سب سے چھوٹے پیمانے پر، ہماری کائنات عجیب ہو جاتی ہے. ذرات بلئرڈ گیندوں یا پانی پر لہروں کی طرح کام کرتے ہیں، اس پر منحصر ہے کہ آپ ان کی جانچ کیسے کرتے ہیں۔ پراپرٹیز کو بیک وقت ماپا نہیں جا سکتا یا قدروں کی ایک حد پر غیر یقینی طور پر سمیر نہیں کیا جا سکتا۔ انسانی وجدان ہمیں ناکام بنا دیتا ہے۔
پچھلی صدی کے زیادہ تر عرصے تک، یہ ساری عجیب و غریب کیفیت زیادہ تر طبیعیات دانوں کے حصے میں آئی۔ لیکن حال ہی میں، نظریاتی اور تجرباتی عملی کی طرف بڑھ گئے ہیں۔ کی بڑھتی ہوئی پریشانی میں یہ رجحان سب سے زیادہ نظر آتا ہے۔ ابتدائی کوانٹم کمپیوٹرز، لیکن عجیب کوانٹم سلوک حساب سے زیادہ کے لئے مفید ہے۔ کچھ سائنسدان اور انجینئر تعمیر کر رہے ہیں۔ غیر ہیک ایبل کوانٹم کمیونیکیشن نیٹ ورکس; دوسروں کی نظریں سینسر پر ہیں۔
حال ہی میں پری پرنٹ پیپر arXiv پر پوسٹ کیا گیا ہے۔، فرانسیسی نیشنل سینٹر فار سائنٹیفک ریسرچ کی ایک ٹیم ایک کوانٹم ایکسلرومیٹر کی وضاحت کرتی ہے جو انتہائی درستگی کے ساتھ تینوں جہتوں میں حرکت کی پیمائش کرنے کے لیے لیزرز اور الٹرا کولڈ روبیڈیم ایٹموں کا استعمال کرتی ہے۔
یہ کام کوانٹم ایکسلرومیٹر کو تیسری جہت تک پھیلاتا ہے اور جی پی ایس کے بغیر درست نیویگیشن اور پیروں کے نیچے قیمتی معدنی ذخائر کا قابل اعتماد پتہ لگا سکتا ہے۔
ایٹمی لہریں
ہم پہلے ہی روزانہ ایکسلرومیٹر پر انحصار کرتے ہیں۔ فون اٹھاؤ اور ڈسپلے روشن ہو گیا۔ اسے اس کی طرف موڑ دیں اور جس صفحہ کو آپ پڑھ رہے ہیں وہ سمت بدلتا ہے۔ ایک چھوٹا مکینیکل ایکسلرومیٹر — بنیادی طور پر ایک ماس جو ایک بہار جیسے میکانزم سے منسلک ہوتا ہے — ان افعال کو ممکن بناتا ہے (دیگر سینسروں کے ساتھ، جیسے گائروسکوپس)۔ جب بھی کوئی فون خلا سے گزرتا ہے، اس کا ایکسلرومیٹر اس حرکت کو ٹریک کرتا ہے۔ اس میں مختصر وقت شامل ہوتا ہے جب GPS گر جاتا ہے، جیسے سرنگوں میں یا سیل سگنل ڈیڈ سپاٹ۔
جیسا کہ وہ ہیں کارآمد، مکینیکل ایکسلرومیٹر عجیب سے باہر نکل جاتے ہیں۔ کافی لمبا چھوڑا، وہ کلومیٹر کے پیمانے پر غلطیاں جمع کریں گے۔ GPS کے ساتھ مختصر طور پر رابطے سے باہر ہونے والے فونز کے لیے یہ اہم نہیں ہے، لیکن یہ ایک مسئلہ ہے جب آلات طویل مدت کے لیے حد سے باہر سفر کرتے ہیں۔ اور صنعتی اور فوجی ایپلی کیشنز کے لیے، عین مطابق پوزیشنی ٹریکنگ آبدوزوں پر کارآمد ہو گی — جو پانی کے اندر GPS تک رسائی حاصل نہیں کر سکتی — یا بحری جہازوں پر بیک اپ نیویگیشن کے طور پر اگر وہ GPS سے محروم ہو جائیں۔
محققین طویل عرصے سے ترقی کر رہے ہیں کوانٹم ایکسلرومیٹر پوزیشنی ٹریکنگ کی درستگی کو بہتر بنانے کے لیے۔ اسپرنگ کو دباتے ہوئے بڑے پیمانے پر پیمائش کرنے کے بجائے، کوانٹم ایکسلرومیٹر مادے کی لہر جیسی خصوصیات کی پیمائش کرتے ہیں۔ آلات ایٹموں کے بادلوں کو سست اور ٹھنڈا کرنے کے لیے لیزر کا استعمال کرتے ہیں۔ اس حالت میں، ایٹم روشنی کی لہروں کی طرح برتاؤ کرتے ہیں، جب وہ حرکت کرتے ہیں تو مداخلت کے نمونے بناتے ہیں۔ مزید لیزر آمادہ کرتے ہیں اور پیمائش کرتے ہیں کہ جگہ کے ذریعے ڈیوائس کے مقام کا پتہ لگانے کے لیے یہ پیٹرن کس طرح تبدیل ہوتے ہیں۔
ابتدائی طور پر ان آلات پر، جنہیں ایٹم انٹرفیرو میٹر کہا جاتا تھا، لیب بینچوں میں پھیلے ہوئے تاروں اور آلات کی گڑبڑ تھی اور صرف ایک جہت کی پیمائش کر سکتے تھے۔ لیکن جیسے جیسے لیزرز اور مہارت میں اضافہ ہوا ہے، وہ چھوٹے اور سخت ہو گئے ہیں — اور اب وہ 3D ہو گئے ہیں۔
ایک کوانٹم اپ گریڈ
فرانس میں ٹیم کے ذریعہ تیار کردہ نیا 3D کوانٹم ایکسلرومیٹر ایسا لگتا ہے۔ لیپ ٹاپ کمپیوٹر کی لمبائی کے بارے میں ایک دھاتی باکس. یہ ایک چھوٹے سے شیشے کے خانے میں پھنسے ہوئے روبیڈیم ایٹموں کے بادل کو جوڑ توڑ اور پیمائش کرنے کے لیے تینوں مقامی محوروں کے ساتھ لیزر کا استعمال کرتا ہے اور تقریباً صفر تک ٹھنڈا ہو جاتا ہے۔ پہلے کے کوانٹم ایکسلرومیٹر کی طرح، یہ لیزر ایٹموں کے بادل میں لہریں پیدا کرتے ہیں اور حرکت کی پیمائش کرنے کے نتیجے میں مداخلت کے نمونوں کی تشریح کرتے ہیں۔
استحکام اور بینڈوڈتھ کو بہتر بنانے کے لیے — لیب کے باہر استعمال کے لیے تقاضے — نیا آلہ کلاسیکل اور کوانٹم ایکسلرومیٹر کی ریڈنگ کو فیڈ بیک لوپ میں جوڑتا ہے جو دونوں ٹیکنالوجیز کی طاقت کا فائدہ اٹھاتا ہے۔
کیونکہ ٹیم انتہائی درستگی کے ساتھ ایٹموں کو کنٹرول کر سکتی ہے، اس لیے وہ اسی طرح درست پیمائش کر سکتے ہیں۔ ایکسلرومیٹر کو جانچنے کے لیے، انھوں نے اسے ہلانے اور گھومنے کے لیے دھاندلی کی میز کے ساتھ جوڑا اور پایا کہ یہ نظام کلاسیکی، نیویگیشن گریڈ کے سینسر سے 50 گنا زیادہ درست ہے۔ گھنٹوں کے دورانیے میں، کلاسیکی ایکسلرومیٹر کے ذریعے ماپنے والے آلے کی پوزیشن ایک کلومیٹر کے فاصلے پر تھی۔ کوانٹم ایکسلرومیٹر نے اسے 20 میٹر کے اندر کیل لگا دیا۔
سکیڑیں رے۔
ایکسلرومیٹر، جو اب بھی نسبتاً بڑا اور بھاری ہے، جلد ہی آپ کے آئی فون کے لیے تیار نہیں ہوگا۔ لیکن تھوڑا سا چھوٹا اور زیادہ مضبوط بنایا گیا، ٹیم کا کہنا ہے کہ عین مطابق نیویگیشن کے لیے اسے بحری جہازوں یا آبدوزوں پر نصب کیا جا سکتا ہے۔ یا یہ کشش ثقل میں ٹھیک ٹھیک تبدیلیوں کی پیمائش کرکے معدنی ذخائر کا شکار کرنے والے فیلڈ جیولوجسٹ کے ہاتھ میں جا سکتا ہے۔
دوسرے گروپ بھی فیلڈ کے لیے کوانٹم سینسر کو چھوٹا کرنے اور سخت کرنے کے لیے کام کر رہے ہیں۔ سانڈیا نیشنل لیبارٹری کی ایک ٹیم نے حال ہی میں ایک کولڈ ایٹم انٹرفیرومیٹر بنایا - جیسا کہ یہاں استعمال کیا گیا ہے۔ ایک جوتے کے باکس کے سائز کے بارے میں ناہموار پیکج. کام کی وضاحت کرنے والے ایک مقالے میں، سانڈیا کے محققین کا کہنا ہے کہ ممکنہ طور پر مزید مائنیچرائزیشن میں پیشرفت کی وجہ سے کام کیا جائے گا۔ فوٹوونک چپس. مستقبل میں، وہ کہتے ہیں، ان کے جیسے کولڈ ایٹم انٹرفیرومیٹر کے لیے ضروری آپٹیکل پرزے ایک چپ پر صرف آٹھ ملی میٹر ایک طرف فٹ ہو سکتے ہیں۔
مزید کوانٹم سینسر، gyroscopes کی طرحپارٹی میں شامل ہو سکتے ہیں۔ اگرچہ لیب سے فرار ہونے سے پہلے انہیں سکڑنے اور سخت کرنے کے چند چکر بھی درکار ہوں گے۔
ابھی کے لیے، 3D جانا ایک قدم آگے ہے۔
آسٹریلیائی نیشنل یونیورسٹی کے جان کلوز نے حال ہی میں کہا ، "تین جہتوں میں پیمائش ایک بہت بڑی بات ہے ، کوانٹم ایکسلرومیٹر کے کسی بھی عملی استعمال کی طرف ایک ضروری اور بہترین انجینئرنگ قدم ہے۔" بتایا نئی سائنسی.
تصویری کریڈٹ: کوانٹم گائروسکوپ میں پھنسے ہوئے ٹھنڈے روبیڈیم ایٹموں کے بادل میں مداخلت کے نمونے ظاہر ہوتے ہیں نیشنل انسٹی ٹیوٹ آف اسٹینڈرڈز اینڈ ٹکنالوجی (NIST)
