एक मूलभूत क्वांटम परिणाम हायब्रिड सिम्युलेटरमध्ये
Oxford विद्यापीठातील भौतिकशास्त्रज्ञांनी hybrid quantum computer वापरून quantum simulation मध्ये Aharonov–Bohm परिणामाचे निरीक्षण केले आहे. पदार्थ आणि gauge fields चा अभ्यास करण्यासाठी तयार केलेल्या प्रणालीमध्ये ही प्रसिद्ध क्वांटम घटना दिसून आली. Nature Physics मध्ये प्रकाशित या कामात qubits आणि quantum oscillators एकाच प्रयोगात्मक प्रणालीत एकत्र आणले आहेत.
Aharonov–Bohm परिणाम एका वैशिष्ट्यपूर्ण क्वांटम परिणामाचे वर्णन करतो: एखादा कण magnetic flux भोवतीून प्रवास केल्यानंतर मोजता येणारा phase मिळवू शकतो, जरी तो magnetic field असलेल्या प्रदेशातून गेला नसला तरी. Yakir Aharonov आणि David Bohm यांनी 1959 मध्ये या परिणामाचा अंदाज वर्तवला होता आणि नंतर वास्तविक electrons च्या मदतीने त्याची पुष्टी झाली.
Oxford चा निकाल त्या मूलभूत प्रात्यक्षिकांचा पर्याय नाही. त्याऐवजी lattice gauge theory दर्शवण्यासाठी तयार केलेल्या quantum simulator मध्ये हा परिणाम कसा दिसून येतो, हे तो दाखवतो. Lattice gauge theories चा वापर matter आणि gauge fields यांच्यातील interactions चे वर्णन करण्यासाठी केला जात असल्याने हे महत्त्वाचे आहे; particle physics आणि high-energy physics शी संबंधित models यामध्ये समाविष्ट आहेत.
Gauge fields चे सिम्युलेशन का?
संशोधकांनी मांडलेल्या lattice चित्रात matter grid च्या बिंदूंवर असतो, तर fields त्या बिंदूंना जोडणाऱ्या links वर असतात. प्रणाली मोठी होत गेल्यावर ज्या interactions ची गणना करणे कठीण होते, त्यांचे प्रतिनिधित्व करण्याचा हा एक मार्ग आहे. Quantum many-body system मधील शक्यतांची संख्या वेगाने वाढत असल्याने classical computers समोर scaling चे आव्हान उभे राहते.
Quantum simulation दुसरा मार्ग उपलब्ध करून देण्याच्या उद्देशाने आहे. लक्ष्य प्रणालीच्या प्रत्येक घटकाची conventional computation द्वारे गणना करण्याऐवजी, संबंधित नियमांनुसार वागणारे नियंत्रित quantum device संशोधक तयार करतात. त्या device वरील मोजमापांमधून simulated system कसा प्रतिसाद देतो हे समजू शकते.
Oxford platform hybrid आहे, कारण त्यात दोन प्रकारचे quantum components—qubits आणि quantum oscillators—एकत्र आणले आहेत. या घटकांपासून एक experimental loop किंवा plaquette geometry तयार होते, असे source मध्ये वर्णन आहे. Simulation मध्ये Aharonov–Bohm flux केंद्रीय loop ला भेदतो. त्यामुळे quantum system त्या flux भोवती फिरण्याशी संबंधित phase information जपतो की नाही, हे तपासता येते.
थेट संपर्काशिवाय phase
दैनंदिन classical समजुतीनुसार, charged object ची हालचाल तो ज्या ठिकाणी प्रवास करतो तेथील electric आणि magnetic fields द्वारे ठरते. Aharonov–Bohm परिणाम quantum mechanics अधिक सूक्ष्म असल्याचे दाखवतो. एखादा कण आपल्या मार्गाने वेढलेल्या magnetic flux च्या उपस्थितीमुळे प्रभावित होऊ शकतो, जरी तो magnetic field असलेला प्रदेश टाळून गेला तरी.
याचा निरीक्षण करता येणारा परिणाम म्हणजे phase. Quantum states चे वर्णन wave-like amplitudes ने केले जाते आणि phases त्या amplitudes मधील interference बदलू शकतात. त्यामुळे phase पारंपरिक trajectory किंवा force नसली तरी ती भौतिकदृष्ट्या मोजता येते. Interferometric संदर्भात वेगवेगळे मार्ग एकत्र येऊन साचलेला phase उघड करू शकतात.
Oxford प्रयोगात हीच तर्करचना simulator च्या आत पुन्हा निर्माण केली आहे. उपलब्धी केवळ chip वर magnetic field चे प्रतिनिधित्व करणे नाही. Qubits आणि oscillators मिळून lattice-gauge समस्येचे घटक encode करतात अशा platform वर वैशिष्ट्यपूर्ण phase behavior पाहणे, हे याचे महत्त्व आहे.
हायब्रिड हार्डवेअरचे योगदान
वेगवेगळे quantum hardware elements वेगवेगळ्या कामांसाठी उपयोगी ठरू शकतात. Qubits discrete quantum states देतात, तर oscillators दुसऱ्या प्रकारची quantum degree of freedom उपलब्ध करून देतात. त्यांना एकत्र करून संशोधकांनी matter आणि gauge fields यांच्यातील interactions चे model तयार करू शकणारी hybrid system निर्माण केली.
Classical computers साठी समस्या कठीण होत गेल्यावर hybrid systems या interactions चे simulation कसे करू शकतात, याचे demonstration म्हणून source या निकालाचे वर्णन करते. Device ने मोठ्या प्रमाणातील particle-physics calculation सोडवली किंवा प्रत्येक संबंधित कामात classical computing पेक्षा सरस ठरली, असा दावा यात नाही. या नव्या simulation architecture मध्ये मूलभूत परिणामाचे नियंत्रित निरीक्षण हेच त्याचे महत्त्व आहे.
Quantum computing मधील प्रगतीचे मूल्यमापन करताना हा फरक महत्त्वाचा आहे. सुरुवातीचे प्रयोग एखादा hardware platform विशिष्ट physical phenomenon किंवा building block विश्वासार्हपणे राबवू शकतो, हे सिद्ध करतात. अधिक complex models, मोठ्या lattices किंवा कठीण calculations कडे विस्तार करण्यापूर्वी अशी demonstrations आवश्यक पावले असतात.
अधिक complex simulations कडे वाटचाल
Lattice gauge theories quantum simulators साठी आकर्षक लक्ष्य आहेत, कारण त्या physics मधील महत्त्वाच्या, पण प्रणाली मोठी झाल्यावर हाताळणे कठीण होणाऱ्या interactions चे प्रतिनिधित्व करतात. Lattice-gauge setting मध्ये Aharonov–Bohm परिणाम दाखवणे संशोधकांना स्पष्ट benchmark देते: hardware ने gauge structure शी संबंधित quantum phase जपला आणि उघड केला पाहिजे.
Hardware diversity का महत्त्वाची ठरू शकते, हेही या प्रयोगातून दिसते. Quantum computing बद्दलची चर्चा अनेकदा qubit count वाढवण्याच्या स्पर्धेभोवती फिरते. मात्र उपयुक्त systems वेगवेगळे quantum components जोडण्याच्या आणि त्यांच्या interactions नियंत्रित करण्याच्या क्षमतेवरही अवलंबून असू शकतात. प्रत्येक simulation task साठी एकाच component type ला पुरेसे मानण्याऐवजी qubits आणि oscillators वापरणारे Oxford चे काम या design strategy चे उदाहरण आहे.
सध्या नोंदवलेली प्रगती ही targeted proof of principle आहे. Aharonov–Bohm परिणाम स्पष्ट quantum signature म्हणून काम करतो अशा hybrid device मध्ये gauge-related physics चा अभ्यास करण्याचा हा मार्ग दाखवतो. दीर्घकालीन शक्यता अशी आहे की classical पद्धतीने model करणे कठीण असलेल्या अधिक complex interactions चा अभ्यास करण्यास अशा systems मदत करू शकतील.
Quantum platforms प्रगल्भ होत असताना, त्यांना नेमके काय अचूकपणे simulate किंवा calculate करता येते यावरच अर्थपूर्ण मोजमाप अवलंबून राहतील. हा निकाल एक प्रयोगाधारित संकेत देतो: hybrid quantum computer नवीन lattice-gauge setting मध्ये quantum physics मधील ऐतिहासिक कल्पना पुनरुत्पादित करू शकतो.
हा लेख Phys.org च्या वृत्तांकनावर आधारित आहे. मूळ लेख वाचा.
Originally published on phys.org
