क्वांटम यांत्रिकी ने इस विचार से परेशान करने वाले खुलासे का अपना उचित हिस्सा लाया है, इस विचार से कि वस्तुनिष्ठ वास्तविकता एक भ्रम है कि वस्तुएं एक ही बार में दो राज्यों में हो सकती हैं (उदाहरण के लिए मृत और जीवित दोनों)। जब छोटी वस्तुएं बड़ी हो जाती हैं तो ऐसा अजीब क्वांटम व्यवहार समाप्त नहीं होता है – यह सिर्फ इतना है कि हमारी इंद्रियां और हमारे उपकरण इसका पता लगाने में सक्षम नहीं हैं। अब, छोटे-छोटे ढोल के दो सेटों पर धमाका करके, भौतिकविदों की दो टीमों ने वह पैमाना लाया है जिस पर हम देख सकते हैं क्वांटम प्रभाव मैक्रोस्कोपिक दायरे में।
निष्कर्ष पहले देखे गए की तुलना में बहुत बड़े पैमाने पर “उलझन” नामक एक विचित्र क्वांटम प्रभाव प्रदर्शित करते हैं, साथ ही इस प्रभाव का उपयोग करने के तरीके का वर्णन करते हैं – जब कण एक दूसरे से जुड़े रहते हैं, भले ही बड़ी दूरी से अलग हो – अजीब क्वांटम अनिश्चितता से बचने के लिए . शोधकर्ताओं के अनुसार, इस ज्ञान का उपयोग क्वांटम गुरुत्व की जांच करने और क्वांटम कंप्यूटरों को शास्त्रीय उपकरणों से कहीं अधिक गणनात्मक शक्तियों के साथ डिजाइन करने के लिए किया जा सकता है।
भौतिकविदों ने लंबे समय से सोचा है कि किस पैमाने पर अजीब क्वांटम घटनाएं हमारी अधिक परिचित और अनुमानित मैक्रोस्कोपिक दुनिया को रास्ता देती हैं, ज्यादातर इसलिए क्योंकि ऐसा कोई कठोर और तेज़ नियम नहीं है जो कहता है कि ऐसी घटनाएं कभी भी होनी चाहिए – जैसे ही चीजें बढ़ती हैं, वे तेजी से कम देखने योग्य हो जाते हैं।
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या कम से कम वे करते थे। शोधकर्ताओं की दो अलग-अलग टीमों के नए प्रयोगों ने अलग-अलग परमाणुओं के बीच क्वांटम उलझाव को देखने से लेकर माइक्रोन-आकार के एल्यूमीनियम झिल्ली – या “ड्रम” के बीच अवलोकन करने के लिए छलांग लगाई है – प्रत्येक में लगभग 1 ट्रिलियन परमाणु हैं।
अपने सरलतम रूप में, उलझाव इस विचार का वर्णन करता है कि दो कणों का एक आंतरिक संबंध हो सकता है जो बनी रहती है चाहे वे कितनी भी दूर क्यों न हों। कण ईथर रूप से युग्मित होते हैं: एक कण के बारे में कुछ मापें, जैसे कि उसकी स्थिति, और आप उसके उलझे हुए साथी की स्थिति के बारे में भी जानकारी प्राप्त करेंगे; एक कण में परिवर्तन करें और आपके कार्य प्रकाश की गति से तेज गति से दूसरे को एक समान परिवर्तन टेलीपोर्ट करेंगे।
बोल्डर, कोलोराडो में यूएस नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ स्टैंडर्ड एंड टेक्नोलॉजी (एनआईएसटी) में हुए पहले प्रयोग में वैज्ञानिकों ने क्रिस्टल चिप पर छोटे ड्रम रखे, प्रत्येक को लगभग 10 माइक्रोमीटर लंबा, उन्हें पूर्ण शून्य के करीब सुपरकूलिंग से पहले रखा। ड्रम के ठंडा होने के साथ, सिस्टम के बाहर किसी चीज के साथ बातचीत करने की संभावना नाटकीय रूप से कम हो गई थी, जिससे वैज्ञानिक ड्रम को एक उलझी हुई स्थिति में समेटने में सक्षम हो गए, जो सिंक में कंपन करते थे क्योंकि वे माइक्रोवेव के नियमित दालों से टकराते थे।
“यदि आप स्वतंत्र रूप से दो ड्रमों के लिए स्थिति और गति डेटा का विश्लेषण करते हैं, तो वे प्रत्येक बस गर्म दिखते हैं, ” एनआईएसटी के एक भौतिक विज्ञानी सह-लेखक जॉन ट्यूफेल, एक बयान में कहा, इस तथ्य का जिक्र करते हुए कि कण जितना अधिक गर्म होते हैं उतना अधिक कंपन करते हैं। “लेकिन उन्हें एक साथ देखने पर, हम देख सकते हैं कि जो दिखता है वह एक ड्रम की यादृच्छिक गति की तरह दूसरे के साथ अत्यधिक सहसंबद्ध है, एक तरह से जो केवल इसके माध्यम से ही संभव है बहुत नाजुक स्थिति।”
शोधकर्ताओं ने ड्रम के उलझाव की सीमा को यह देखकर मापा कि उनके आयामों से कैसे मेल खाता है – उनके आराम करने की स्थिति से उनकी अधिकतम दूरी – जैसे कि वे लगभग एक प्रोटॉन की ऊंचाई से ऊपर और नीचे लड़खड़ाते थे। शोधकर्ताओं ने देखा कि ड्रम अत्यधिक सिंक्रनाइज़ तरीके से कंपन करते हैं – जब एक ड्रम में उच्च आयाम होता है, तो दूसरे में कम आयाम होता है, और उनके वेग बिल्कुल विपरीत मूल्य होते हैं।
“यदि उनका कोई संबंध नहीं है और वे दोनों पूरी तरह से ठंडे हैं, तो आप केवल गति की आधी मात्रा की अनिश्चितता के भीतर दूसरे ड्रम की औसत स्थिति का अनुमान लगा सकते हैं,” ट्यूफ़ल ने असतत विखंडू या “क्वांटा” का जिक्र करते हुए कहा कि क्वांटम ऑब्जेक्ट जैसे ड्रम में कंपन होगा। “जब वे उलझ जाते हैं, तो हम कम अनिश्चितता के साथ बेहतर कर सकते हैं। उलझाव ही एकमात्र तरीका है जिससे यह संभव है।” दो बड़े पैमाने पर कंपन करने वाले ड्रम दो अलग-अलग वस्तुएं प्रतीत होते हैं, लेकिन वे डरावना क्वांटम उलझाव से जुड़े होते हैं।
एनआईएसटी शोधकर्ता क्वांटम नेटवर्क में नोड्स, या नेटवर्क एंड-पॉइंट्स बनाने के लिए अपने ड्रम सिस्टम का उपयोग करना चाहते हैं, साथ ही उन समस्याओं के लिए उन्हें अनुकूलित करना चाहते हैं जिनके लिए अभूतपूर्व स्तर की सटीकता की आवश्यकता होती है, जैसे गुरुत्वाकर्षण की पहचान जब यह छोटे पैमाने पर कार्य करती है।
फ़िनलैंड में आल्टो विश्वविद्यालय में मिका सिलनपा के नेतृत्व में शोधकर्ताओं की एक दूसरी टीम ने क्वांटम भौतिकी के सबसे सख्त नियमों में से एक – हाइजेनबर्ग अनिश्चितता सिद्धांत को दूर करने के लिए अपने स्वयं के क्वांटम ड्रम सिस्टम का उपयोग करने के लिए निर्धारित किया।
पहली बार 1927 में जर्मन भौतिक विज्ञानी वर्नर हाइजेनबर्ग द्वारा पेश किया गया, सिद्धांत एक कण के कुछ भौतिक गुणों को मापते समय प्राप्त की जा सकने वाली पूर्ण सटीकता के लिए एक कठिन सीमा निर्धारित करता है। यह इस विचार को स्थापित करता है कि अपने सबसे छोटे, सबसे मौलिक स्तर पर ब्रह्मांड एक अस्पष्ट और अप्रत्याशित जानवर है, जो इसके बारे में पूरी जानकारी को जानने की अनुमति नहीं देता है।
उदाहरण के लिए, आप किसी कण की स्थिति और उसके संवेग दोनों को पूर्ण सटीकता के साथ नहीं जान सकते। जानना चाहते हैं कि इलेक्ट्रॉन कहाँ स्थित है? कुछ निश्चितता बनाने के लिए आप इसे बार-बार माप सकते हैं। लेकिन जितना अधिक आप ऐसा करते हैं, उतना ही आप इसके साथ बातचीत करते हैं, इसकी गति को बदलते हैं। वही बात दूसरी तरफ होती है। क्वांटम दुनिया में निश्चितता एक ट्रेडऑफ है – एक ऐसे दायरे में जहां वस्तुएं संभावनाओं के बादलों के रूप में अधिक मौजूद हैं, उनके गुणों में से एक के बारे में अधिक सुनिश्चित होने का अर्थ है दूसरे के बारे में कम सुनिश्चित होना।
लेकिन शोधकर्ताओं की दूसरी टीम ने इसका एक रास्ता निकाला। अपने क्वांटम ड्रम को लगातार फोटॉन, या हल्के कणों से मारकर, जैसे कि वे एक स्नेयर ड्रम होंगे, शोधकर्ता अपने ड्रम को एक उलझी हुई स्थिति में ट्यून करने में सक्षम थे। फिर, प्रत्येक व्यक्ति ड्रम की स्थिति और गति को मापने के बजाय, शोधकर्ताओं ने उलझे हुए ड्रमों का इलाज किया जैसे कि वे एक एकल, संयुक्त ड्रम थे, और इसके वेग को प्रभावित किए बिना काल्पनिक ड्रम की स्थिति को मापा।
फिनलैंड में आल्टो विश्वविद्यालय में पोस्टडॉक्टरल शोधकर्ता लॉर मर्सिएर डी लेपिनय ने कहा, “यदि दो ड्रमों को एक क्वांटम-मैकेनिकल इकाई के रूप में माना जाता है, तो ड्रम की गति की क्वांटम अनिश्चितता रद्द हो जाती है।” एक बयान में कहा.
यह किसी भी जानकारी को खोए बिना सबसे छोटे पैमाने पर माप के लिए संभावनाओं की एक पूरी नई श्रृंखला खोलता है, और, माप को निरंतर तरीके से दिया जाता है, ताकि उनके नए क्वांटम सेंसर लगातार विकसित हो रहे, मिनीस्कूल सिस्टम की निगरानी कर सकें। शोधकर्ताओं को उम्मीद है कि उनके उलझे हुए ड्रम गुरुत्वाकर्षण तरंगों द्वारा बनाई गई अंतरिक्ष में छोटी विकृतियों को मापने के लिए पर्याप्त संवेदनशील होंगे और गहरे द्रव्य, साथ ही क्वांटम नेटवर्क को एक साथ जोड़ने के लिए उपयोग किया जा रहा है, जो उलझी हुई वस्तुओं का उपयोग अपने ड्रम की तरह रिले के रूप में करते हैं।
दोनों प्रयोग हमें क्वांटम दुनिया के साथ हमारी निकटता की वास्तविकता से भी रूबरू कराते हैं, जो – आधे-मृत, आधी-जीवित बिल्लियों को बुलाने वाले स्पष्ट रूप से दूरगामी विचार प्रयोगों के बावजूद – जितना हम सोच सकते हैं, उससे कहीं अधिक सूक्ष्म तरीके से अपने आप में खून बहता है।
प्रथम और यह दूसरा दोनों टीमों ने 7 मई को साइंस जर्नल में अपने निष्कर्ष प्रकाशित किए।
मूल रूप से लाइव साइंस पर प्रकाशित।