ETH জুরিখ গবেষকরা দূরত্বে কোয়ান্টাম যান্ত্রিক সম্পর্ক প্রদর্শন করেন

সলিড স্টেট ফিজিক্সের অধ্যাপক আন্দ্রেয়াস ওয়ালরাফের নেতৃত্বে, গবেষকরা কোয়ান্টাম মেকানিক্সের প্রতিক্রিয়ায় আলবার্ট আইনস্টাইন কর্তৃক প্রণীত "স্থানীয় কার্যকারণ" ধারণাটিকে ভুল প্রমাণ করার জন্য একটি ফাঁকা-মুক্ত বেল পরীক্ষা করেছেন। যে কোয়ান্টাম যান্ত্রিক বস্তুগুলি অনেক দূরে রয়েছে তা প্রথাগত সিস্টেমের তুলনায় একে অপরের সাথে আরও দৃঢ়ভাবে সম্পর্কযুক্ত হতে পারে তা দেখিয়ে, গবেষকরা কোয়ান্টাম মেকানিক্সের জন্য আরও নিশ্চিতকরণ প্রদান করেছেন। এই পরীক্ষাটির বিশেষত্ব হল যে গবেষকরা প্রথমবারের মতো সুপারকন্ডাক্টিং সার্কিট ব্যবহার করে এটি সম্পাদন করতে সক্ষম হন, যা শক্তিশালী কোয়ান্টাম কম্পিউটার তৈরির জন্য প্রতিশ্রুতিশীল প্রার্থী বলে মনে করা হয়।

একটি বেল পরীক্ষা একটি পরীক্ষামূলক সেটআপের উপর ভিত্তি করে যা প্রাথমিকভাবে 1960 এর দশকে ব্রিটিশ পদার্থবিদ জন বেল দ্বারা একটি চিন্তা পরীক্ষা হিসাবে তৈরি করা হয়েছিল। বেল এমন একটি প্রশ্নের মীমাংসা করতে চেয়েছিলেন যা নিয়ে 1930-এর দশকে পদার্থবিজ্ঞানের মহান ব্যক্তিরা ইতিমধ্যেই তর্ক করেছিলেন: কোয়ান্টাম মেকানিক্সের ভবিষ্যদ্বাণীগুলি, যা দৈনন্দিন অন্তর্দৃষ্টির সম্পূর্ণ বিপরীত, সঠিক বা কার্যকারণের প্রচলিত ধারণাগুলি পারমাণবিক মাইক্রোকসমেও প্রযোজ্য, আলবার্ট আইনস্টাইন যেমন বিশ্বাস করেছিলেন?

এই প্রশ্নের উত্তর দেওয়ার জন্য, বেল একই সময়ে দুটি জট থাকা কণার উপর একটি এলোমেলো পরিমাপ করার এবং বেলের অসমতার বিরুদ্ধে এটি পরীক্ষা করার প্রস্তাব করেছিলেন। স্থানীয় কার্যকারণ সম্পর্কে আইনস্টাইনের ধারণা সত্য হলে, এই পরীক্ষাগুলি সর্বদা বেলের অসমতাকে সন্তুষ্ট করবে। বিপরীতে, কোয়ান্টাম মেকানিক্স ভবিষ্যদ্বাণী করে যে তারা এটি লঙ্ঘন করবে।

1970 এর দশকের গোড়ার দিকে, জন ফ্রান্সিস ক্লজার, যিনি গত বছর পদার্থবিজ্ঞানে নোবেল পুরস্কার পেয়েছিলেন এবং স্টুয়ার্ট ফ্রিডম্যান প্রথম ব্যবহারিক বেল পরীক্ষা করেছিলেন। তাদের পরীক্ষায়, দুই গবেষক প্রমাণ করতে পেরেছিলেন যে বেলের অসমতা প্রকৃতপক্ষে লঙ্ঘন করা হয়েছে। কিন্তু তাদের পরীক্ষা-নিরীক্ষায় কিছু অনুমান করতে হয়েছিল যাতে তারা প্রথম স্থানে পরিচালনা করতে সক্ষম হয়। সুতরাং, তাত্ত্বিকভাবে, এটি এখনও হতে পারে যে আইনস্টাইন কোয়ান্টাম মেকানিক্স সম্পর্কে সন্দেহবাদী হওয়া সঠিক ছিলেন।

সময়ের সাথে সাথে, তবে, এই ফাঁকগুলির আরও বেশি বন্ধ করা যেতে পারে। অবশেষে, 2015 সালে, বিভিন্ন গোষ্ঠী প্রথম সত্যিকারের লুফহোল-মুক্ত বেল পরীক্ষা পরিচালনা করতে সফল হয়েছিল, এইভাবে শেষ পর্যন্ত পুরানো বিরোধ নিষ্পত্তি করে।

ওয়ালরাফের গোষ্ঠী বলেছে যে তারা এখন একটি অভিনব পরীক্ষার মাধ্যমে এই ফলাফলগুলি নিশ্চিত করতে পারে। বিখ্যাত বৈজ্ঞানিক জার্নালে প্রকাশিত ETH গবেষকদের কাজ প্রকৃতি দেখায় যে সাত বছর আগে প্রাথমিক নিশ্চিতকরণ সত্ত্বেও এই বিষয়ে গবেষণা শেষ হয়নি। এর বেশ কিছু কারণ রয়েছে। এক জিনিসের জন্য, ETH গবেষকদের পরীক্ষা নিশ্চিত করে যে সুপারকন্ডাক্টিং সার্কিটগুলিও কোয়ান্টাম মেকানিক্সের আইন অনুসারে কাজ করে, যদিও তারা ফোটন বা আয়নের মতো মাইক্রোস্কোপিক কোয়ান্টাম বস্তুর চেয়ে অনেক বড়। সুপারকন্ডাক্টিং উপকরণ দিয়ে তৈরি এবং মাইক্রোওয়েভ ফ্রিকোয়েন্সিতে পরিচালিত কয়েকশ মাইক্রোমিটার আকারের ইলেকট্রনিক সার্কিটগুলিকে ম্যাক্রোস্কোপিক কোয়ান্টাম বস্তু হিসাবে উল্লেখ করা হয়।

আরেকটি বিষয়ের জন্য, বেল পরীক্ষারও ব্যবহারিক তাৎপর্য রয়েছে। "পরিবর্তিত বেল পরীক্ষাগুলি ক্রিপ্টোগ্রাফিতে ব্যবহার করা যেতে পারে, উদাহরণস্বরূপ, তথ্যটি আসলে এনক্রিপ্টেড আকারে প্রেরণ করা হয় তা প্রদর্শন করার জন্য," ওয়ালরাফের গ্রুপের একজন ডক্টরাল ছাত্র সাইমন স্টর্জ ব্যাখ্যা করেন৷ “আমাদের পদ্ধতির সাথে, আমরা অন্যান্য পরীক্ষামূলক সেটআপের তুলনায় অনেক বেশি দক্ষতার সাথে প্রমাণ করতে পারি যে বেলের অসমতা লঙ্ঘন করা হয়েছে। এটি ব্যবহারিক অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য এটি বিশেষভাবে আকর্ষণীয় করে তোলে।"

সুতরাং, পরীক্ষা সেট আপ করার সময়, একটি ভারসাম্য বজায় রাখা গুরুত্বপূর্ণ: দুটি সুপারকন্ডাক্টিং সার্কিটের মধ্যে দূরত্ব যত বেশি হবে, পরিমাপের জন্য তত বেশি সময় পাওয়া যাবে – এবং পরীক্ষামূলক সেটআপ তত জটিল হবে। এর কারণ হল সম্পূর্ণ পরীক্ষাটি পরম শূন্যের কাছাকাছি একটি ভ্যাকুয়ামে পরিচালনা করতে হবে।

ইটিএইচ গবেষকরা নির্ণয় করেছেন সবচেয়ে কম দূরত্ব যার উপরে একটি সফল লুফহোল-মুক্ত বেল পরীক্ষা করতে হবে প্রায় 33 মিটার, কারণ একটি শূন্যে এই দূরত্ব অতিক্রম করতে একটি হালকা কণা প্রায় 110 ন্যানোসেকেন্ড লাগে। গবেষকরা পরীক্ষাটি করতে যে সময় নিয়েছেন তার চেয়ে এটি কয়েক ন্যানোসেকেন্ড বেশি।

ওয়ালরাফের দল ETH ক্যাম্পাসের ভূগর্ভস্থ প্যাসেজওয়েতে একটি চিত্তাকর্ষক সুবিধা তৈরি করেছে। এর প্রতিটি দুই প্রান্তে একটি সুপারকন্ডাক্টিং সার্কিট ধারণকারী একটি ক্রায়োস্ট্যাট রয়েছে। এই দুটি শীতল যন্ত্র একটি 30-মিটার-দীর্ঘ নল দ্বারা সংযুক্ত যার অভ্যন্তরটি পরম শূন্য (–273.15°C) এর ঠিক উপরে তাপমাত্রায় শীতল করা হয়।

প্রতিটি পরিমাপ শুরু করার আগে, একটি মাইক্রোওয়েভ ফোটন দুটি সুপারকন্ডাক্টিং সার্কিটের একটি থেকে অন্যটিতে প্রেরণ করা হয় যাতে দুটি সার্কিট আটকে যায়। র্যান্ডম নম্বর জেনারেটররা তারপর বেল পরীক্ষার অংশ হিসাবে দুটি সার্কিটে কোন পরিমাপ করা হবে তা নির্ধারণ করে। পরবর্তী, উভয় পক্ষের পরিমাপের ফলাফল তুলনা করা হয়।

এক মিলিয়নেরও বেশি পরিমাপের মূল্যায়ন করার পরে, গবেষকরা খুব উচ্চ পরিসংখ্যানগত নিশ্চিততার সাথে দেখিয়েছেন যে এই পরীক্ষামূলক সেটআপে বেলের অসমতা লঙ্ঘন করা হয়েছে। অন্য কথায়, তারা নিশ্চিত করেছে যে কোয়ান্টাম মেকানিক্স ম্যাক্রোস্কোপিক বৈদ্যুতিক সার্কিটগুলিতে অ-স্থানীয় পারস্পরিক সম্পর্কের অনুমতি দেয় এবং ফলস্বরূপ যে সুপারকন্ডাক্টিং সার্কিটগুলি একটি বড় দূরত্বে আটকে যেতে পারে। এটি বিতরণ করা কোয়ান্টাম কম্পিউটিং এবং কোয়ান্টাম ক্রিপ্টোগ্রাফির ক্ষেত্রে আকর্ষণীয় সম্ভাব্য অ্যাপ্লিকেশনগুলিকে খোলে।

ওয়ালরাফ বলেছেন, সুবিধা তৈরি করা এবং পরীক্ষা চালানো একটি চ্যালেঞ্জ ছিল। "আমরা একটি ERC অ্যাডভান্সড গ্রান্ট থেকে তহবিল সহ ছয় বছরের মেয়াদে প্রকল্পটির অর্থায়ন করতে সক্ষম হয়েছি।" সম্পূর্ণ শূন্যের কাছাকাছি তাপমাত্রায় সম্পূর্ণ পরীক্ষামূলক সেটআপকে ঠান্ডা করার জন্য যথেষ্ট প্রচেষ্টা লাগে। "আমাদের মেশিনে 1.3 টন তামা এবং 14,000 স্ক্রু রয়েছে, সেইসাথে প্রচুর পদার্থবিদ্যা জ্ঞান এবং প্রকৌশল জ্ঞান রয়েছে," ওয়ালরাফ বলেছেন। তিনি বিশ্বাস করেন যে নীতিগতভাবে একইভাবে আরও বেশি দূরত্ব অতিক্রম করে এমন সুবিধাগুলি তৈরি করা সম্ভব হবে। এই প্রযুক্তিটি, উদাহরণস্বরূপ, সুপারকন্ডাক্টিং কোয়ান্টাম কম্পিউটারগুলিকে অনেক দূরত্বে সংযোগ করতে ব্যবহার করা যেতে পারে।