વૈજ્ઞાનિકો "બીજી ક્વોન્ટમ ક્રાંતિ" માટે પ્રાયોગિક પ્લેટફોર્મ વિકસાવે છે

વૈજ્ઞાનિકોએ ઓપ્ટિકલ જાળીમાં દ્રવ્ય-તરંગ ધ્રુવીયની રચનાની જાણ કરી છે, જે એક પ્રાયોગિક શોધ છે જે અલ્ટ્રાકોલ્ડ અણુઓનો ઉપયોગ કરીને ડાયરેક્ટ ક્વોન્ટમ સિમ્યુલેશન દ્વારા કેન્દ્રીય ક્વોન્ટમ વિજ્ઞાન અને તકનીકી નમૂનાના અભ્યાસને સક્ષમ કરે છે.

મેટર-વેવ પોલેરિટોન્સની શોધ ફોટોનિક ક્વોન્ટમ ટેક્નોલોજી પર નવો પ્રકાશ પાડે છે

નેચર ફિઝિક્સ જર્નલમાં પ્રકાશિત થયેલ સંશોધન 'સેકન્ડ ક્વોન્ટમ રિવોલ્યુશન' માટે નવલકથા પ્લેટફોર્મ પૂરું પાડે છે.

પ્રાયોગિક પ્લેટફોર્મનો વિકાસ જે ક્વોન્ટમ સાયન્સ એન્ડ ટેક્નોલોજી (QIST) ના ક્ષેત્રને આગળ ધપાવે છે તે કોઈપણ ઉભરતી તકનીક માટે સામાન્ય ફાયદા અને પડકારોના અનન્ય સમૂહ સાથે આવે છે. સ્ટોની બ્રુક યુનિવર્સિટીના સંશોધકો, ડોમિનિક સ્નેબલ, પીએચડીની આગેવાની હેઠળ, ઓપ્ટિકલ જાળીમાં દ્રવ્ય-તરંગ ધ્રુવીય રચનાની જાણ કરે છે, એક પ્રાયોગિક શોધ જે અલ્ટ્રાકોલ્ડ અણુઓનો ઉપયોગ કરીને સીધા ક્વોન્ટમ સિમ્યુલેશન દ્વારા કેન્દ્રીય QIST નમૂનાના અભ્યાસને મંજૂરી આપે છે. વિજ્ઞાનીઓ પ્રોજેક્ટ કરે છે કે તેમના નવલકથા ક્વાસિપાર્ટિકલ્સ, જે સામગ્રી અને ઉપકરણોમાં મજબૂત રીતે સંપર્ક કરતા ફોટોનનું અનુકરણ કરે છે પરંતુ કેટલાક સહજ પડકારોને અટકાવે છે, તે QIST પ્લેટફોર્મના વધુ વિકાસને લાભ કરશે જે કમ્પ્યુટિંગ અને સંચાર તકનીકમાં ક્રાંતિ લાવવા માટે તૈયાર છે.



સંશોધનના તારણો જર્નલમાં પ્રકાશિત થયેલા પેપરમાં વિગતવાર છે નેચર ફિઝિક્સ.

આ અભ્યાસ મૂળભૂત ધ્રુવીય ગુણધર્મો અને સંબંધિત અનેક-શરીર ઘટનાઓ પર પ્રકાશ પાડે છે, અને તે ધ્રુવીય ક્વોન્ટમ બાબતના અભ્યાસ માટે નવી શક્યતાઓ ખોલે છે.

ફોટોન-આધારિત QIST પ્લેટફોર્મ્સ સાથે કામ કરવામાં એક મહત્વપૂર્ણ પડકાર એ છે કે જ્યારે ફોટોન ક્વોન્ટમ માહિતીના આદર્શ વાહક હોઈ શકે છે ત્યારે તેઓ સામાન્ય રીતે એકબીજા સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરતા નથી. આવી ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓની ગેરહાજરી તેમની વચ્ચે ક્વોન્ટમ માહિતીના નિયંત્રિત વિનિમયને પણ અટકાવે છે. વિજ્ઞાનીઓએ સામગ્રીમાં ભારે ઉત્તેજના માટે ફોટોનને જોડીને આની આસપાસનો માર્ગ શોધી કાઢ્યો છે, આમ પ્રકાશ અને દ્રવ્ય વચ્ચે ધ્રુવીય, કાઇમરા જેવા સંકર બનાવે છે. આ ભારે ક્વાસિપાર્ટિકલ્સ વચ્ચે અથડામણ પછી ફોટોન માટે અસરકારક રીતે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરવાનું શક્ય બનાવે છે. આ ફોટોન-આધારિત ક્વોન્ટમ ગેટ ઓપરેશન્સ અને આખરે સમગ્ર QIST ઈન્ફ્રાસ્ટ્રક્ચરના અમલીકરણને સક્ષમ કરી શકે છે.


જો કે, એક મોટો પડકાર એ છે કે આ ફોટોન-આધારિત ધ્રુવીયોનું મર્યાદિત જીવનકાળ પર્યાવરણ સાથેના તેમના રેડિયેટિવ જોડાણને કારણે છે, જે અનિયંત્રિત સ્વયંસ્ફુરિત સડો અને અસંબંધ તરફ દોરી જાય છે.

પોલેરિટોન અભ્યાસમાં સંશોધનના તારણોનું કલાત્મક રેન્ડરીંગ, ઓપ્ટિકલ જાળીમાં અણુઓ એક ઇન્સ્યુલેટીંગ તબક્કો (ડાબે) બનાવે છે તે દર્શાવે છે; લીલો રંગ (કેન્દ્ર) દ્વારા રજૂ કરાયેલ માઇક્રોવેવ રેડિયેશન દ્વારા મધ્યસ્થી વેક્યૂમ કપ્લિંગ દ્વારા મેટર-વેવ પોલેરિટોન્સમાં ફેરવાતા અણુઓ; ધ્રુવીય ધ્રુવીય ગતિશીલ બને છે અને મજબૂત વેક્યૂમ કપ્લીંગ (જમણે) માટે સુપરફ્લુઇડ તબક્કો બનાવે છે. ક્રેડિટ: અલ્ફોન્સો લનુઝા/શ્નેબલ લેબ/સ્ટોની બ્રૂક યુનિવર્સિટી.

શ્નેબલ અને સાથીદારોના જણાવ્યા અનુસાર, તેમના પ્રકાશિત પોલેરિટોન સંશોધન સ્વયંસ્ફુરિત સડોને કારણે થતી આવી મર્યાદાઓને સંપૂર્ણપણે અટકાવે છે. તેમના ધ્રુવીકરણના ફોટોન પાસાઓ સંપૂર્ણપણે અણુ પદાર્થના તરંગો દ્વારા વહન કરવામાં આવે છે, જેના માટે આવી અનિચ્છનીય સડો પ્રક્રિયાઓ અસ્તિત્વમાં નથી. આ લક્ષણ પેરામીટર શાસનની ઍક્સેસ ખોલે છે જે ફોટોન-આધારિત ધ્રુવીય પ્રણાલીઓમાં સુલભ નથી અથવા હજુ સુધી નથી.

"છેલ્લી સદીમાં ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સનો વિકાસ પ્રભુત્વ ધરાવે છે, અને QIST અને તેની એપ્લિકેશનના વિકાસ તરફ 'બીજી ક્વોન્ટમ ક્રાંતિ' હવે વિશ્વભરમાં સારી રીતે ચાલી રહી છે, જેમાં IBM, Google અને Amazon જેવા કોર્પોરેશનોનો સમાવેશ થાય છે," સ્નેબલ કહે છે, આર્ટસ એન્ડ સાયન્સ કોલેજમાં ભૌતિકશાસ્ત્ર અને ખગોળશાસ્ત્ર વિભાગમાં પ્રોફેસર. "અમારું કાર્ય કેટલીક મૂળભૂત ક્વોન્ટમ મિકેનિકલ અસરોને હાઇલાઇટ કરે છે જે QIST માં સેમિકન્ડક્ટર નેનોફોટોનિક્સથી સર્કિટ ક્વોન્ટમ ઇલેક્ટ્રોડાયનેમિક્સ સુધીની ઉભરતી ફોટોનિક ક્વોન્ટમ સિસ્ટમ્સ માટે રસ ધરાવે છે."


સ્ટોની બ્રુકના સંશોધકોએ તેમના પ્રયોગો એક પ્લેટફોર્મ સાથે હાથ ધર્યા હતા જેમાં ઓપ્ટિકલ જાળીમાં અલ્ટ્રાકોલ્ડ અણુઓ દર્શાવવામાં આવ્યા હતા, જે પ્રકાશના ઉભા તરંગો દ્વારા રચાયેલ ઇંડા-ક્રેટ જેવા સંભવિત લેન્ડસ્કેપ હતા. વિવિધ લેસરો અને નિયંત્રણ ક્ષેત્રો દર્શાવતા અને નેનોકેલ્વિન તાપમાન પર કાર્યરત સમર્પિત શૂન્યાવકાશ ઉપકરણનો ઉપયોગ કરીને, તેઓએ એક દૃશ્ય અમલમાં મૂક્યું જેમાં જાળી "ડ્રેસ" માં ફસાયેલા અણુઓ નાજુક, અસ્પષ્ટ પદાર્થના તરંગોથી બનેલા શૂન્યાવકાશ ઉત્તેજનાનાં વાદળો સાથે પોતાને બનાવે છે.

ટીમે શોધી કાઢ્યું કે, પરિણામે, ધ્રુવીય કણો વધુ મોબાઈલ બની જાય છે. સંશોધકો જાળીને હળવેથી હલાવીને તેમની આંતરિક રચનાની સીધી તપાસ કરવામાં સક્ષમ હતા, આમ દ્રવ્ય તરંગોના યોગદાન અને અણુ જાળી ઉત્તેજનાને ઍક્સેસ કરી શક્યા. જ્યારે એકલા છોડી દેવામાં આવે છે, ત્યારે મેટર-વેવ ધ્રુવીય જાળીમાંથી પસાર થાય છે, એકબીજા સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે અને ક્વાસિપાર્ટિકલ મેટરના સ્થિર તબક્કાઓ બનાવે છે.

"અમારા પ્રયોગ સાથે અમે નવલકથા શાસનમાં એક્સિટન-પોલરિટોન સિસ્ટમનું ક્વોન્ટમ સિમ્યુલેશન કર્યું," સ્નેબલ સમજાવે છે. "આવું કરવા માટેની શોધ analogue’ simulations, which in addition areએનાલોગ એ અર્થમાં કે સંબંધિત પરિમાણોને મુક્તપણે ડાયલ કરી શકાય છે, તે પોતે જ QIST ની અંદર એક મહત્વપૂર્ણ દિશા બનાવે છે."

સંદર્ભ: જુનહ્યુક ક્વોન, યંગશિન કિમ, આલ્ફોન્સો લાનુઝા અને ડોમિનિક સ્નેબલ દ્વારા, 31 માર્ચ 2022, "ઓપ્ટિકલ જાળીમાં મેટર-વેવ પોલેરીટોન્સની રચના" નેચર ફિઝિક્સ.
DOI: 10.1038/s41567-022-01565-4



સ્ટોની બ્રૂક સંશોધનમાં સ્નાતક વિદ્યાર્થીઓ જુનહ્યુક ક્વોન (હાલમાં સેન્ડિયા નેશનલ લેબોરેટરીમાં પોસ્ટડૉક), યંગશિન કિમ અને અલ્ફોન્સો લાનુઝાનો સમાવેશ થાય છે.

આ કાર્યને નેશનલ સાયન્સ ફાઉન્ડેશન (ગ્રાન્ટ # NSF PHY-1912546) દ્વારા લોંગ આઇલેન્ડ પરના SUNY સેન્ટર ફોર ક્વોન્ટમ ઇન્ફોર્મેશન સાયન્સના વધારાના ભંડોળ સાથે ભંડોળ પૂરું પાડવામાં આવ્યું હતું.