ETH ज्यूरिख के वैज्ञानिकों ने श्रोडिंगर की भारी बिल्लियाँ बनाने में प्रगति की है, जो एक ही समय में जीवित (ऊपर) और मृत (नीचे) दोनों हो सकती हैं। साभार: ETH ज्यूरिख
यहां तक कि अगर आप क्वांटम भौतिक विज्ञानी नहीं हैं, तो आपने शायद श्रोडिंगर की प्रसिद्ध बिल्ली के बारे में सुना होगा। इरविन श्रोडिंगर 1935 में एक विचार प्रयोग में बिल्लियों के साथ आए जो एक ही समय में जीवित और मृत दोनों हो सकती हैं। स्पष्ट विरोधाभास – आखिरकार, रोजमर्रा की जिंदगी में हम केवल बिल्लियों को जीवित या मृत देखते हैं – ने वैज्ञानिकों को प्रयास करने के लिए प्रेरित किया है इन विट्रो में समान स्थितियों का बोध कराने के लिए। अब तक, वे ऐसा करने में सक्षम रहे हैं, उदाहरण के लिए, एक ही समय में दो स्थानों पर क्वांटम मैकेनिकल सुपरपोजिशन राज्यों में परमाणु या अणु।
ईटीएच में, सॉलिड स्टेट फिजिक्स लेबोरेटरी के एक प्रोफेसर, यिवेन चू के नेतृत्व में शोधकर्ताओं की एक टीम ने दोलन की दो अवस्थाओं के सुपरपोजिशन में एक छोटा क्रिस्टल रखकर नाटकीय रूप से भारी श्रोडिंगर की बिल्ली बनाई। परिणाम इस सप्ताह पत्रिका में प्रकाशित किए गए थे विज्ञानमैक्रोस्कोपिक दुनिया में क्वांटम सुपरपोजिशन क्यों नहीं देखे जाते हैं, इस रहस्य पर और अधिक शक्तिशाली qubits और शेड प्रकाश का कारण बन सकता है।
एक बॉक्स में बिल्ली
श्रोडिंगर के मूल विचार प्रयोग में, एक बिल्ली को रेडियोधर्मी सामग्री, एक गीजर काउंटर और जहर की एक शीशी के साथ धातु के बक्से के अंदर बंद कर दिया गया है। एक निश्चित समय सीमा में – एक घंटा, उदाहरण के लिए – पदार्थ में एक परमाणु एक निश्चित संभावना के साथ क्वांटम यांत्रिक प्रक्रिया के माध्यम से क्षय हो सकता है या नहीं भी हो सकता है, और क्षय उत्पादों के कारण एक गीजर काउंटर फट सकता है और एक तंत्र को ट्रिगर कर सकता है जो शीशी को चकनाचूर कर देता है। जहर जो अंततः बिल्ली को मार डालेगा।
चूँकि एक बाहरी पर्यवेक्षक यह नहीं जान सकता है कि परमाणु वास्तव में क्षय हुआ है या नहीं, वह यह भी नहीं जानता कि बिल्ली जीवित है या मृत – क्वांटम यांत्रिकी के अनुसार, जो एक परमाणु के क्षय को नियंत्रित करता है, यह एक जीवित/मृत सुपरपोजिशन अवस्था में होना चाहिए। (श्रोडिंगर के विचार को ज्यूरिख में हट्टेनस्ट्रैस 9 में उनके पूर्व घर के बाहर एक आदमकद बिल्ली की आकृति द्वारा याद किया जाता है।)
“बेशक, प्रयोगशाला में हम एक वास्तविक बिल्ली के साथ ऐसा प्रयोग नहीं कर सकते हैं जिसका वजन कई किलो है,” झोउ कहते हैं। इसके बजाय, वह और उसके सहयोगियों ने मूल परमाणु का प्रतिनिधित्व करने वाले सुपरकंडक्टिंग सर्किट के साथ, बिल्ली का प्रतिनिधित्व करते हुए एक ऑसिलेटिंग क्रिस्टल का उपयोग करके एक तथाकथित बिल्ली राज्य बनाने में कामयाबी हासिल की। यह सर्किट अनिवार्य रूप से एक qubit या qubit है जो तार्किक अवस्थाओं “0” या “1” या दोनों राज्यों के सुपरपोजिशन, “0 + 1” को ले सकता है।
क्वेट और क्रिस्टल “बिल्ली” के बीच की कड़ी एक गीजर काउंटर और जहर नहीं है, बल्कि पीजोइलेक्ट्रिक सामग्री की एक परत है जो एक विद्युत क्षेत्र बनाती है जब क्रिस्टल आकार बदलता है क्योंकि यह दोलन करता है। इस विद्युत क्षेत्र को क्यूबिट के विद्युत क्षेत्र से जोड़ा जा सकता है, और इस प्रकार क्वाइब की सुपरपोज़िशन स्थिति को क्रिस्टल में स्थानांतरित किया जा सकता है।
ईटीएच ज्यूरिख प्रयोग में, बिल्ली को एक क्रिस्टल (ऊपर और बाएं उड़ा) में दोलनों द्वारा दर्शाया गया है, जबकि क्षयकारी परमाणु को एक सुपरकंडक्टिंग सर्किट (नीचे) द्वारा क्रिस्टल से जोड़ा जाता है। साभार: ETH ज्यूरिख
विपरीत दिशाओं में एक साथ कंपन
नतीजतन, क्रिस्टल अब एक ही समय में दो दिशाओं में झूल सकता है – उदाहरण के लिए ऊपर/नीचे और नीचे/ऊपर। ये दो दिशाएँ बिल्ली की “जीवित” या “मृत” अवस्था का प्रतिनिधित्व करती हैं। “क्रिस्टल में दोलन की दो अवस्थाओं को सुपरइम्पोज़ करके, हमने प्रभावी रूप से 16-माइक्रोग्राम श्रोडिंगर की बिल्ली बनाई है,” झोउ बताते हैं। यह मोटे तौर पर रेत के एक महीन दाने का द्रव्यमान है और कहीं भी एक बिल्ली जितना बड़ा नहीं है, लेकिन यह अभी भी एक परमाणु या अणु से अरबों गुना भारी है, जो इसे अभी तक की सबसे मोटी क्वांटम बिल्ली बनाता है।
डगमगाने के लिए असली बिल्ली की स्थिति होने के लिए, यह महत्वपूर्ण है कि उन्हें नग्न आंखों से अलग किया जा सके। इसका मतलब यह है कि “ऊपर” और “नीचे” राज्यों के बीच अलगाव क्रिस्टल के भीतर परमाणुओं की स्थिति के किसी भी थर्मल या मात्रात्मक उतार-चढ़ाव से अधिक होना चाहिए। झोउ और उनके सहयोगियों ने सुपरकंडक्टिंग क्वाबिट का उपयोग करके दो राज्यों के स्थानिक अलगाव को मापकर इसकी जांच की। हालांकि मापी गई जुदाई एक मीटर के एक अरबवें हिस्से का केवल एक अरबवाँ हिस्सा था – एक परमाणु से छोटा, वास्तव में – यह राज्यों को स्पष्ट रूप से अलग करने के लिए काफी बड़ा था।
बिल्लियों के मामलों के साथ छोटी गड़बड़ी को मापें
भविष्य में, चू अपनी क्रिस्टल बिल्लियों की ब्लॉक सीमा को और भी आगे बढ़ाना चाहेगा। “यह दिलचस्प है क्योंकि यह हमें बेहतर ढंग से समझने की अनुमति देगा कि वास्तविक बिल्लियों की मैक्रोस्कोपिक दुनिया में क्वांटम प्रभाव क्यों गायब हो जाते हैं,” वह कहती हैं।
इस कुछ अकादमिक रुचि के अलावा, क्वांटम प्रौद्योगिकियों में संभावित अनुप्रयोग भी हैं। उदाहरण के लिए, एकल परमाणुओं या आयनों पर भरोसा करने के बजाय क्रिस्टल में बड़ी संख्या में परमाणुओं से बने कैट स्टेट्स का उपयोग करके क्यूबिट्स में संग्रहीत क्वांटम जानकारी को और अधिक मजबूत बनाया जा सकता है, जैसा कि वर्तमान में अभ्यास किया जाता है। इसके अलावा, बाहरी शोर के लिए सुपरपोज़िशन राज्यों में बड़े पैमाने पर वस्तुओं की अत्यधिक संवेदनशीलता का उपयोग गुरुत्वाकर्षण तरंगों जैसे छोटे गड़बड़ी के सटीक मापन या डार्क मैटर का पता लगाने के लिए किया जा सकता है।
अधिक जानकारी:
मारियस बिल्ड एट अल., श्रोडिंगर की बिल्ली एक 16 μg यांत्रिक दोलक को संदर्भित करती है, विज्ञान (2023)। डीओआई: 10.1126/science.adf7553
उद्धरण: दोलन की दो अवस्थाओं के सुपरपोजिशन में एक छोटे क्रिस्टल को रखकर प्राप्त सबसे भारी श्रिंगर की बिल्ली (2023, 20 अप्रैल) https://phys.org/news/2023-04-heaviest-schrdinger-cat- से 20 अप्रैल, 2023 को प्राप्त किया गया छोटा – क्रिस्टल। html
यह दस्तावेज कॉपीराइट के अधीन है। निजी अध्ययन या अनुसंधान के उद्देश्य से किसी भी निष्पक्ष व्यवहार के अलावा, लिखित अनुमति के बिना किसी भी भाग को पुन: प्रस्तुत नहीं किया जा सकता है। सामग्री केवल सूचनात्मक उद्देश्यों के लिए प्रदान की जाती है।
