नव्या नियमांमुळे Quantum Matterच्या phasesचा नकाशा अधिक स्पष्ट

Quantum phasesचे वर्गीकरण करण्याचा अधिक अचूक मार्ग

University of Illinois Urbana-Champaignच्या physicistsनी open आणि nonequilibrium systemsमधील quantum phases of matterचे classification सुधारण्यासाठी framework विकसित केले आहे. Physical Review Xमध्ये प्रकाशित झालेल्या या कामात दीर्घकाळापासूनची अडचण हाताळली आहे: surroundingsशी interact करणारे systems isolated quantum systemsसाठी विकसित केलेल्या classification approachesमध्ये पुरेसे पकडता न येणारे behaviors दाखवू शकतात.

यातून stability rulesचा असा संच मिळतो, जो जुन्या methodला equivalent वाटू शकणाऱ्या phasesना वेगळे करतो. हा फरक महत्त्वाचा आहे, कारण phase classification ही केवळ naming exercise नाही. कोणते quantum behaviors मूलतः वेगळे आहेत, कोणते perturbationsमध्ये टिकू शकतात आणि कोणते भविष्यातील quantum technologiesसाठी उपयोगी ठरू शकतात, हे ओळखण्याची भाषा म्हणजे classification.

Quantum phases वेगळे करणे कठीण का

दैनंदिन matterचे phases बहुतेकदा symmetryद्वारे ओळखले जातात. उदाहरणार्थ, liquids वेगवेगळ्या दिशांनी पाहिल्यावर broadly सारखे दिसतात; crystalsमध्ये मात्र विशिष्ट axesवरच symmetry असते. 1930sमध्ये Lev Landau यांच्या कामाशी संबंधित हा symmetry-based view familiar materials तसेच magnets आणि superconductorsचे वर्णन करण्यासाठी अत्यंत यशस्वी ठरला आहे.

परंतु symmetry प्रत्येक phaseचे स्पष्टीकरण देत नाही. 1980sपासून काही quantum statesचे वर्णन करण्यासाठी topologyचीही गरज असल्याचे physicistsनी सिद्ध केले आहे. Topology local detailsऐवजी robust global propertiesवर लक्ष केंद्रित करते आणि materialमध्ये किंचित बदल झाला तरी काही quantum behaviors stable का राहतात, हे समजावून सांगते.

Closed, isolated systemsवर या ideasचा वापर करण्यात researchersनी लक्षणीय प्रगती केली आहे. Open systems वेगळी समस्या निर्माण करतात. ते environmentसोबत information किंवा energyची देवाणघेवाण करतात आणि अनेकदा equilibriumपासून दूर ढकलले जातात. त्यामुळे static, isolated matterभोवती तयार केलेल्या toolsमध्ये सहज न बसणारे behaviors निर्माण होऊ शकतात.

Stability ठरते मुख्य कसोटी

Illinois teamचे framework closed systemsमध्ये वापरली जाणारी principles open, nonequilibrium settingपर्यंत generalize करते. Systemमध्ये योग्य बदल केल्यानंतरही apparent phase अर्थपूर्णरीत्या वेगळी राहते का, हा त्याचा केंद्रीय प्रश्न आहे. अधिक स्पष्ट stability criteria ठरवल्याने ही method quantum phenomenaची व्यापक range वेगळी करते, असे researchers सांगतात.

अतिशय coarse classificationमुळे वास्तविक physical differences पुसल्या जाऊ शकतात, म्हणून हे महत्त्वाचे आहे. Allowed changes किंवा environmental interactionsना वेगवेगळा प्रतिसाद देणाऱ्या दोन statesना एकाच categoryमध्ये ठेवल्यास त्यांच्या behaviorमागील mechanisms researchersच्या लक्षात न येऊ शकतात. Stability-based approachमुळे सारख्या दिसणाऱ्या statesना वेगळे phases केव्हा मानावे, हे ओळखता येते.

Quantum researchवरील परिणाम

हे काम theoretical असले तरी quantum technologies उभारण्याच्या दीर्घकालीन प्रयत्नांसाठी त्याचे practical relevance आहे. Open systems ही laboratory curiosity नाहीत: वास्तविक quantum devices त्यांच्या surroundingsशी अपरिहार्यपणे interact करतात. त्यामुळे nonequilibrium phasesचे अधिक चांगले वर्णन करणारे framework hardwareला भेडसावणाऱ्या conditionsच्या जवळ quantum behavior समजून घेण्यास मदत करू शकते.

विश्वसनीयपणे वेगळे करता येणाऱ्या quantum phenomenaची catalog वाढवण्याचा मार्ग म्हणून researchers या advanceकडे पाहतात. पुढील आव्हान म्हणजे ही classification power concrete models, experiments आणि applicationsशी जोडणे. तरीही distinct phase म्हणून काय मानावे हे ठरवणेही technically demanding असलेल्या fieldला हा study अधिक स्पष्ट पाया देतो.

• Framework open, nonequilibrium quantum systemsवर केंद्रित आहे.
• जुन्या methods एकत्र ठेवू शकतील अशा phasesना stability rulesद्वारे वेगळे केले जाते.
• भविष्यातील quantum-computing-relevant phenomenaवरील कामाला या researchमुळे मदत होऊ शकते.

हा लेख Phys.orgच्या reportingवर आधारित आहे. मूळ लेख वाचा.