प्रोटोकॉल बड़ी वस्तुओं की क्वांटम प्रकृति का परीक्षण करना आसान बना सकता है - फिजिक्स वर्ल्ड

बड़ी वस्तुओं की क्वांटम प्रकृति के परीक्षण के लिए एक प्रोटोकॉल - जो सिद्धांत रूप में, किसी भी द्रव्यमान की वस्तुओं के लिए काम कर सकता है - यूके और भारत के शोधकर्ताओं द्वारा प्रस्तावित किया गया है। प्रोटोकॉल की एक प्रमुख विशेषता यह है कि क्वांटम यांत्रिकी बड़े पैमाने पर मान्य है या नहीं, इसका परीक्षण करने के लिए एक मैक्रोस्कोपिक क्वांटम स्थिति बनाने की आवश्यकता को रोकती है। हालाँकि, कुछ भौतिक विज्ञानी इस बात से सहमत नहीं हैं कि अनुसंधान कोई महत्वपूर्ण प्रगति है।

क्वांटम यांत्रिकी परमाणुओं, अणुओं और इलेक्ट्रॉनों जैसे उपपरमाण्विक कणों का वर्णन करने का शानदार काम करती है। हालाँकि, बड़ी वस्तुएं आमतौर पर उलझाव और सुपरपोजिशन जैसे क्वांटम व्यवहार प्रदर्शित नहीं करती हैं। इसे क्वांटम डीकोहेरेंस के संदर्भ में समझाया जा सकता है, जो तब होता है जब नाजुक क्वांटम राज्य शोर वाले वातावरण के साथ बातचीत करते हैं। यह स्थूल प्रणालियों को शास्त्रीय भौतिकी के अनुसार व्यवहार करने का कारण बनता है।

मैक्रोस्कोपिक पैमाने पर क्वांटम यांत्रिकी कैसे टूटती है, यह न केवल सैद्धांतिक रूप से आकर्षक है, बल्कि एक ऐसे सिद्धांत को विकसित करने के प्रयासों के लिए भी महत्वपूर्ण है जो क्वांटम यांत्रिकी को अल्बर्ट आइंस्टीन के सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत के साथ समेटता है। इसलिए भौतिक विज्ञानी अधिक बड़ी वस्तुओं में क्वांटम व्यवहार का अवलोकन करने के इच्छुक हैं।

विकट चुनौती

मैक्रोस्कोपिक क्वांटम अवस्थाएँ बनाना और उनके क्वांटम व्यवहार का निरीक्षण करने के लिए उन्हें लंबे समय तक संरक्षित करना एक कठिन चुनौती है, जब जाल में रखे गए परमाणुओं या अणुओं की तुलना में बहुत बड़ी वस्तुओं से निपटना एक कठिन चुनौती है। दरअसल, दो स्वतंत्र समूहों - एक अमेरिका में और एक फिनलैंड में - द्वारा कंपन करने वाले मैक्रोस्कोपिक ड्रमहेड्स (प्रत्येक 10 माइक्रोन आकार) के क्वांटम उलझाव को इस प्रकार चुना गया था भौतिकी दुनिया का वर्ष 2021 की सफलता टीमों के प्रयोगात्मक कौशल के लिए।

नया प्रोटोकॉल लेगेट-गर्ग असमानता से प्रेरित है। यह बेल की असमानता का एक संशोधन है, जो यह आकलन करता है कि क्या दो वस्तुएं अपने राज्यों के माप के बीच सहसंबंध से क्वांटम-यांत्रिक रूप से उलझी हुई हैं। यदि बेल की असमानता का उल्लंघन किया जाता है, तो माप इतनी अच्छी तरह से सहसंबंधित होते हैं कि, यदि उनके राज्य स्वतंत्र होते, तो जानकारी को वस्तुओं के बीच प्रकाश की तुलना में तेजी से यात्रा करनी पड़ती। क्योंकि सुपरल्यूमिनल संचार को असंभव माना जाता है, उल्लंघन की व्याख्या क्वांटम उलझाव के सबूत के रूप में की जाती है।

लेगेट-गर्ग असमानता एक ही वस्तु के अनुक्रमिक माप के लिए समान सिद्धांत लागू करती है। वस्तु की एक संपत्ति को पहले इस तरह से मापा जाता है कि - यदि यह एक शास्त्रीय (गैर-क्वांटम) वस्तु है - गैर-आक्रामक है। बाद में, एक और माप किया जाता है। यदि वस्तु एक शास्त्रीय इकाई है, तो पहला माप दूसरे माप के परिणाम को नहीं बदलता है। हालाँकि, यदि यह वस्तु क्वांटम तरंग फ़ंक्शन द्वारा परिभाषित है, तो माप का कार्य ही इसे परेशान कर देगा। परिणामस्वरूप, क्रमिक मापों के बीच सहसंबंध से पता चल सकता है कि वस्तु शास्त्रीय या क्वांटम यांत्रिकी का पालन करती है या नहीं।

दोलनशील नैनोक्रिस्टल

2018 में, सैद्धांतिक भौतिक विज्ञानी सौगतो बोस यूनिवर्सिटी कॉलेज लंदन में और सहकर्मियों ने एक ठंडे नैनोक्रिस्टल पर ऐसा परीक्षण करने का प्रस्ताव रखा जो एक ऑप्टिकल हार्मोनिक जाल में आगे और पीछे दोलन करता है। नैनोक्रिस्टल की स्थिति एक जाल के एक तरफ प्रकाश की किरण को केंद्रित करके निर्धारित की जाएगी। यदि प्रकाश बिना प्रकीर्णित हुए गुजरता है, तो वस्तु जाल के दूसरी ओर है। बाद में जाल के उसी पक्ष को देखकर, कोई यह गणना कर सकता है कि लेगेट-गर्ग असमानता का उल्लंघन हुआ है या नहीं। यदि ऐसा है, तो वस्तु की प्रारंभिक गैर-पहचान ने इसकी क्वांटम स्थिति को परेशान कर दिया होगा, और इसलिए नैनोक्रिस्टल क्वांटम व्यवहार प्रदर्शित करेगा।

बोस कहते हैं, समस्या यह है कि द्रव्यमान को जाल के एक ही तरफ दो बार मापा जाना चाहिए। यह केवल छोटी अवधि के दोलन वाले द्रव्यमानों के लिए व्यवहार्य है क्योंकि क्वांटम स्थिति पूरे माप के दौरान सुसंगत रहनी चाहिए। हालाँकि, बड़ी संख्या में लोगों की रुचि के लिए ऐसी अवधि होगी जो इस काम के लिए बहुत लंबी होगी। अब, बोस और सहकर्मियों का प्रस्ताव है कि दूसरा माप उस स्थान पर किया जाए, जहां यदि वस्तु शास्त्रीय यांत्रिकी का पालन करती है, तो उसके पहुंचने की उम्मीद है।

बोस कहते हैं, "उस स्थान पर जाना बेहतर है जहां यह अपने सामान्य दोलन के कारण जाएगा और यह पता लगाएगा कि यह उस स्थान के बारे में कितना भिन्न है।"

इस योजना का लाभ यह है कि, जब तक वस्तु सुसंगत स्थिति में रहती है, तब तक किसी भी द्रव्यमान की वस्तुओं के लिए प्रयोग करना संभव होना चाहिए क्योंकि शास्त्रीय हार्मोनिक ऑसिलेटर की अपेक्षित स्थिति की गणना करना हमेशा संभव होता है। बड़ी वस्तु को अलग करना अधिक कठिन हो जाता है, लेकिन बोस का मानना ​​​​है कि ये स्पष्ट रूप से शास्त्रीय राज्य सुपरपोजिशन जैसे विदेशी मैक्रोस्कोपिक क्वांटम राज्यों की तुलना में शोर के लिए अधिक मजबूत होंगे।

ट्रैकिंग सिस्टम विकास

क्वांटम भौतिक विज्ञानी व्लात्को विडाल ऑक्सफ़ोर्ड विश्वविद्यालय इस बात से सहमत है कि शोधकर्ताओं का दृष्टिकोण स्थानिक रूप से अलग किए गए मैक्रोस्कोपिक क्वांटम राज्यों का उपयोग करने का प्रयास करने वाले प्रयोगों पर लाभ प्रदान कर सकता है। हालाँकि, उनका कहना है कि "इन मापों में जो महत्वपूर्ण हो जाता है वह प्रारंभिक अवस्था नहीं बल्कि आपके द्वारा किए गए मापों का क्रम है" और पहले माप के बाद सिस्टम के विकास को ट्रैक करना ताकि सहसंबंध प्रकट हो सकें "नहीं है बिल्कुल एक छोटी सी समस्या"।

नैनोक्रिस्टल में क्वांटम व्यवहार को कैसे मापें

वह जन-स्वतंत्रता के दावे को लेकर भी सशंकित हैं। "मैं व्यवहार में नहीं जानता कि इसे हासिल करना कितना आसान है," वह कहते हैं, "लेकिन यह बस आकार से संबंधित है, क्योंकि जितनी अधिक उप-प्रणालियाँ आपके पास होंगी पर्यावरण के लिए उतना ही अधिक रिसाव होगा।"

टोनी लेगेट (जिन्होंने 1980 के दशक में अनुपम गर्ग के साथ असमानता का विकास किया था) क्वांटम यांत्रिकी की नींव के विशेषज्ञ हैं, जिन्होंने सुपरकंडक्टिविटी और सुपरफ्लुइड्स पर अपने काम के लिए 2003 का नोबेल पुरस्कार साझा किया था। अब इलिनोइस विश्वविद्यालय में एक एमेरिटस प्रोफेसर, वह बोस और उनके सहयोगियों के काम के साथ एक और मुद्दा देखते हैं। "यह बहुत स्पष्ट है कि ये शोधकर्ता आश्वस्त हैं कि क्वांटम यांत्रिकी काम करना जारी रखेगी - मैं इतना आश्वस्त नहीं हूं," वे कहते हैं।

हालाँकि, लेगेट का कहना है कि क्वांटम यांत्रिकी के टूटने के साक्ष्य की व्याख्या भौतिकी समुदाय के अधिकांश लोगों द्वारा विकृति के परिणाम के रूप में की जाएगी - जो एक आक्रामक माप के कारण हो सकता है। ज्ञात राज्यों पर प्रयोगों के विपरीत - जिसका वह हिस्सा रहा है - उनका कहना है कि बोस और उनके सहयोगियों ने यह जांचने का कोई साधन प्रस्तुत नहीं किया है कि उनका माप कितना आक्रामक है, उदाहरण के लिए, राज्यों के एक अलग सेट पर एक ही माप प्रोटोकॉल का उपयोग करना।

शोध का वर्णन एक पेपर में किया गया है जिसे में प्रकाशन के लिए स्वीकार कर लिया गया है फिजिकल रिव्यू लेटर्स. A प्रीप्रिंट पर उपलब्ध है arXiv.

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• स्रोत: https://physicsworld.com/a/protocol-could-make-it-easier-to-test-the-quantum-nature-of-large-objects/