सार:
जर्मनी में स्टटगार्ट विश्वविद्यालय के छठे भौतिकी संस्थान की अनुसंधान टीम ने घोषणा की कि उसने "सर्कुलर रिडबर्ग परमाणु" नामक एक विशेष क्वांटम प्रणाली पर एक ही समय में तीन विश्व रिकॉर्ड स्थापित किए हैं, जिसमें परमाणु जीवन, परमाणु आकार और लेजर जाल में अवधारण समय शामिल है। शोधकर्ताओं का मानना है कि इस सफलता से उच्च प्रदर्शन वाले क्वांटम सिमुलेटर के विकास को बढ़ावा मिलने और भविष्य में अधिक शक्तिशाली क्वांटम कंप्यूटर के निर्माण की नींव रखने की उम्मीद है।
क्वांटम सिमुलेटर एक नियंत्रित वातावरण में जटिल क्वांटम सिस्टम के व्यवहार को पुन: पेश कर सकते हैं और नई क्वांटम घटनाओं की खोज और क्वांटम कंप्यूटिंग तकनीक की पुष्टि के लिए एक महत्वपूर्ण मंच हैं। रिडबर्ग परमाणुओं को लंबे समय से क्वांटम सिमुलेशन और क्वांटम कंप्यूटिंग के क्षेत्र में आशाजनक उम्मीदवार इकाइयों के रूप में माना जाता है। हालाँकि, वे आसपास के वातावरण के प्रति बेहद संवेदनशील होते हैं और अक्सर बहुत कम समय के लिए ही स्थिर रह पाते हैं। यह संबंधित प्रौद्योगिकियों के विकास को सीमित करने वाली प्रमुख बाधाओं में से एक बन गया है।
अनुसंधान टीम के प्रमुख टिलमैन पफौ ने कहा कि उच्च प्रदर्शन वाले क्वांटम सिमुलेटर के विकास में रिडबर्ग परमाणुओं की स्थिरता में सुधार हमेशा एक मुख्य चुनौती रही है। टीम ने परमाणु स्थिरता समय को सफलतापूर्वक पिछले स्तर से 20 गुना तक बढ़ा दिया, जिससे बाद के क्वांटम प्रौद्योगिकी अनुप्रयोगों के लिए अधिक अनुकूल परिस्थितियां तैयार हुईं।
तथाकथित रिडबर्ग परमाणु एक परमाणु संरचना को संदर्भित करता है जिसमें इलेक्ट्रॉन नाभिक से दूर उच्च-ऊर्जा कक्षाओं में उत्साहित होते हैं। चूँकि इलेक्ट्रॉनों और नाभिक के बीच की दूरी बहुत बढ़ जाती है, ऐसे परमाणुओं का आकार सामान्य परमाणुओं से हजारों गुना तक पहुँच सकता है। बड़ा आकार अधिक दूरी पर पड़ोसी परमाणुओं के साथ क्वांटम इंटरैक्शन को सक्षम बनाता है, जो क्वांटम सिस्टम के निर्माण और नियंत्रण के लिए महत्वपूर्ण संपत्ति है।
शोधकर्ताओं ने कहा कि रिडबर्ग परमाणुओं के बीच संपर्क दूरी लगभग 5 माइक्रोन तक पहुंच सकती है, जो मानव बाल की मोटाई का लगभग दसवां हिस्सा है। हालाँकि यह अभी भी रोजमर्रा के पैमाने पर बहुत छोटा है, परमाणु दुनिया में यह पहले से ही काफी दूर है। यह एक कारण है कि तटस्थ परमाणु क्वांटम तकनीक रिडबर्ग परमाणुओं का पक्ष लेती है। इस प्रकार की तकनीक लेजर बीम के साथ अपरिवर्तित परमाणुओं को फंसाने और हेरफेर करके क्वांटम सूचना प्रसंस्करण को सक्षम बनाती है।
इस बार टीम के शोध का उद्देश्य गोलाकार रिडबर्ग परमाणु हैं। इस अवस्था में, उत्तेजित इलेक्ट्रॉन नाभिक के चारों ओर लगभग गोलाकार कक्षा में घूमते हैं। प्रयोग में, शोधकर्ताओं ने लगभग 1.1 माइक्रोन के व्यास के साथ एक इलेक्ट्रॉन कक्षा का सफलतापूर्वक निर्माण किया, जो सामान्य परमाणुओं की इलेक्ट्रॉन कक्षा से लगभग 10,000 गुना बड़ा है।
इस लक्ष्य को प्राप्त करने के लिए, टीम ने पर्यावरण में ब्लैकबॉडी विकिरण के हस्तक्षेप को दबाकर कमरे के तापमान पर अत्यंत स्थिर विशाल परमाणु बनाने के लिए एक विशेष प्रायोगिक मंच विकसित किया। अतीत में, इसी तरह के प्रयोगों के लिए अक्सर महंगे और जटिल अल्ट्रा-कम तापमान वाले वातावरण की आवश्यकता होती थी, लेकिन यह उपलब्धि हल्की परिस्थितियों में हासिल की गई, जिससे प्रौद्योगिकी की व्यावहारिकता में और सुधार हुआ।
प्रयोग के दौरान, शोधकर्ताओं ने सफलतापूर्वक तीन अंतरराष्ट्रीय रिकॉर्ड बनाए। सबसे पहले, उन्होंने एक गोल रिडबर्ग परमाणु के लिए अब तक दर्ज किए गए सबसे लंबे जीवनकाल को मापा। उत्तेजित इलेक्ट्रॉनों को स्थिर वृत्ताकार कक्षा में घूमने के लिए नियंत्रित करके, परमाणु 11 मिलीसेकंड तक स्थिर अवस्था में रहते हैं, जो मुक्त अंतरिक्ष में पिछली समान अवस्था से 20 गुना अधिक है।
दूसरे, अनुसंधान दल ने अब तक का सबसे बड़ा नियंत्रणीय गोलाकार रिडबर्ग परमाणु बनाया, जिसकी इलेक्ट्रॉन कक्षा लगभग 1.1 माइक्रोन तक पहुंच गई, जिसने संबंधित क्षेत्रों में एक नया रिकॉर्ड स्थापित किया।
तीसरा रिकॉर्ड लेजर ऑप्टिकल चिमटी में परमाणु कैप्चर के समय से आता है। शोधकर्ताओं ने इन विशाल परमाणुओं को 133 मिलीसेकंड तक सफलतापूर्वक जाल में रखने के लिए लेजर बीम का उपयोग किया, साथ ही एक नया विश्व रिकॉर्ड भी स्थापित किया।
शोधकर्ताओं ने बताया कि गोल Rydberg परमाणुओं का न केवल जीवनकाल लंबा होता है, बल्कि वे बाहरी गड़बड़ी के प्रति भी अधिक स्थिर होते हैं, जबकि Rydberg परमाणुओं की मजबूत अंतःक्रिया का महत्वपूर्ण लाभ अभी भी बरकरार है। ये विशेषताएँ इसे भविष्य के क्वांटम सिमुलेटर और क्वांटम कंप्यूटिंग प्लेटफ़ॉर्म के लिए एक आदर्श उम्मीदवार बनाती हैं।
जैसे-जैसे क्वांटम कंप्यूटिंग अनुसंधान आगे बढ़ रहा है, उद्योग आमतौर पर मानता है कि भविष्य के व्यावहारिक क्वांटम उपकरणों में उच्च स्थिरता, कम त्रुटि दर और मजबूत स्केलेबिलिटी की आवश्यकता होती है। स्टटगार्ट विश्वविद्यालय द्वारा प्राप्त परिणाम पहली बार साबित करते हैं कि गोलाकार रिडबर्ग परमाणु कमरे के तापमान पर दीर्घकालिक स्थिर नियंत्रण प्राप्त कर सकते हैं, जिससे क्वांटम संचालन में त्रुटि संचय समस्या में काफी कमी आने की उम्मीद है।
शोध टीम ने कहा कि अगला कदम क्वांटम सिमुलेशन और क्वांटम कंप्यूटिंग में इसकी व्यावहारिक अनुप्रयोग क्षमता का पता लगाने के लिए कई गोलाकार रिडबर्ग परमाणुओं से बना एक प्रोग्रामयोग्य क्वांटम सिस्टम बनाने का प्रयास करना होगा। जैसे-जैसे इन "विशाल परमाणुओं" के लिए नियंत्रण तकनीक परिपक्व होती जा रही है, क्वांटम कंप्यूटर उच्च प्रदर्शन और बड़े पैमाने पर संचालन के एक कदम और करीब हो सकते हैं।
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