क्वांटम तंत्रज्ञान: अतिवाहक प्रक्रियांविषयी नवीन अंतर्दृष्टी

अशा क्वांटम संगणकाचा विकास करणे, जो अशा समस्या सोडवू शकेल ज्या पारंपरिक संगणक मोठ्या प्रयत्नांनी किंवा अजिबातच सोडवू शकत नाहीत—हे सध्या जगभरातील वाढत्या संख्येने असलेल्या संशोधक गटांचे ध्येय आहे. याचे कारण: क्वांटम परिणाम, जे सर्वात लहान कण आणि संरचनांच्या जगात उगम पावतात, अनेक नवीन तांत्रिक अनुप्रयोगांना सक्षम करतात. तथाकथित सुपरकंडक्टर्स, जे क्वांटम मेकॅनिक्सच्या नियमांनुसार माहिती आणि सिग्नलवर प्रक्रिया करण्यास परवानगी देतात, त्यांना क्वांटम संगणक साकारण्यासाठी आश्वासक घटक मानले जाते. तथापि, सुपरकंडक्टिंग नॅनोस्ट्रक्चर्सची एक अडचण अशी आहे की ते केवळ खूप कमी तापमानात कार्य करतात आणि म्हणूनच त्यांना व्यावहारिक उपयोगात आणणे कठीण आहे.

म्युन्स्टर विद्यापीठ आणि फॉर्शंग्सझेंट्रम युलिश येथील संशोधकांनी आता, प्रथमच, उच्च-तापमान सुपरकंडक्टरपासून बनवलेल्या नॅनोवायरमध्ये 'ऊर्जा क्वांटायझेशन' (energy quantization) नावाची प्रक्रिया दाखवून दिली आहे. हे असे सुपरकंडक्टर आहेत, ज्यात तापमान अशा पातळीपर्यंत वाढवले ​​जाते, ज्याच्या खाली क्वांटम मेकॅनिकल परिणाम प्रबळ ठरतात. त्यानंतर, सुपरकंडक्टिंग नॅनोवायर केवळ निवडक ऊर्जा अवस्था धारण करतो, ज्यांचा उपयोग माहिती सांकेतिक स्वरूपात मांडण्यासाठी केला जाऊ शकतो. या उच्च-तापमान सुपरकंडक्टरमध्ये, संशोधकांना माहिती प्रसारित करणाऱ्या प्रकाश कणांपैकी एक असलेल्या एका फोटॉनचे शोषण होताना प्रथमच पाहता आले.

“एकीकडे, आमचे निष्कर्ष भविष्यात क्वांटम तंत्रज्ञानामध्ये लक्षणीयरीत्या सुलभ शीतकरण तंत्रज्ञानाच्या वापरास हातभार लावू शकतात, आणि दुसरीकडे, ते आम्हाला अतिवाहक अवस्था आणि त्यांच्या गतिशीलतेवर नियंत्रण ठेवणाऱ्या प्रक्रियांबद्दल पूर्णपणे नवीन अंतर्दृष्टी देतात, ज्या अद्याप पूर्णपणे समजलेल्या नाहीत,” असे म्युनस्टर विद्यापीठाच्या भौतिकशास्त्र संस्थेतील अभ्यास प्रमुख ज्युनिअर प्रा. कार्स्टन शुक यांनी जोर देऊन सांगितले. त्यामुळे हे निष्कर्ष नवीन प्रकारच्या संगणक तंत्रज्ञानाच्या विकासासाठी उपयुक्त ठरू शकतात. हा अभ्यास ‘नेचर कम्युनिकेशन्स’ या नियतकालिकात प्रकाशित झाला आहे.

शास्त्रज्ञांनी यट्रियम, बेरियम, कॉपर ऑक्साइड आणि ऑक्सिजन या मूलद्रव्यांपासून बनवलेले सुपरकंडक्टर, म्हणजेच थोडक्यात YBCO, वापरले, ज्यापासून त्यांनी काही नॅनोमीटर जाडीच्या तारा तयार केल्या. जेव्हा या संरचना विद्युत प्रवाह वाहून नेतात, तेव्हा 'फेज स्लिप्स' नावाची भौतिक गतिशीलता घडते. YBCO नॅनोवायरच्या बाबतीत, चार्ज कॅरियर घनतेतील चढउतारामुळे सुपरकरंटमध्ये बदल होतात. संशोधकांनी नॅनोवायरमधील प्रक्रियांचा अभ्यास २० केल्विनपेक्षा कमी तापमानात केला, जे उणे २५३ अंश सेल्सिअसच्या बरोबर आहे. मॉडेलच्या गणितांच्या संयोगाने, त्यांनी नॅनोवायरमध्ये ऊर्जा स्थितींचे क्वांटायझेशन सिद्ध केले. ज्या तापमानात तारा क्वांटम स्थितीत प्रवेश करतात ते तापमान १२ ते १३ केल्विन असल्याचे आढळले—हे तापमान सामान्यतः वापरल्या जाणाऱ्या पदार्थांसाठी आवश्यक असलेल्या तापमानापेक्षा कित्येकशे पटीने जास्त आहे. यामुळे शास्त्रज्ञांना रेझोनेटर, म्हणजेच विशिष्ट फ्रिक्वेन्सीवर ट्यून केलेल्या दोलन प्रणाली, अधिक दीर्घायुषी बनवणे आणि क्वांटम मेकॅनिकल स्थिती अधिक काळ टिकवून ठेवणे शक्य झाले. सतत मोठ्या होत जाणाऱ्या क्वांटम संगणकांच्या दीर्घकालीन विकासासाठी ही एक पूर्वअट आहे.

क्वांटम तंत्रज्ञानाच्या विकासासाठी, आणि संभाव्यतः वैद्यकीय निदानासाठीही, एकल-फोटॉनचीही नोंद करू शकणारे डिटेक्टर हे आणखी महत्त्वाचे घटक आहेत. म्युनस्टर विद्यापीठातील कार्स्टन शुक यांचा संशोधन गट अनेक वर्षांपासून सुपरकंडक्टरवर आधारित असे एकल-फोटॉन डिटेक्टर विकसित करण्यावर काम करत आहे. जे कमी तापमानात आधीपासूनच चांगले काम करते, तेच उच्च-तापमान सुपरकंडक्टरच्या बाबतीत साध्य करण्याचा जगभरातील शास्त्रज्ञ एका दशकाहून अधिक काळापासून प्रयत्न करत आहेत. या अभ्यासासाठी वापरलेल्या YBCO नॅनोवायरमध्ये, हा प्रयत्न आता प्रथमच यशस्वी झाला आहे. शुक संशोधन गटातील सह-लेखक मार्टिन वुल्फ म्हणतात, “आमचे नवीन निष्कर्ष नवीन प्रायोगिकदृष्ट्या पडताळण्यायोग्य सैद्धांतिक वर्णने आणि तांत्रिक विकासाचा मार्ग मोकळा करतात.”

तुम्ही खात्री बाळगू शकता की आमचे संपादक पाठवलेल्या प्रत्येक अभिप्रायावर बारकाईने लक्ष ठेवतात आणि योग्य ती कारवाई करतील. तुमची मते आमच्यासाठी महत्त्वाची आहेत.

तुमचा ईमेल पत्ता केवळ प्राप्तकर्त्याला ईमेल कोणी पाठवला आहे हे कळवण्यासाठी वापरला जातो. तुमचा किंवा प्राप्तकर्त्याचा पत्ता इतर कोणत्याही कारणासाठी वापरला जाणार नाही. तुम्ही प्रविष्ट केलेली माहिती तुमच्या ई-मेल संदेशात दिसेल आणि Phys.org द्वारे ती कोणत्याही स्वरूपात जतन केली जात नाही.

साप्ताहिक आणि/किंवा दैनिक अपडेट्स तुमच्या इनबॉक्समध्ये मिळवा. तुम्ही कधीही सदस्यत्व रद्द करू शकता आणि आम्ही तुमची माहिती कोणत्याही तृतीय पक्षाला कधीही देणार नाही.

ही साइट नेव्हिगेशनमध्ये मदत करण्यासाठी, आमच्या सेवांच्या तुमच्या वापराचे विश्लेषण करण्यासाठी आणि तृतीय पक्षांकडून सामग्री प्रदान करण्यासाठी कुकीज वापरते. आमच्या साइटचा वापर करून, तुम्ही हे मान्य करता की तुम्ही आमचे गोपनीयता धोरण आणि वापराच्या अटी वाचल्या आहेत आणि समजून घेतल्या आहेत.