते रहे हैं कि क्वांटम परिघटनाओं को केवल पूर्ण शून्य के करीब के वातावरण में ही विश्वसनीय रूप से देखा जा सकता है। ऐसी लगभग जमी हुई अवस्थाओं में, कण क्वांटम यांत्रिकी के विपरीत नियमों का पालन करते हैं – जहाँ वस्तुएँ एक साथ कई अवस्थाओं में मौजूद हो सकती हैं या अंतरिक्ष में उलझ सकती हैं।
अत्यधिक ठंड की इस आवश्यकता ने क्वांटम हार्डवेयर के संपूर्ण डिज़ाइन को आकार दिया है। नाज़ुक क्वांटम अवस्थाओं को तापीय शोर से बचाने के लिए, प्रणालियों को जटिल क्रायोजेनिक व्यवस्थाओं में रखा जाता है जो उन्हें -273.15°C तक ठंडा कर देती हैं, वह बिंदु जहाँ सभी आणविक गति लगभग रुक जाती है।
हालाँकि, साइंस एडवांसेज़ में प्रकाशित एक नया प्रयोग इस धारणा को तोड़ता है। शोधकर्ताओं ने अब यह प्रदर्शित किया है कि 1.8 केल्विन के तापमान पर श्रोडिंगर की बिल्ली जैसी क्वांटम अवस्था को बनाए रखना संभव है, जो लगभग -271.3°C के बराबर है।
हालांकि यह सामान्य मानकों से अभी भी बहुत ठंडा है, यह क्वांटम क्षेत्र में तापमान में पर्याप्त वृद्धि दर्शाता है – एक ऐसा बदलाव जो अधिक बहुमुखी और व्यावहारिक क्वांटम तकनीकों के द्वार खोल सकता है।
एक विचार प्रयोग वास्तविक दुनिया की उपलब्धि बन गया
“श्रोडिंगर की बिल्ली” शब्द 1935 में भौतिक विज्ञानी इरविन श्रोडिंगर द्वारा प्रस्तुत एक विरोधाभास को संदर्भित करता है, जिसका उद्देश्य क्वांटम सुपरपोजिशन की विचित्र प्रकृति को दर्शाना था।
मूल विचार प्रयोग में, एक सीलबंद डिब्बे के अंदर एक बिल्ली को एक क्वांटम घटना से जोड़ा गया था – उसका जीवन या मृत्यु एक कण के व्यवहार से निर्धारित होती है। जब तक कोई डिब्बे को नहीं खोलता, तब तक बिल्ली को एक साथ जीवित और मृत माना जाता है, एक साथ दो अवस्थाओं में विद्यमान।
आज, लगभग 90 साल बाद, वैज्ञानिक अब काल्पनिक रूप से बात नहीं कर रहे हैं। सुपरकंडक्टिंग माइक्रोवेव रेज़ोनेटर का उपयोग करके, इंसब्रुक टीम एक नियंत्रित प्रयोगशाला वातावरण में इस क्वांटम सुपरपोजिशन का अनुकरण करने में सफल रही।
इस प्रयोग में एक प्रकार का क्वांटम बिट, या क्यूबिट, जिसे ट्रांसमॉन के रूप में जाना जाता है, शामिल था, जिसे रेज़ोनेटर में रखा गया था। यह प्रणाली शोधकर्ताओं को क्वांटम सूचना को उल्लेखनीय सटीकता के साथ एनकोड और हेरफेर करने की अनुमति देती है, भले ही तापमान सामान्य परिचालन सीमाओं से ऊपर बढ़ जाए।
प्रोटोकॉल जो क्वांटम सुसंगतता को जीवित रखते हैं
असली नवाचार केवल प्राप्त तापमान में ही नहीं, बल्कि ऐसी परिस्थितियों में नाजुक क्वांटम अवस्था को बनाए रखने के लिए उपयोग की जाने वाली विधियों में भी निहित है। टीम ने प्रणाली को स्थिर और नियंत्रित करने के लिए डिज़ाइन किए गए दो अत्यधिक उन्नत प्रोटोकॉल लागू किए।
पहला, जिसे ECD (इकोएड कंडीशनल डिस्प्लेसमेंट) कहा जाता है, अवस्था हेरफेर के दौरान त्रुटियों को प्रबंधित और ठीक करने में मदद करता है, ठीक वैसे ही जैसे कोई पायलट उड़ान के बीच में अशांति के लिए समायोजन करता है। दूसरा प्रोटोकॉल, जिसे qcMAP (क्वांटम-नियंत्रित मैपिंग) के रूप में जाना जाता है, कई क्वाबिट्स के बीच उलझाव को सक्षम बनाता है, जिससे एक का व्यवहार दूसरे को प्रभावित कर सकता है। इस दोहरे प्रोटोकॉल दृष्टिकोण ने थर्मल आंदोलन के विघटनकारी प्रभावों के संपर्क में रहते हुए भी सुपरपोज़िशन अवस्था को बनाए रखना संभव बना दिया।
इन तकनीकों को लागू करके, शोधकर्ता यह प्रदर्शित करने में सक्षम हुए कि थर्मल शोर, जिसे लंबे समय से क्वांटम प्रणालियों का स्वाभाविक दुश्मन माना जाता है, को इस हद तक कम किया जा सकता है कि सार्थक क्वांटम व्यवहार बना रहे – यहाँ तक कि ऐसे वातावरण में भी जिन्हें कभी ऐसी अवस्थाओं के लिए बहुत अराजक माना जाता था।
अधिक व्यावहारिक और मापनीय क्वांटम तकनीक की ओर
इस उपलब्धि के निहितार्थ महत्वपूर्ण हैं। वर्तमान क्वांटम कंप्यूटर भारी और ऊर्जा-गहन शीतलन प्रणालियों पर अपनी निर्भरता के कारण सीमित हैं, जो महंगी और तकनीकी रूप से मांग वाली दोनों हैं। ये व्यवस्थाएँ विशिष्ट अनुसंधान प्रयोगशालाओं के बाहर व्यापक उपयोग के लिए तकनीक का विस्तार करना कठिन बना देती हैं।
यह प्रदर्शन कि श्रोडिंगर की बिल्ली अवस्था उच्च तापमान पर भी स्थिर रह सकती है, यह दर्शाता है कि भविष्य के क्वांटम प्रोसेसर कम चरम स्थितियों में भी काम कर सकते हैं। इससे क्वांटम उपकरणों की लागत, आकार और जटिलता में भारी कमी आ सकती है, जिससे अधिक सुलभ क्वांटम तकनीकों का मार्ग प्रशस्त हो सकता है।
हालाँकि पूरी तरह से कमरे के तापमान पर काम करने वाला क्वांटम कंप्यूटर अभी तक पहुँच से बाहर है, यह अध्ययन वैज्ञानिकों के संभावित विश्वास में एक महत्वपूर्ण बदलाव का प्रतीक है। यह दर्शाकर कि अध्यारोपण ऊष्मा को सहन कर सकते हैं, इंसब्रुक टीम ने क्वांटम भौतिकी की सबसे गहरी मान्यताओं में से एक को चुनौती दी है और अनुसंधान, नवाचार और वास्तविक दुनिया में अनुप्रयोग के लिए नए रास्ते खोले हैं।
स्रोत: द डेली गैलेक्सी / डिग्पू न्यूज़टेक्स