কোয়ান্টাম পদার্থবিজ্ঞান যখন হতাশ হয়
দৈনন্দিন ভাষায়, হতাশা একটি কাঙ্ক্ষিত ফলাফল অর্জনে অসমর্থতা বর্ণনা করে। ঘনীভূত পদার্থ পদার্থবিজ্ঞানে, হতাশা আরও নির্দিষ্ট এবং আরও আকর্ষণীয় কিছু বর্ণনা করে: একটি পরিস্থিতি যেখানে কণাগুলির মধ্যে প্রতিযোগিতামূলক মিথস্ক্রিয়া কোনও একক ব্যবস্থাকে তাদের সবকে একই সাথে সন্তুষ্ট করতে প্রতিরোধ করে। হতাশ কোয়ান্টাম সিস্টেমগুলি একটি সাধারণ সুশৃঙ্খল অবস্থায় শিথিল করতে পারে না, এবং ফলাফল হল একটি পদার্থবিজ্ঞান যা অসাধারণ জটিল এবং, নতুন গবেষণা প্রদর্শন করে, এমন কোয়ান্টাম অবস্থার আবাসস্থল যার কোনো সাধারণ সমতুল্য নেই।
গবেষকরা একটি নতুন কোয়ান্টাম অবস্থা আবিষ্কার করেছেন যা তখন উদ্ভূত হয় যখন একটি উপাদানের পরমাণুগুলি জ্যামিতিগতভাবে হতাশ হয় — যেখানে জালক কাঠামো প্রতিবেশী পরমাণুগুলিকে তাদের সমস্ত কোয়ান্টাম মেকানিক্যাল মিথস্ক্রিয়া পছন্দগুলি একই সাথে সন্তুষ্ট করতে প্রতিরোধ করে। সায়েন্স ডেইলি-তে বর্ণিত অনুসন্ধানগুলি একটি কোয়ান্টাম অর্ডারের রূপ প্রকাশ করে যা পরিচিত পদার্থের পর্যায়গুলি থেকে মৌলিকভাবে আলাদা — কঠিন, তরল, গ্যাস এবং এমনকি সুপারকন্ডাক্টর এবং সুপারফ্লুইড এর মতো কোয়ান্টাম পর্যায়গুলি যা পদার্থবিজ্ঞানীরা গত শতাব্দী জুড়ে তালিকাভুক্ত করেছেন।
আবিষ্কারটি একটি ক্রমবর্ধমান বোঝার সাথে যোগ করে যে কোয়ান্টাম উপকরণগুলি শাস্ত্রীয় অন্তর্দৃষ্টি প্রস্তাব করে এমনটির চেয়ে অনেক বেশি সমৃদ্ধ বৈচিত্র্যময় অবস্থার আবাসস্থল। যেখানে শাস্ত্রীয় হতাশ সিস্টেমগুলি যেমন ত্রিভুজাকার জালকগুলিতে অ্যান্টিফেরোম্যাগনেটস নির্দিষ্ট অবক্ষয়ী কনফিগারেশন তৈরি করে, কোয়ান্টাম হতাশ সিস্টেমগুলি এমন পর্যায়ে প্রবেশ করতে পারে যেখানে কোয়ান্টাম মেকানিক্যাল সুপারপজিশন এবং জড়িত সম্পূর্ণ আচরণ তৈরি করে যার কোনো শাস্ত্রীয় সমতুল্য নেই — এমন পর্যায় যা প্রচলিত অর্থে ভাঙা প্রতিসাম্যের দ্বারা সংজ্ঞায়িত নয় বরং এমন প্যাটার্ন দ্বারা সংজ্ঞায়িত যা উপকরণ জুড়ে বিস্তৃত।
কোয়ান্টাম হতাশা কী?
হতাশা কেন নতুন পদার্থবিজ্ঞান তৈরি করে তা বোঝার জন্য, একটি সরল উদাহরণ বিবেচনা করুন। একটি ত্রিভুজের কোণায় তিনটি চুম্বক স্থাপন করুন, এমন মিথস্ক্রিয়া সহ যা প্রতিবেশী চুম্বকগুলিকে বিপরীত দিকে নির্দেশ করতে পছন্দ করে। তিনটির মধ্যে দুটি একই সাথে সন্তুষ্ট হতে পারে, তবে দুটি সন্তুষ্ট করা তৃতীয়টি সন্তুষ্ট করা অসম্ভব করে তোলে: তৃতীয় চুম্বকটি যে দিকেই নির্দেশ করুক না কেন, এটি কমপক্ষে একটি প্রতিবেশীর সাথে দ্বন্দ্বে থাকবে। সিস্টেমটি হতাশ — এটি এমন একটি অবস্থা অর্জন করতে পারে না যা সমস্ত মিথস্ক্রিয়া সন্তুষ্ট করে এবং ন্যূনতম শক্তি তৈরি করে।
কোয়ান্টাম মেকানিক্সে, হতাশ সিস্টেমগুলি শাস্ত্রীয়গুলির তুলনায় এই দ্বিধা পরিচালনা করে। শক্তি অবক্ষয়ী শাস্ত্রীয় কনফিগারেশনগুলির মধ্যে একটি বেছে নেওয়ার পরিবর্তে এবং সেখানে আটকে থাকার পরিবর্তে, কোয়ান্টাম হতাশ সিস্টেমগুলি অনেক কনফিগারেশনের সুপারপজিশনে বিদ্যমান থাকতে পারে। ফলাফল একটি কোয়ান্টাম অবস্থা যার কোনো শাস্ত্রীয় সমতুল্য নেই — এমন একটি সিস্টেম যা একই সাথে একাধিক হতাশ ব্যবস্থা অন্বেষণ করছে, উপকরণের বিভিন্ন অংশের মধ্যে সম্পর্কগুলি শাস্ত্রীয় অর্ডারিংয়ের পরিবর্তে কোয়ান্টাম জড়িতপনে এনকোড করা হয়েছে।
এই কোয়ান্টাম স্পিন তরল অবস্থা, যেমনটি প্রায়শই বলা হয় যখন হতাশ সত্তাগুলি চৌম্বকীয় মুহূর্ত হয়, বিদেশী এবং উত্পাদন এবং চিহ্নিত করা কঠিল। তারা কেবল তারা প্রতিনিধিত্ব করে এমন মৌলিক পদার্থবিজ্ঞানের জন্য আগ্রহী নয় বরং সম্ভাব্য ব্যবহারিক প্রয়োগের জন্য — কোয়ান্টাম স্পিন তরলগুলি টপোলজিক্যাল কোয়ান্টাম কম্পিউটিংয়ের জন্য প্রার্থী প্ল্যাটফর্ম, যেখানে কোয়ান্টাম তথ্য অ-স্থানীয় জড়িতপনা প্যাটার্নে সংরক্ষণ করা হয় যা স্থানীয় শব্দের প্রতি প্রতিরোধী যা প্রচলিত কোয়ান্টাম বিটগুলি ধ্বংস করে।
গবেষকরা কী খুঁজে পেয়েছেন?
নতুন গবেষণা একটি নির্দিষ্ট কোয়ান্টাম অবস্থা চিহ্নিত করেছে যা একটি উপাদানে উদ্ভূত হয় যেখানে সাবধানে প্রকৌশলিত পরমাণু মিথস্ক্রিয়া আগে পরীক্ষিত হয়নি এমন একটি জ্যামিতিতে হতাশ করে। নিউট্রন বিক্ষিপ্তকরণ একটি সংমিশ্রণ ব্যবহার করে, যা পরমাণু স্কেলে চৌম্বকীয় আদেশ প্যাটার্নের প্রতি সংবেদনশীল এবং উন্নত তাত্ত্বিক মডেলিং, দলটি হতাশ পরমাণুগুলির সম্মিলিত কোয়ান্টাম অবস্থা চিহ্নিত করেছে এবং পূর্বে পরিচিত কোয়ান্টাম পর্যায়ের সাথে অসঙ্গতিপূর্ণ স্বাক্ষর পেয়েছে।
অবস্থাটি একটি নতুন ধরনের কোয়ান্টাম তরল প্রকাশ করে — একটি পর্যায় যেখানে কোয়ান্টাম ওঠানামা অত্যন্ত কম তাপমাত্রায়ও শক্তিশালী থাকে, সিস্টেমটিকে যেকোনো সুশৃঙ্খল কনফিগারেশনে হিমায়িত হতে প্রতিরোধ করে। এটিকে পূর্বে পরিচিত কোয়ান্টাম স্পিন তরল থেকে আলাদা করে যা পূর্বে অন্বেষণ করা হয়েছে তা হল উত্তেজনার প্রকৃতি: ভারসাম্য থেকে প্রাথমিক বিঘ্নগুলি যা শক্তি এবং তথ্য উপকরণের মধ্য দিয়ে বহন করে তার অস্বাভাবিক বৈশিষ্ট্য রয়েছে যা গবেষকরা এক ধরনের টপোলজিক্যাল অর্ডারের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ হিসাবে বর্ণনা করেছেন যা আগে কোনও বাস্তব উপাদানে পর্যবেক্ষণ করা হয়নি।
উপকরণটি উত্পাদন করতে পরমাণু গঠন এবং স্ফটিক বৃদ্ধি নিয়ন্ত্রণের নির্ভুলতার প্রয়োজন ছিল যাতে হতাশ সিস্টেমের আচরণ আধিপত্য বিস্তারের জন্য প্রয়োজনীয় নির্দিষ্ট জ্যামিতি অর্জন করা যায়। দল দ্বারা বিকশিত সংশ্লেষণ মার্গটি সমান উপকরণ তৈরির জন্য একটি টেম্পলেট সরবরাহ করে যা টিউনযোগ্য হতাশ পরামিতি সহ, যা প্রতিযোগী মিথস্ক্রিয়াগুলির মধ্যে ভারসাম্য পরিবর্তনের সাথে কোয়ান্টাম অবস্থা কীভাবে বিকশিত হয় তা বুঝতে সিস্টেমেটিক অন্বেষণ করবে — নতুন পর্যায়ের একটি সম্পূর্ণ তাত্ত্বিক বোঝার জন্য অপরিহার্য একটি ক্ষমতা।
সম্ভাব্য প্রয়োগ
হতাশ কোয়ান্টাম উপকরণগুলির ব্যবহারিক প্রয়োগ বিশেষজ্ঞতামূলক কিন্তু বৈজ্ঞানিকভাবে ভিত্তি করা। টপোলজিক্যাল অর্ডারযুক্ত কোয়ান্টাম স্পিন তরলগুলি তাত্ত্বিকভাবে এনিয়ন হোস্ট করতে সক্ষম — কোয়াসিকণ যা কোয়ান্টাম তথ্য বহন করে যা স্টেটের টপোলজিক্যাল প্রকৃতির দ্বারা ডিকোহেরেন্স থেকে স্বাভাবিকভাবে সুরক্ষিত। এই সুরক্ষিত অবস্থার উপর ভিত্তি করে টপোলজিক্যাল কোয়ান্টাম কম্পিউটিং বর্তমান কিউবিট প্ল্যাটফর্মের তুলনায় উল্লেখযোগ্যভাবে আরও শক্তিশালী হবে, যা প্রচলিত কোয়ান্টাম অবস্থার ভঙ্গুরতা ক্ষতিপূরণ করার জন্য বিস্তৃত ত্রুটি সংশোধনের প্রয়োজন।
একটি নতুন কোয়ান্টাম পর্যায়ের আবিষ্কার যা টপোলজিক্যাল অর্ডারের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ বৈশিষ্ট্য প্রদর্শন করে তাই ব্যবহারিক টপোলজিক্যাল কোয়ান্টাম কম্পিউটার তৈরির দীর্ঘমেয়াদী প্রকল্পে একটি উল্লেখযোগ্য মাইলফলক, যদিও এই ধরনের প্রযুক্তির বাণিজ্যিক স্থাপনা এখনও অনেক বছর দূরে থাকে। টপোলজিক্যালি অর্ডার করা উপকরণগুলির প্রতিটি নতুন বাস্তবায়ন তত্ত্বীয় পূর্বাভাসগুলি পরীক্ষা করার জন্য এবং অবশেষে ডিভাইস ফ্যাব্রিকেশনের জন্য প্রয়োজনীয় উপাদান নিয়ন্ত্রণ বিকাশের জন্য উপলব্ধ পরীক্ষামূলক টুলকিটে যোগ করে।
কোয়ান্টাম কম্পিউটিং ছাড়াই, হতাশ কোয়ান্টাম উপকরণগুলি কোয়ান্টাম সেন্সিংয়ে প্রয়োগ খুঁজে পেতে পারে — ডিভাইস যা কোয়ান্টাম মেকানিক্যাল বৈশিষ্ট্যগুলি ব্যবহার করে শারীরিক পরিমাণ শাস্ত্রীয় সেন্সরগুলি যা অর্জন করতে পারে তার বাইরে নির্ভুলতার সাথে পরিমাপ করে। হতাশ কোয়ান্টাম সিস্টেমের প্রতি সংবেদনশীলতা ছোট বিঘ্নগুলি, যা তাদের পর্যায় সীমানার কাছাকাছি বিদ্যমান হওয়ার প্রবণতা প্রতিফলিত করে, দুর্বল সংকেত সনাক্তকরণের জন্য চৌম্বকীয় ক্ষেত্র সেন্সিং, গ্র্যাভিমেট্রি বা অন্যান্য নির্ভুল পরিমাপ প্রয়োগের জন্য কাজে লাগানো যেতে পারে।
কোয়ান্টাম পদার্থবিজ্ঞানের জন্য বৃহত্তর তাৎপর্য
নতুন কোয়ান্টাম পর্যায়ের আবিষ্কার ঘনীভূত পদার্থ পদার্থবিজ্ঞানে একটি ঐতিহ্যকে চালিয়ে যায় যা প্রকৃতি আমাদের তাত্ত্বিক কাঠামোগুলিকে প্রাথমিকভাবে অন্তর্ভুক্ত করার চেয়ে অনেক বেশি অদ্ভুত এবং সমৃদ্ধ। এই ক্ষেত্রের ইতিহাসটি আবিষ্কারগুলির দ্বারা বিস্তৃত — সুপারকন্ডাক্টিভিটি, কোয়ান্টাম হল প্রভাব, টপোলজিক্যাল অন্তরক — যা বর্ণনা করার জন্য নতুন তাত্ত্বিক কাঠামো প্রয়োজন এমন সম্পূর্ণ নতুন বিভাগের কোয়ান্টাম আচরণ প্রকাশ করেছে। এই ধরনের প্রতিটি আবিষ্কার অবশেষে প্রযুক্তিগত প্রয়োগ এবং গভীর তাত্ত্বিক বোঝার উভয়ই উত্পন্ন করেছে।
নতুন হতাশ কোয়ান্টাম অবস্থা বিদেশী কোয়ান্টাম পর্যায়গুলির একটি বৃদ্ধিশীল ক্যাটালগে যোগ করে যা গবেষকরা কেবল সাম্প্রতিক বছরগুলিতে চিহ্নিত এবং অধ্যয়ন করতে সক্ষম হয়েছেন, কারণ উপকরণ সংশ্লেষণ, পরিমাপ কৌশল এবং তাত্ত্বিক সরঞ্জামগুলির উন্নতিগুলি কোয়ান্টাম পদার্থবিজ্ঞানের পূর্বে অ্যাক্সেসযোগ্য আঞ্চলিকগুলি খুলে দিয়েছে। যে হারে নতুন কোয়ান্টাম ঘটনা আবিষ্কৃত হচ্ছে তা পরামর্শ দেয় যে কোয়ান্টাম পদার্থের মানচিত্রটি এখনও আঁকা হচ্ছে এবং সত্যিকারের নতুন পদার্থবিজ্ঞান সম্পূর্ণভাবে অব্যবহৃত থাকে যা পরীক্ষাগারে সংশ্লেষণ এবং অধ্যয়ন করা যায় এমন উপকরণগুলিতে থাকে।
এই নিবন্ধটি সায়েন্স ডেইলি দ্বারা রিপোর্টিংয়ের উপর ভিত্তি করে। মূল নিবন্ধটি পড়ুন।
Originally published on sciencedaily.com