क्वांटम प्रौद्योगिकी: अतिचालक प्रक्रियाओं में नई अंतर्दृष्टि

क्वांटम कंप्यूटर का विकास जो उन समस्याओं को हल कर सकता है, जिन्हें पारंपरिक कंप्यूटर बहुत प्रयास से ही हल कर सकते हैं या बिल्कुल भी हल नहीं कर सकते हैं - यह लक्ष्य वर्तमान में दुनिया भर में लगातार बढ़ती शोध टीमों द्वारा अपनाया जा रहा है। कारण: क्वांटम प्रभाव, जो सबसे छोटे कणों और संरचनाओं की दुनिया से उत्पन्न होते हैं, कई नए तकनीकी अनुप्रयोगों को सक्षम करते हैं। तथाकथित सुपरकंडक्टर, जो क्वांटम यांत्रिकी के नियमों के अनुसार सूचना और संकेतों को संसाधित करने की अनुमति देते हैं, क्वांटम कंप्यूटर को साकार करने के लिए आशाजनक घटक माने जाते हैं। हालाँकि, सुपरकंडक्टिंग नैनोस्ट्रक्चर का एक महत्वपूर्ण बिंदु यह है कि वे केवल बहुत कम तापमान पर काम करते हैं और इसलिए उन्हें व्यावहारिक अनुप्रयोगों में लाना मुश्किल है।

मुंस्टर विश्वविद्यालय और फ़ोर्सचुंग्सेंट्रम जुलिच के शोधकर्ताओं ने अब पहली बार उच्च तापमान वाले सुपरकंडक्टर से बने नैनोवायर में ऊर्जा क्वांटाइजेशन के रूप में जाना जाने वाला प्रदर्शन किया है - यानी सुपरकंडक्टर, जिसमें तापमान इतना अधिक होता है कि क्वांटम यांत्रिक प्रभाव प्रबल हो जाते हैं। सुपरकंडक्टिंग नैनोवायर तब केवल चयनित ऊर्जा अवस्थाओं को ग्रहण करता है जिनका उपयोग सूचना को एनकोड करने के लिए किया जा सकता है। उच्च तापमान वाले सुपरकंडक्टर में, शोधकर्ता पहली बार एकल फोटॉन के अवशोषण का भी निरीक्षण करने में सक्षम थे, जो एक प्रकाश कण है जो सूचना संचारित करने का काम करता है।

"एक तरफ, हमारे परिणाम भविष्य में क्वांटम प्रौद्योगिकियों में काफी सरलीकृत शीतलन प्रौद्योगिकी के उपयोग में योगदान दे सकते हैं, और दूसरी ओर, वे हमें सुपरकंडक्टिंग अवस्थाओं और उनकी गतिशीलता को नियंत्रित करने वाली प्रक्रियाओं में पूरी तरह से नई अंतर्दृष्टि प्रदान करते हैं, जिन्हें अभी भी समझा नहीं गया है," मुंस्टर विश्वविद्यालय में भौतिकी संस्थान के अध्ययन नेता जून प्रो. कार्स्टन शुक ने जोर दिया। इसलिए परिणाम नए प्रकार की कंप्यूटर प्रौद्योगिकी के विकास के लिए प्रासंगिक हो सकते हैं। अध्ययन नेचर कम्युनिकेशंस पत्रिका में प्रकाशित हुआ है।

वैज्ञानिकों ने इट्रियम, बेरियम, कॉपर ऑक्साइड और ऑक्सीजन या संक्षेप में YBCO तत्वों से बने सुपरकंडक्टर का इस्तेमाल किया, जिससे उन्होंने कुछ नैनोमीटर पतले तार बनाए। जब ​​ये संरचनाएँ विद्युत प्रवाह का संचालन करती हैं तो 'चरण स्लिप' नामक भौतिक गतिकी होती है। YBCO नैनोवायर के मामले में, चार्ज वाहक घनत्व में उतार-चढ़ाव सुपरकरंट में भिन्नता का कारण बनता है। शोधकर्ताओं ने 20 केल्विन से कम तापमान पर नैनोवायर में प्रक्रियाओं की जांच की, जो माइनस 253 डिग्री सेल्सियस के बराबर है। मॉडल गणनाओं के संयोजन में, उन्होंने नैनोवायर में ऊर्जा अवस्थाओं का परिमाणीकरण प्रदर्शित किया। जिस तापमान पर तार क्वांटम अवस्था में प्रवेश करते हैं वह 12 से 13 केल्विन पाया गया - यह तापमान सामान्य रूप से उपयोग की जाने वाली सामग्रियों के लिए आवश्यक तापमान से कई सौ गुना अधिक है। इसने वैज्ञानिकों को रेज़ोनेटर बनाने में सक्षम बनाया, यानी विशिष्ट आवृत्तियों पर ट्यून किए गए ऑसिलेटिंग सिस्टम, बहुत लंबे जीवनकाल के साथ और लंबे समय तक क्वांटम यांत्रिक अवस्थाओं को बनाए रखने के लिए। यह हमेशा बड़े क्वांटम कंप्यूटरों के दीर्घकालिक विकास के लिए एक शर्त है।

क्वांटम प्रौद्योगिकियों के विकास के लिए और भी महत्वपूर्ण घटक, लेकिन संभावित रूप से चिकित्सा निदान के लिए भी, ऐसे डिटेक्टर हैं जो एकल-फ़ोटॉन को भी पंजीकृत कर सकते हैं। मुंस्टर विश्वविद्यालय में कार्स्टन शुक का शोध समूह कई वर्षों से सुपरकंडक्टर पर आधारित ऐसे एकल-फ़ोटॉन डिटेक्टर विकसित करने पर काम कर रहा है। जो पहले से ही कम तापमान पर अच्छी तरह से काम करता है, दुनिया भर के वैज्ञानिक एक दशक से अधिक समय से उच्च तापमान वाले सुपरकंडक्टर के साथ हासिल करने की कोशिश कर रहे हैं। अध्ययन के लिए इस्तेमाल किए गए YBCO नैनोवायर में, यह प्रयास अब पहली बार सफल हुआ है। शुक शोध समूह के सह-लेखक मार्टिन वोल्फ कहते हैं, "हमारे नए निष्कर्ष नए प्रयोगात्मक रूप से सत्यापन योग्य सैद्धांतिक विवरणों और तकनीकी विकास का मार्ग प्रशस्त करते हैं।"

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