एक आयन जाल क्वांटम प्रयोगों के लिए परमाणुओं को नियंत्रित कर सकता है
वाई. कोलोम्बे/राष्ट्रीय मानक एवं प्रौद्योगिकी संस्थान/विज्ञान फोटो लाइब्रेरी
दशकों की खोज के बाद, शोधकर्ताओं ने परमाणुओं की एक श्रृंखला को 1डी चरण परिवर्तन से गुजरते देखा है जो इतना मायावी है कि यह केवल क्वांटम सिम्युलेटर के अंदर ही हो सकता है।
“एक प्रेरणा [for our experiment] वास्तव में मौलिक भौतिकी को समझने का प्रयास कर रहा है। हम केवल उन बुनियादी स्थितियों को समझने की कोशिश कर रहे हैं जिनमें कोई पदार्थ हो सकता है,” मैरीलैंड विश्वविद्यालय के अलेक्जेंडर शुकर्ट कहते हैं।
उन्होंने और उनके सहयोगियों ने येटरबियम तत्व के 23 आयनों को एक पंक्ति में व्यवस्थित करने के लिए विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रों का उपयोग किया, जिससे लगभग एक-आयामी श्रृंखला बन गई। इस उपकरण का उपयोग क्वांटम कंप्यूटिंग के लिए किया जा सकता है, लेकिन इस मामले में, शोधकर्ताओं ने इसके बजाय चेन को सिम्युलेटर के रूप में उपयोग किया।
इसके भीतर, उन्होंने एक समय में एक परमाणु वाला 1D येटरबियम चुंबक बनाया। पिछली गणनाओं में भविष्यवाणी की गई थी कि क्वांटम प्रभावों के कारण इस प्रकार का चुंबक गर्म होने पर अचुंबकीय हो जाएगा। लेकिन किसी भी पिछले प्रयोग ने इस चरण परिवर्तन को हासिल नहीं किया था।
कठिनाई का एक कारण यह है कि क्वांटम कंप्यूटर और सिमुलेटर जैसे सिस्टम आमतौर पर केवल तभी अच्छे से काम करते हैं जब वे बहुत ठंडे होते हैं। शुकर्ट का कहना है कि चरण परिवर्तन के लिए उन्हें गर्म करने से खराबी हो सकती है।
इससे बचने के लिए, उन्होंने और उनके सहयोगियों ने परमाणुओं की प्रारंभिक क्वांटम स्थिति को ट्यून किया ताकि, जैसे-जैसे समय बीतता गया, 1D चुंबक की सामूहिक स्थिति बदल गई जैसे कि उसका तापमान बढ़ गया हो। इससे पहले कभी न देखे गए चरण परिवर्तन का पता चला।
मिशिगन स्टेट यूनिवर्सिटी के मोहम्मद माघरेबी कहते हैं, यह उपलब्धि बहुत अनोखी है क्योंकि परमाणुओं की श्रृंखलाओं को आम तौर पर चरण परिवर्तन से नहीं गुजरना चाहिए। शोधकर्ता इसे इंजीनियर करने में केवल इसलिए सक्षम थे क्योंकि वे प्रत्येक आयन को दूसरों के साथ बातचीत कर सकते थे जो इससे बहुत दूर थे, भले ही वे स्पर्श नहीं कर रहे थे। इसने पूरी लाइन को एक असामान्य सामूहिक व्यवहार की ओर धकेल दिया।
माघरेबी कहते हैं, क्योंकि उनका सिम्युलेटर पदार्थ की ऐसी विदेशी अवस्थाओं को संभव बनाता है, इसका उपयोग उन सैद्धांतिक प्रणालियों का अध्ययन करने के लिए किया जा सकता है जो प्रकृति में बहुत दुर्लभ हो सकती हैं – या अस्तित्व में भी नहीं हैं।
शुकर्ट का सुझाव है कि क्वांटम सिमुलेटर अजीब विद्युत या चुंबकीय व्यवहारों को समझाने में भी मदद कर सकते हैं जो कुछ सामग्री वास्तविक दुनिया में दिखाती हैं। लेकिन ऐसा करने के लिए, इन उपकरणों को आज की तुलना में अधिक तापमान तक पहुंचने में सक्षम होना चाहिए। वे वर्तमान में केवल अत्यधिक ठंडे तापमान का मॉडल बना सकते हैं, लेकिन उनका कहना है कि उच्च तापमान सिमुलेशन पांच साल के भीतर संभव हो सकता है।
और इससे भी अधिक मौजूदा और सैद्धांतिक प्रणालियों का अध्ययन किया जा सकता है यदि सिमुलेटर को बड़ा बनाया जा सकता है, उदाहरण के लिए आयनों को दो-आयामी सरणियों में व्यवस्थित करके, इटली में ट्राइस्टे विश्वविद्यालय में एंड्रिया ट्रोम्बेटोनी कहते हैं। उनका कहना है, ”यह नई भौतिकी की खोज का सुझाव देगा।”
