Oxford-এর হাইব্রিড কোয়ান্টাম কম্পিউটার Aharonov–Bohm প্রভাব সিমুলেট করেছে

একটি মৌলিক কোয়ান্টাম প্রভাব হাইব্রিড সিমুলেটরে

University of Oxford-এর পদার্থবিদেরা একটি hybrid quantum computer ব্যবহার করে quantum simulation-এ Aharonov–Bohm প্রভাব পর্যবেক্ষণ করেছেন। পদার্থ ও gauge field নিয়ে গবেষণার জন্য তৈরি একটি ব্যবস্থায় এই বিখ্যাত কোয়ান্টাম ঘটনাটি দেখা গেছে। Nature Physics-এ প্রকাশিত এই গবেষণায় একই পরীক্ষামূলক ব্যবস্থায় qubits ও quantum oscillators একত্র করা হয়েছে।

Aharonov–Bohm প্রভাব একটি স্বতন্ত্র কোয়ান্টাম ফলাফল ব্যাখ্যা করে: কোনো কণা একটি magnetic flux-এর চারপাশ দিয়ে যাওয়ার পর পরিমাপযোগ্য phase অর্জন করতে পারে, যদিও সেটি magnetic field থাকা অঞ্চলের মধ্য দিয়ে যায়নি। Yakir Aharonov ও David Bohm ১৯৫৯ সালে এই প্রভাবের পূর্বাভাস দিয়েছিলেন এবং পরে বাস্তব electrons দিয়ে তা নিশ্চিত করা হয়।

Oxford-এর ফলাফল সেই মৌলিক প্রদর্শনগুলোর বিকল্প নয়। বরং lattice gauge theory উপস্থাপনের জন্য তৈরি একটি quantum simulator-এ প্রভাবটি কীভাবে দেখা দেয়, তা দেখায়। এটি গুরুত্বপূর্ণ, কারণ lattice gauge theories পদার্থ ও gauge fields-এর পারস্পরিক ক্রিয়া বর্ণনা করতে ব্যবহৃত হয়, যার মধ্যে particle ও high-energy physics-এর মডেলও রয়েছে।

Gauge fields সিমুলেট করা হয় কেন?

গবেষকদের বর্ণিত lattice ছবিতে পদার্থ গ্রিডের বিন্দুতে থাকে, আর fields থাকে সেই বিন্দুগুলোকে যুক্ত করা links-এ। ব্যবস্থা বড় হলে যেসব interaction গণনা করা কঠিন হয়ে পড়ে, সেগুলো উপস্থাপনের একটি উপায় এই কাঠামো দেয়। Quantum many-body system-এ সম্ভাবনার সংখ্যা দ্রুত বাড়ায় classical computers এই scaling সমস্যার মুখোমুখি হয়।

Quantum simulation আরেকটি পথ দেওয়ার জন্য তৈরি। লক্ষ্য ব্যবস্থার প্রতিটি দিক প্রচলিত গণনার মাধ্যমে হিসাব করার বদলে গবেষকেরা এমন একটি নিয়ন্ত্রণযোগ্য quantum device তৈরি করেন, যার আচরণ সংশ্লিষ্ট নিয়ম মেনে চলে। সেই device-এর পরিমাপ থেকে simulated system কীভাবে সাড়া দেয় তা জানা যায়।

Oxford platform-টি hybrid, কারণ এতে দুই ধরনের quantum component—qubits ও quantum oscillators—একত্র হয়েছে। Source-এর বর্ণনা অনুযায়ী, এই উপাদানগুলো একটি experimental loop বা plaquette geometry তৈরি করে। Simulation-এ Aharonov–Bohm flux কেন্দ্রীয় loop ভেদ করে, যার মাধ্যমে দলটি পরীক্ষা করতে পারে quantum system ওই flux ঘিরে চলার সঙ্গে যুক্ত phase information ধরে রাখতে পারে কি না।

সরাসরি সংস্পর্শ ছাড়াই একটি phase

দৈনন্দিন classical ধারণায় কোনো আধানযুক্ত বস্তুর গতি নির্ধারিত হয় তার চলার স্থানে থাকা electric ও magnetic fields দ্বারা। Aharonov–Bohm প্রভাব দেখায়, quantum mechanics আরও সূক্ষ্ম। কোনো কণা তার পথের ভেতরে ঘেরা magnetic flux-এর উপস্থিতিতে প্রভাবিত হতে পারে, যদিও magnetic field থাকা অঞ্চলটি এড়িয়ে যায়।

এর পর্যবেক্ষণযোগ্য ফল হলো phase। Quantum states-কে wave-like amplitudes দিয়ে বর্ণনা করা হয়, আর phases এই amplitudes-এর interference বদলে দিতে পারে। ফলে phase প্রচলিত trajectory বা force না হলেও শারীরিকভাবে পরিমাপযোগ্য। Interferometric প্রেক্ষাপটে বিভিন্ন পথ এমনভাবে মিলতে পারে, যাতে জমা হওয়া phase প্রকাশ পায়।

Oxford-এর পরীক্ষা simulator-এর ভেতরে এই যুক্তি পুনর্গঠন করে। কৃতিত্ব শুধু chip-এ magnetic field উপস্থাপন করা নয়। এমন একটি platform-এ বৈশিষ্ট্যপূর্ণ phase behavior পর্যবেক্ষণ করাই মূল কথা, যেখানে qubits ও oscillators একসঙ্গে lattice-gauge সমস্যার উপাদানগুলো encode করে।

হাইব্রিড হার্ডওয়্যার কী যোগ করে

বিভিন্ন quantum hardware element বিভিন্ন কাজে উপযোগী হতে পারে। Qubits discrete quantum states দেয়, আর oscillators অন্য ধরনের quantum degree of freedom সরবরাহ করে। এগুলো একত্র করে গবেষকেরা matter ও gauge fields-এর interactions model করতে সক্ষম একটি hybrid system তৈরি করেছেন।

Classical computers-এর জন্য সমস্যা কঠিন হয়ে উঠলে hybrid systems কীভাবে এই interactions simulate করতে পারে, ফলাফলটি তার একটি demonstration—source এমনটাই বলেছে। Device বড় আকারের particle-physics calculation সমাধান করেছে বা সব প্রাসঙ্গিক কাজে classical computing-কে ছাড়িয়ে গেছে—এমন দাবি করা হয়নি। নতুন simulation architecture-এ একটি মৌলিক প্রভাব নিয়ন্ত্রিতভাবে পর্যবেক্ষণ করাই এর গুরুত্ব।

Quantum computing-এর অগ্রগতি মূল্যায়নে এই পার্থক্য গুরুত্বপূর্ণ। প্রাথমিক পরীক্ষাগুলো প্রায়ই প্রতিষ্ঠা করে যে কোনো hardware platform একটি নির্দিষ্ট physical phenomenon বা building block বিশ্বস্তভাবে বাস্তবায়ন করতে পারে। আরও জটিল model, বড় lattice বা কঠিন calculation-এর দিকে যাওয়ার আগে এমন demonstration প্রয়োজনীয় ধাপ।

আরও জটিল simulation-এর পথে

Lattice gauge theories quantum simulator-এর জন্য আকর্ষণীয় লক্ষ্য, কারণ এগুলো এমন interactions ধারণ করে যা physics-এর কেন্দ্রে থাকলেও system বড় হলে পরিচালনা করা কঠিন। Lattice-gauge setting-এ Aharonov–Bohm প্রভাব প্রদর্শন গবেষকদের একটি স্পষ্ট benchmark দেয়: hardware-কে gauge structure-এর সঙ্গে যুক্ত quantum phase ধরে রাখতে ও প্রকাশ করতে হবে।

Hardware diversity কেন গুরুত্বপূর্ণ হতে পারে, পরীক্ষাটি তা-ও তুলে ধরে। Quantum computing নিয়ে আলোচনা প্রায়ই qubit সংখ্যা বাড়ানোর প্রতিযোগিতা হিসেবে হয়। কিন্তু কার্যকর system বিভিন্ন quantum component যুক্ত করার এবং তাদের interactions নিয়ন্ত্রণ করার ক্ষমতার ওপরও নির্ভর করতে পারে। একটি component type সব simulation task-এর জন্য যথেষ্ট ধরে না নিয়ে qubits ও oscillators ব্যবহার করা Oxford-এর কাজ সেই design strategy-এর উদাহরণ।

এই মুহূর্তে reported advance একটি targeted proof of principle। Aharonov–Bohm প্রভাব দৃশ্যমান quantum signature হিসেবে কাজ করছে এমন একটি hybrid device-এ gauge-related physics অধ্যয়নের পদ্ধতি এটি দেখায়। দীর্ঘমেয়াদে, classicalভাবে model করা কঠিন এমন আরও জটিল interactions অনুসন্ধানে এই ধরনের system সহায়ক হতে পারে।

Quantum platform পরিণত হওয়ার সঙ্গে সঙ্গে সবচেয়ে অর্থবহ মাপকাঠি থাকবে তারা কী নির্ভুলভাবে simulate বা calculate করতে পারে তার সঙ্গে যুক্ত। এই ফলাফল একটি পরীক্ষালব্ধ সূচক দেয়: একটি hybrid quantum computer নতুন lattice-gauge setting-এ quantum physics-এর ঐতিহাসিক ধারণা পুনরুৎপাদন করতে পারে।

এই নিবন্ধটি Phys.org-এর প্রতিবেদনের ওপর ভিত্তি করে তৈরি। মূল নিবন্ধ পড়ুন।