जेव्हा क्वांटम भौतिकशास्त्र निराश होते
रोजमर्राच्या भाषेमध्ये, निराशा इच्छित परिणाम प्राप्त करण्यात असमर्थता दर्शविते. संघनित पदार्थ भौतिकशास्त्रात, निराशा काहीतरी अधिक विशिष्ट आणि अधिक मनोरंजक दर्शविते: एक स्थिती ज्यामध्ये कणांमधील प्रतिस्पर्धी परस्परक्रियांमुळे कोणतीही एकल रचना सर्व एकाच वेळी पूर्ण करू शकत नाही. निराश क्वांटम प्रणाली साध्या व्यवस्थित अवस्थेत शांत होऊ शकत नाहीत, आणि परिणाम असा भौतिकशास्त्र आहे जो असाधारणपणे जटिल आहे आणि, नवीन संशोधन दर्शविल्याप्रमाणे, क्वांटम अवस्थांचे घर आहे ज्याचा कोणताही साधारण समरूप नाही.
संशोधकांनी एक विशिष्ट क्वांटम अवस्था शोधली जी एक पदार्थामध्ये उदयास येते जेथे सावधानीपूर्वक अभियांत्रिकीकृत अणु परस्परक्रियांमुळे भूमितीय निराशा निर्माण होते - जेथे जाळीची रचना शेजारील अणूंना त्यांच्या सर्व क्वांटम यांत्रिक परस्परक्रिया प्राधान्य एकाच वेळी पूर्ण करू देत नाही. निष्कर्षांनी, विज्ञान दैनिकात वर्णन केल्याप्रमाणे, क्वांटम क्रमाचा एक प्रकार प्रकट करतो जो पारंपरिक अर्थाने टूटलेल्या सममितीच्या अपेक्षा मूलभूतपणे भिन्न आहे - क्वांटम अवस्थेचा एक प्रकार जो सामग्रीमध्ये पसरलेल्या क्वांटम उलझणीच्या नमुन्यांद्वारे परिभाषित आहे.
क्वांटम निराशाचा रासायनिक अभ्यास अदितीय आणि अभ्यासण्यास कठीण आहे. ते केवळ तत्त्वांच्या भौतिकशास्त्रासाठीच नव्हे तर संभाव्य व्यावहारिक अनुप्रयोगांसाठी देखील स्वारस्य आहे - क्वांटम स्पिन द्रव टोपोलॉजिकल क्वांटम संगणनासाठी उमेदवार प्लॅटफॉर्म आहेत, जेथे क्वांटम माहिती गैर-स्थानिक उलझणी नमुन्यांमध्ये संचयित केली जाते जी पारंपरिक क्वांटम बिट्सचा नाश करणारे स्थानिक शोर प्रतिरोधक आहे.
क्वांटम निराशा काय आहे?
निराशा नवीन भौतिकशास्त्र का निर्माण करते हे समजून घेण्यासाठी, एक सोपा उदाहरण विचारात घ्या. त्रिकोणाच्या कोपऱ्यांवर तीन चुंबक ठेवा, परस्परक्रियांसह जी शेजारील चुंबकांना विरुद्ध दिशेत निर्देश करण्यास प्राधान्य देते. दोन मधील दोन एकाच वेळी समाधानी केले जाऊ शकते, परंतु दोनचे समाधान करणे तिसर्यास समाधानी करण्यास अशक्य बनवते: तिसरा चुंबक ज्या दिशेस निर्देश करतो, तो किमान एका शेजारीशी विरोधाभासात असेल. प्रणाली निराश आहे - ती सर्व परस्परक्रियांना समाधानी करणारी किमान उर्जा अवस्था प्राप्त करू शकत नाही.
क्वांटम यांत्रिकीमध्ये, निराश प्रणाली शास्त्रीय प्रणालीच्या तुलनेत या कोंडचा समाधान वेगळ्या प्रकारे करते. निराश प्रणाली एकल शास्त्रीय कॉन्फिगरेशन निवडून तेथे अडकलेली राहण्याऐवजी, क्वांटम निराश प्रणाली एकाच वेळी अनेक कॉन्फिगरेशनच्या सुपरपोजिशनमध्ये अस्तित्वात असू शकते. परिणाम असा क्वांटम अवस्था आहे ज्याचा कोणताही शास्त्रीय समरूप नाही - एक प्रणाली जी एकाच वेळी अनेक निराश रचनांचा अन्वेषण करत आहे, सामग्रीच्या विविध भागांमधील परस्परसंबंध शास्त्रीय क्रमाऐवजी क्वांटम उलझणीमध्ये एनकोड केलेले आहेत.
हे क्वांटम स्पिन द्रव अवस्था, जसे की निराश अस्मिताएं चुंबकीय क्षणे असतात तेव्हा त्यांना बहुतेक वेळा म्हणले जाते, विदेशी आणि निर्माण करण्यास आणि वर्णन करण्यास कठीण आहेत. ते केवळ तत्त्वांच्या भौतिकशास्त्रासाठीच नव्हे तर संभाव्य व्यावहारिक उपयोगांसाठी देखील स्वारस्य आहेत - क्वांटम स्पिन द्रव टोपोलॉजिकल क्वांटम संगणनासाठी उमेदवार प्लॅटफॉर्म आहेत, जेथे क्वांटम माहिती गैर-स्थानिक उलझणी नमुन्यांमध्ये संचयित केली जाते जी पारंपरिक क्वांटम बिट्सचा नाश करणारे स्थानिक शोर प्रतिरोधक आहे.
संशोधकांनी काय शोधले
नवीन संशोधनांनी एक विशिष्ट क्वांटम अवस्था शोधली जी एक पदार्थामध्ये उदयास येते जेथे सावधानीपूर्वक अभियांत्रिकीकृत अणु परस्परक्रियांमुळे पूर्वी प्रायोगिकपणे अभ्यास न केलेल्या भूमितीमध्ये निराशा निर्माण होते. न्यूट्रॉन प्रकीर्णन एक संयोजन वापरून, जो अणु स्केलवर चुंबकीय क्रमांकन नमुन्यांसाठी संवेदनशील आहे, आणि उन्नत सैद्धांतिक मॉडलिंग, संशोधन संघटनांनी निराश अणूंची सामूहिक क्वांटम अवस्था दर्शविली आणि यापूर्वी ज्ञात क्वांटम टप्प्यांशी असंगत हस्ताक्षर शोधले.
अवस्था एक नवीन प्रकारचा क्वांटम द्रव दिसत आहे - एक टप्पा ज्यामध्ये क्वांटम चढउतार अत्यंत कमी तापमानातही मजबूत राहते, प्रणालीला कोणत्याही क्रमबद्ध कॉन्फिगरेशनमध्ये गोठणे रोखते. हे यापूर्वी ज्ञात क्वांटम स्पिन द्रवापेक्षा अलग करते असे उत्तेजना: समतोल पद्धतीमधून दूर जाणारी प्राथमिक व्यतिक्रम जी ऊर्जा आणि माहिती सामग्रीमध्ये घेऊन जाते ज्याचे असामान्य गुणधर्म आहेत ज्यांना संशोधकांनी टोपोलॉजिकल क्रमाच्या एक प्रकारासाठी सैद्धांतिक भविष्यवाणीशी सुसंगत म्हणून वर्णन केले होते जो यापूर्वी वास्तविक सामग्रीमध्ये पाहिला गेला नाही.
पदार्थ निर्माण करणे अणु रचनेच्या अचूक नियंत्रणांची आवश्यकता आहे आणि निराशा प्रणालीच्या वर्तनावर वर्चस्व ठेवण्यासाठी क्रिस्टल वाढ आवश्यक आहे. संशोधन संघटनांद्वारे विकसित संश्लेषण मार्ग तत्सम सामग्री प्रतिस्पर्धी परस्परक्रियांमधील संतुलन बदलल्यामुळे क्वांटम अवस्था कसा विकसित होते याचा पद्धतिशीर अन्वेषण अनुमती देणारी टियूएबल निराशा मापदंडांसह निर्माण करण्याचे टेम्पलेट प्रदान करते - नवीन टप्प्याचे संपूर्ण सैद्धांतिक समज बांधण्यासाठी आवश्यक क्षमता.
संभाव्य अनुप्रयोग
निराश क्वांटम सामग्रीचे व्यावहारिक अनुप्रयोग अनुमानित परंतु वैज्ञानिकदृष्ट्या ग्राउंडेड राहतात. टोपोलॉजिकल क्रमसह क्वांटम स्पिन द्रव सैद्धांतिकदृष्ट्या anyon आयोजकांना होस्ट करण्यास सक्षम आहेत - अर्धकणांचा एक प्रकार जो क्वांटम माहिती त्या राज्याच्या टोपोलॉजिकल प्रकृतीद्वारे निर्विकारतेपासून आंतरिकपणे संरक्षित फॉर्ममध्ये वाहून नेते. या संरक्षित अवस्थांवर आधारित टोपोलॉजिकल क्वांटम संगणन पारंपरिक क्वांटम अवस्थांच्या नाजुकतेची भरपाई करण्यासाठी विस्तृत त्रुटी सुधार आवश्यक असलेल्या वर्तमान क्वांटम प्लॅटफॉर्मपेक्षा लक्षणीयरीत्या अधिक मजबूत असेल.
टोपोलॉजिकल क्रमसह नवीन क्वांटम टप्प्याचा शोध म्हणून व्यावहारिक टोपोलॉजिकल क्वांटम संगणकांची दीर्घकालीन परियोजनेतील महत्त्वपूर्ण मैलफलक आहे, जरी अशा तंत्रज्ञानाचे व्यावसायिक तैनातीकरण बहुत वर्षांपासून दूर राहते. स्थलाकृतिकदृष्ट्या क्रमबद्ध सामग्रीचा प्रत्येक नवीन अभिनय सैद्धांतिक भविष्यवाणींची चाचणी घेण्यासाठी आणि अंतिम डिव्हाइस निर्माणासाठी आवश्यक सामग्री नियंत्रण विकसित करण्यासाठी उपलब्ध प्रायोगिक साधनसामग्रीमध्ये जोडला जातो.
क्वांटम संगणनाच्या पलीकडे, निराश क्वांटम सामग्रीचे क्वांटम संवेदनातून अनुप्रयोग शोधून येऊ शकते - डिव्हाइस जी क्वांटम यांत्रिक गुणधर्मांचा वापर शास्त्रीय संवेदक प्राप्त करू शकतील त्याच्या पलीकडे भौतिक प्रमाण मापन करण्यासाठी. निराश क्वांटम प्रणालींच्या छोट्या व्यतिक्रमांची संवेदनशीलता, जी त्यांच्या टप्प्यांच्या सीमांजवळ अस्तित्वात राहण्याची प्रवृत्तीचा प्रतिबिंब आहे, चुंबकीय क्षेत्र संवेदन, गुरुत्वमापन किंवा इतर अचूक मापन अनुप्रयोगांमध्ये कमजोर सिग्नल शोधण्यासाठी दोहन केले जाऊ शकते.
क्वांटम भौतिकशास्त्रासाठी व्यापक महत्त्व
नवीन क्वांटम टप्प्यांचा शोध संघनित पदार्थ भौतिकशास्त्रातील परंपराचा सहनशीलता जारी ठेवतो की निसर्ग आमच्या सैद्धांतिक संरचनांनी मूलतः अपेक्षा केलेल्यापेक्षा अधिक विचित्र आणि समृद्ध आहे. क्षेत्राचा इतिहास शोध - सुपरकंडक्टिव्हिटी, क्वांटम हॉल प्रभाव, टोपोलॉजिकल इन्सुलेटर - जी क्वांटम वर्तनांचे पूर्णपणे नवीन श्रेणीचा पर्दाफाश केली ज्यासाठी वर्णन करण्यास नवीन सैद्धांतिक संरचना आवश्यक आहे. अशा प्रत्येक शोधाने अंतिमतः तंत्रज्ञान अनुप्रयोग आणि सखोल सैद्धांतिक समज दोन्ही यांचा जन्म दिला.
नवीन निराश क्वांटम अवस्था विदेशी क्वांटम टप्प्यांच्या बढत्या सूचीमध्ये जोडला जातो ज्याचे संशोधकांनी सर्वकाळीन अभ्यास करू शकले, जेव्हा सामग्री संश्लेषण, मापन तंत्र आणि सैद्धांतिक साधनांमधील सुधार पूर्वी अ प्राप्त क्वांटम भौतिकशास्त्राचे प्रदेश उघडले आहेत. नवीन क्वांटम घटना शोधण्याचा दर ज्या गतीने शोधला जात आहे तो असे सूचित करतो की क्वांटम पदार्थाचा नकाशा अजून काढला जात आहे आणि प्रयोगशाळामध्ये संश्लेषण आणि अभ्यासून येऊ शकणारी सामग्रीमध्ये सैद्धांतिकदृष्ट्या नवीन भौतिकशास्त्राचे महत्त्वपूर्ण प्रदेश अजून शोधायचे आहे.
हा लेख विज्ञान दैनिकांच्या अहवालावर आधारित आहे. मूल लेख वाचा.
Originally published on sciencedaily.com