জন্য নতুন সম্ভাবনার উন্মোচন কোয়ান্টাম সেন্সর, পারমাণবিক ঘড়ি এবং মৌলিক পদার্থবিদ্যার পরীক্ষা, JILA গবেষকরা বিপুল সংখ্যক কণার বৈশিষ্ট্যকে "জলানো" বা আন্তঃসংযুক্ত করার নতুন উপায় তৈরি করেছেন। প্রক্রিয়ায়, তারা বিঘ্নিত, কোলাহলপূর্ণ পরিবেশেও আরও সঠিকভাবে পরমাণুর বড় গ্রুপ পরিমাপ করার উপায় তৈরি করেছে।
উচ্চ নির্ভুলতার পারমাণবিক ঘড়ি, যেমন এখানে চিত্রিত "টুইজার ঘড়ি", "স্পিন স্কুইজিং" নামে পরিচিত একটি পদ্ধতির মাধ্যমে একটি নতুন উপায়ে পরমাণুগুলিকে সংযুক্ত করা বা "জড়িত" করার ফলে হতে পারে, যেখানে একটি পরমাণুর একটি বৈশিষ্ট্য আরও নিখুঁতভাবে পরিমাপ করা হয় একটি পরিপূরক সম্পত্তি পরিমাপ করা হয় এমন নির্ভুলতা হ্রাস করে সাধারণত কোয়ান্টাম মেকানিক্সে অনুমোদিত হয়। ইমেজ ক্রেডিট: এস. বারোজ/জিলা
নতুন কৌশলগুলি প্রকাশিত এক জোড়া কাগজে বর্ণিত হয়েছে প্রকৃতি। JILA হল ন্যাশনাল ইনস্টিটিউট অফ স্ট্যান্ডার্ডস অ্যান্ড টেকনোলজি (NIST) এবং কলোরাডো বোল্ডার বিশ্ববিদ্যালয়ের একটি যৌথ ইনস্টিটিউট।
"জলপাথান হল পরিমাপ বিজ্ঞানের পবিত্র কন্ঠস্বর," বলেছেন আনা মারিয়া রে, একজন তাত্ত্বিক পদার্থবিদ এবং একজন JILA এবং NIST ফেলো৷
"পরমাণু সর্বকালের সেরা সেন্সর। তারা সর্বজনীন। সমস্যা হল যে তারা কোয়ান্টাম বস্তু, তাই তারা অভ্যন্তরীণভাবে কোলাহলপূর্ণ। আপনি যখন তাদের পরিমাপ করেন, কখনও কখনও তারা এক শক্তি অবস্থায় থাকে, কখনও কখনও তারা অন্য অবস্থায় থাকে। আপনি যখন তাদের আটকাবেন, আপনি গোলমাল বাতিল করতে পরিচালনা করতে পারেন।"
যখন পরমাণুগুলি আটকে থাকে, তখন একটি পরমাণুর যা ঘটে তা সমস্ত পরমাণুকে প্রভাবিত করে। কয়েক ডজন — আরও ভাল, শত শত — একত্রে কাজ করা আওয়াজ কমায়, এবং পরিমাপ থেকে সংকেত আরও স্পষ্ট, আরও নিশ্চিত হয়ে ওঠে। জড়ো হওয়া পরমাণুগুলিও বিজ্ঞানীদের তাদের পরিমাপ চালানোর প্রয়োজনের সংখ্যা কমিয়ে দেয়, কম সময়ে ফলাফল পায়।
স্পিনট্রনিক্স - শৈল্পিক ধারণা। ইমেজ ক্রেডিট: Creativity103 এর মাধ্যমে ফ্লিকার, সিসি বাই 2.0
ফাঁদে ফেলার একটি উপায় হল স্পিন স্কুইজিং নামে একটি প্রক্রিয়া। কোয়ান্টাম পদার্থবিদ্যার নিয়ম মেনে চলে এমন সমস্ত বস্তুর মতো, পরমাণুগুলি একসাথে একাধিক শক্তি অবস্থায় থাকতে পারে, একটি ক্ষমতা যা সুপারপজিশন নামে পরিচিত। স্পিন স্কুইজিং একটি পরমাণুর সমস্ত সম্ভাব্য সুপারপজিশন অবস্থাকে মাত্র কয়েকটি সম্ভাবনায় হ্রাস করে। এটা একটা বেলুন চেপে ধরার মত।
যখন আপনি বেলুনটি চেপে দেন, তখন মাঝখানের অংশটি সঙ্কুচিত হয় এবং বিপরীত প্রান্তটি বড় হয়। যখন পরমাণুগুলিকে স্পিন করা হয়, তখন সম্ভাব্য অবস্থার পরিসর কিছু দিক থেকে সরু হতে পারে এবং অন্য দিকে প্রসারিত হতে পারে।
তবে একে অপরের থেকে দূরে থাকা পরমাণুগুলিকে আটকানো কঠিন। পরমাণুর সবচেয়ে কাছের পরমাণুর সাথে শক্তিশালী মিথস্ক্রিয়া আছে; পরমাণু যত দূরে থাকবে, তাদের মিথস্ক্রিয়া তত দুর্বল হবে।
কোয়ান্টাম ফিজিক্স, এক্সিটনের সমুদ্র - শৈল্পিক ব্যাখ্যা। চিত্র ক্রেডিট: আনস্প্ল্যাশের মাধ্যমে সিগমুন্ড, বিনামূল্যে লাইসেন্স
ভিড়ের পার্টিতে লোকেরা কথা বলার মতো এটিকে ভাবুন। একে অপরের খুব কাছের লোকেরা একটি কথোপকথন করতে পারে, কিন্তু রুম জুড়ে যারা খুব কমই শুনতে পারে, এবং তথ্য লাইনের নিচে হারিয়ে যায়। বিজ্ঞানীরা চান পরমাণুর পুরো দল একই সময়ে একে অপরের সাথে কথা বলুক। বিশ্বজুড়ে পদার্থবিদরা সেই ফাঁদে ফেলার জন্য বিভিন্ন উপায় দেখছেন।
"সম্প্রদায়ের একটি প্রধান লক্ষ্য হল স্বল্প সময়ের মধ্যে উচ্চ-নির্ভুলতা পরিমাপ পেতে বিভ্রান্তিকর রাজ্যগুলি তৈরি করা," বলেছেন অ্যাডাম কাউফম্যান, একজন পদার্থবিদ এবং JILA ফেলো৷
কাউফম্যান এবং রে সেই ফাঁদে ফেলার জন্য প্রস্তাব নিয়ে একসাথে কাজ করেছিলেন, যার মধ্যে একটি অস্ট্রিয়ার ইনসব্রুক বিশ্ববিদ্যালয়ের রে এবং তার সহযোগীরা প্রদর্শন করেছেন।
এই পরীক্ষায়, দলটি একটি ফাঁদে 51টি ক্যালসিয়াম আয়ন সারিবদ্ধ করে এবং তাদের মধ্যে মিথস্ক্রিয়া প্ররোচিত করতে লেজার ব্যবহার করে। এর কারণ হল লেজার ফোননকে উত্তেজিত করে, পরমাণুর মধ্যে শব্দ তরঙ্গের মতো কম্পন।
এই ফোননগুলি পরমাণুর রেখার নিচে ছড়িয়ে পড়ে, তাদের একসাথে সংযুক্ত করে। পূর্বের পরীক্ষা-নিরীক্ষায়, এই লিঙ্কগুলিকে স্থির করার জন্য ইঞ্জিনিয়ার করা হয়েছিল, তাই একটি আয়ন শুধুমাত্র একটি নির্দিষ্ট আয়নগুলির সাথে কথা বলতে পারে যখন লেজারগুলি দ্বারা আলোকিত হয়।
কোয়ান্টাম স্টেটস, কোয়ান্টাম ফিজিক্স – শৈল্পিক ব্যাখ্যা। চিত্র ক্রেডিট: আনস্প্ল্যাশের মাধ্যমে বেন উইকস, বিনামূল্যে লাইসেন্স
বাহ্যিক চৌম্বক ক্ষেত্র যোগ করে, লিঙ্কগুলিকে গতিশীল, ক্রমবর্ধমান এবং সময়ের সাথে পরিবর্তন করা সম্ভব হয়েছিল। এর অর্থ হল একটি আয়ন যা প্রথমে আয়নগুলির একটি গ্রুপের সাথে কথা বলতে পারে একটি ভিন্ন দলের সাথে কথা বলতে পারে এবং শেষ পর্যন্ত, এটি অ্যারের অন্যান্য সমস্ত আয়নের সাথে কথা বলতে সক্ষম হয়েছিল।
এটি সেই দূরত্বের সমস্যাটি কাটিয়ে ওঠে, রে বলে, এবং পারমাণবিক লাইনের নিচে মিথস্ক্রিয়াগুলি শক্তিশালী ছিল। এখন সমস্ত পরমাণু একসাথে কাজ করছিল, এবং তারা সবাই পথের বার্তা না হারিয়ে একে অপরের সাথে কথা বলতে পারে।
অল্প সময়ের মধ্যে, আয়নগুলি জড়িয়ে পড়ে, একটি স্পিন-সকুইজড অবস্থা তৈরি করে, কিন্তু আরও কিছু সময়ের সাথে, তারা একটি বিড়াল রাজ্যে রূপান্তরিত হয়। এই রাজ্যের নামকরণ করা হয়েছে এরউইন শ্রোডিঞ্জারের সুপারপজিশন সম্পর্কে বিখ্যাত চিন্তা পরীক্ষার জন্য, যেখানে তিনি প্রস্তাব করেছিলেন যে একটি একটি বাক্সে আটকে থাকা বিড়ালটি জীবিত এবং মৃত উভয়ই যতক্ষণ না বাক্সটি খোলা হয় এবং এর অবস্থা পর্যবেক্ষণ করা যায়।
পরমাণুর জন্য, একটি বিড়াল অবস্থা হল একটি বিশেষ ধরনের সুপারপজিশন যেখানে পরমাণুগুলি একই সময়ে উপরে এবং নীচের মত দুটি ভিন্ন ভিন্ন অবস্থায় থাকে। বিড়ালের রাজ্যগুলি অত্যন্ত জটিল, রে উল্লেখ করে, যা পরিমাপ বিজ্ঞানের জন্য বিশেষভাবে দুর্দান্ত করে তোলে।
পরের ধাপে পরমাণুর দ্বি-মাত্রিক অ্যারের সাথে এই কৌশলটি চেষ্টা করা হবে, পরমাণুর সংখ্যা বাড়াতে হবে যাতে তারা এই আটকে থাকা অবস্থায় কতক্ষণ থাকতে পারে। উপরন্তু, এটি সম্ভাব্যভাবে বিজ্ঞানীদের পরিমাপ আরও সুনির্দিষ্টভাবে এবং অনেক দ্রুত করতে দিতে পারে।
স্পিন-সকুইজিং এন্ট্যাঙ্গলমেন্ট অপটিক্যাল পারমাণবিক ঘড়িগুলিকেও উপকৃত করতে পারে, যা একটি গুরুত্বপূর্ণ পরিমাপ বিজ্ঞানের সরঞ্জাম। NIST/JILA সহকর্মী জুন ইয়েস গ্রুপের সহযোগীদের সাথে JILA-তে কাউফম্যান এবং তার গ্রুপ, একটি ভিন্ন পদ্ধতি পরীক্ষা করেছেন এই ইস্যুতে আরেকটি গবেষণা প্রকৃতি।
গবেষকরা একটি অপটিক্যাল জালিতে 140টি স্ট্রন্টিয়াম পরমাণু লোড করেছেন, পরমাণুগুলিকে ধরে রাখার জন্য একটি আলোর সমতল। তারা সূক্ষ্মভাবে নিয়ন্ত্রিত আলোর রশ্মি ব্যবহার করে, যাকে বলা হয় অপটিক্যাল টুইজার, পরমাণুকে 16 থেকে 70টি পরমাণুর ছোট উপগোষ্ঠীতে স্থাপন করতে।
একটি উচ্চ-শক্তি অতিবেগুনী লেজারের সাহায্যে, তারা পরমাণুগুলিকে তাদের স্বাভাবিক "ঘড়ি" অবস্থা এবং উচ্চ-শক্তির রাইডবার্গ অবস্থার একটি সুপারপজিশনে উত্তেজিত করে। এই কৌশলটিকে Rydberg ড্রেসিং বলা হয়।
ঘড়ির রাজ্যের পরমাণুগুলি ভিড়ের পার্টিতে শান্ত মানুষের মতো; তারা দৃঢ়ভাবে অন্যদের সাথে যোগাযোগ করে না। কিন্তু রাইডবার্গ রাজ্যের পরমাণুর জন্য, পরমাণুর কেন্দ্র থেকে সবচেয়ে বাইরের ইলেকট্রনটি এত দূরে যে পরমাণুটি কার্যকরভাবে আকারে খুব বড়, এটি অন্যান্য পরমাণুর সাথে আরও দৃঢ়ভাবে যোগাযোগ করতে সক্ষম করে।
এখন পুরো দল কথা বলছে। এই স্পিন স্কুইজিং কৌশলের সাহায্যে তারা 70টি পরমাণুর পুরো অ্যারে জুড়ে জট তৈরি করতে পারে।
গবেষকরা 70-পরমাণু গোষ্ঠীর মধ্যে ফ্রিকোয়েন্সি পরিমাপের তুলনা করেছেন এবং দেখেছেন যে এই এনট্যাঙ্গেলমেন্টটি সীমার নিচে সূক্ষ্মতা উন্নত করেছে, যা স্ট্যান্ডার্ড কোয়ান্টাম সীমা হিসাবে পরিচিত।
দ্রুত, আরও সুনির্দিষ্ট পরিমাপ এই ঘড়িগুলিকে অন্ধকার পদার্থ অনুসন্ধান করতে এবং আরও ভাল সময় এবং ফ্রিকোয়েন্সি পরিমাপ তৈরি করতে আরও ভাল সেন্সর হতে দেয়।
পেপারস:
জোহানেস ফ্রাঙ্ক, শন আর. মুলেডি, রাফেল কাব্রুয়েগার, ফ্লোরিয়ান ক্রানজল, রেনার ব্লাট, আনা মারিয়া রে, মনোজ কে. জোশি এবং ক্রিশ্চিয়ান এফ. রুস। সসীম-পরিসরের মিথস্ক্রিয়াগুলির মাধ্যমে অপটিক্যাল ট্রানজিশনে কোয়ান্টাম-বর্ধিত সেন্সিং। প্রকৃতি। 30 আগস্ট, 2023। DOI: 10.1038 / s41586-023-06472-z- র
উইলিয়াম জে একনার, নেলসন ডার্কওয়াহ ওপং, অ্যালেক কাও, অ্যারন ডব্লিউ ইয়ং, উইলিয়াম আর মিলনার, জন এম রবিনসন, জুন ই এবং অ্যাডাম এম কাউফম্যান। একটি অপটিক্যাল ঘড়িতে Rydberg মিথস্ক্রিয়াগুলির সাথে স্পিন স্কুইজিং উপলব্ধি করা। প্রকৃতি। 30 আগস্ট, 2023। DOI: 10.1038/s41586-023-06360-6
উত্স: , NIST
