वैज्ञानिकों ने खोजा परमाणु के चुंबकीय हृदय का रहस्य – क्वांटम कंप्यूटिंग के लिए नया द्वार खुला

एक प्रयोगशाला में परमाणु के चुंबकीय हृदय की स्पंदन क्षमता का समय-निर्धारण किया गया है, जब वह क्वांटम अवस्थाओं के बीच आगे-पीछे होता रहता है। भौतिकविदों ने टाइटेनियम-49 के एक परमाणु के नाभिक के साथ गति करते इलेक्ट्रॉनों का अवलोकन करने के लिए एक स्कैनिंग टनलिंग माइक्रोस्कोप का उपयोग किया, जिससे उन्हें पृथक रूप से नाभिक के चुंबकीय स्पंदन की अवधि का अनुमान लगाने में मदद मिली।

उन्होंने अपने शोधपत्र में लिखा है, “ये निष्कर्ष, नाभिकीय स्पिन शिथिलन की प्रकृति के बारे में परमाणु-स्तरीय अंतर्दृष्टि प्रदान करते हैं और परमाणु रूप से संयोजित क्यूबिट प्लेटफ़ॉर्म के विकास के लिए प्रासंगिक हैं।” स्पिन एक शब्द है जिसका उपयोग भौतिकविद कोणीय संवेग के क्वांटम संस्करण का वर्णन करने के लिए करते हैं। यह न केवल चुम्बकों के व्यवहार के लिए मौलिक है, बल्कि अक्सर सूचना के एक ‘बिट’, जिसे क्यूबिट कहा जाता है, के रूप में क्वांटम कंप्यूटिंग का आधार भी बनता है।भौतिक विज्ञानी कोणीय संवेग के क्वांटम संस्करण का वर्णन करने के लिए स्पिन शब्द का प्रयोग करते हैं। यह न केवल चुम्बकों के व्यवहार के लिए मौलिक है, बल्कि अक्सर क्वांटम कंप्यूटिंग का आधार भी बनता है, सूचना के एक ‘बिट’ के रूप में, जिसे क्यूबिट कहते हैं।

क्वांटम तूफ़ान में भिनभिनाते असंख्य उप-परमाणु कण नाभिक के समग्र स्पिन में योगदान करते हैं, हालाँकि जब वे एक विन्यास अपनाते हैं तो सामूहिक स्पिनों का उतार-चढ़ाव परमाणु के परिवेश से आसानी से प्रभावित होता है। पर्यावरण के हस्तक्षेप से पहले इस सामूहिक स्पिन अवस्था की विशेषताओं को जानने से इंजीनियरों को एक नए प्रकार का क्यूबिट प्रयोग करने का अवसर मिल सकता है। हालाँकि, नाभिक को प्रभावित किए बिना उसकी स्पिन अवस्था का अवलोकन करना एक वास्तविक दुविधा है। इसलिए नीदरलैंड के डेल्फ़्ट प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय के भौतिकविदों एवर्ट स्टोल्टे और जिनवोन ली के नेतृत्व में एक टीम ने सोचा कि वे परमाणु में इलेक्ट्रॉनों के व्यवहार को एक प्रॉक्सी के रूप में उपयोग कर सकते हैं।

कई साल पहले, शोधकर्ताओं ने यह निर्धारित किया था कि वे इलेक्ट्रॉनों और उनके नाभिक के बीच अतिसूक्ष्म अंतःक्रिया को एक मार्गदर्शक के रूप में उपयोग कर सकते हैं, बिना इसके चुंबकीय नृत्य में सीधे हस्तक्षेप किए। डेल्फ़्ट प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय के भौतिक विज्ञानी सैंडर ओट्टे बताते हैं, “कुछ साल पहले इलेक्ट्रॉन और नाभिकीय स्पिन के बीच तथाकथित अतिसूक्ष्म अंतःक्रिया का उपयोग करते हुए इस सामान्य विचार का प्रदर्शन किया गया था। हालाँकि, ये शुरुआती माप समय के साथ नाभिकीय स्पिन की गति को पकड़ने के लिए बहुत धीमे थे।”

इसकी भरपाई के लिए, शोधकर्ताओं ने एक स्पंदित मापन योजना विकसित की, जिसके तहत एक स्कैनिंग टनलिंग माइक्रोस्कोप एक ज्ञात नाभिकीय स्पिन वाले परमाणु को एक निरंतर माप के बजाय, बीच में एक विराम के साथ छोटे स्पंदों में मापता है। उन्होंने अपने प्रयोग के लिए टाइटेनियम का एक स्थिर, प्राकृतिक रूप से पाया जाने वाला समस्थानिक, जिसे टाइटेनियम-49 कहा जाता है, चुना। यह समस्थानिक नाभिकीय भौतिकी अनुसंधान के लिए एक लोकप्रिय विकल्प है क्योंकि इसके नाभिक में दिलचस्प चुंबकीय-प्रतिक्रियाशील गुण और एक मजबूत स्पिन होता है जिसका उपयोग वैज्ञानिक परमाणु नाभिक के व्यवहार को समझने के लिए कर सकते हैं।

अपने स्पंदित शासन के अंतर्गत, स्टोल्टे और ली ने अपने कंप्यूटर स्क्रीन पर प्रदर्शित रीडआउट में परमाणु के वास्तविक समय में स्विचिंग का अवलोकन किया। उन्होंने निर्धारित किया कि प्रत्येक स्विचिंग के बीच लगभग पाँच सेकंड का समय अंतराल था – एक ऐसा माप जो वे नाभिक के दोलन से भी तेज़ कर सकते थे। स्टोल्टे कहते हैं, “हम यह दर्शाने में सक्षम थे कि यह स्विचिंग नाभिकीय स्पिन के एक क्वांटम अवस्था से दूसरी क्वांटम अवस्था में और फिर वापस आने के अनुरूप है।” “किसी भी नए प्रयोगात्मक क्षेत्र में पहला कदम उसे मापने में सक्षम होना है, और यही हम परमाणु स्तर पर नाभिकीय स्पिन के लिए कर पाए।” यह शोध नेचर कम्युनिकेशंस में प्रकाशित हुआ है।

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