குவாண்டம் கடிகாரம் – நமக்கு நேரம் நிலையானது, இடைவிடாமல் முன்னோக்கி நகர்கிறது. சுவரில் ஒரு கடிகாரத்தின் டிக் டிக், டிஜிட்டல் டிஸ்ப்ளேவில் வினாடிகளின் நிலையான அணிவகுப்பு – அவை மிகவும் பழக்கமான கருத்துக்கள், அவற்றை அடிப்படையாகக் கொண்ட இயற்பியல் செயல்முறைகளைக் கருத்தில் கொள்வதை நாங்கள் அரிதாகவே நிறுத்துகிறோம்.

அதன் இதயத்தில், எந்த கடிகாரமும் ஒரு இயற்பியல் அமைப்பாகும், இது கணிக்கக்கூடிய வகையில் உருவாகிறது, இது காலப்போக்கில் ஒரு பதிவை உருவாக்குகிறது. விஞ்ஞானிகள் இப்போது குவாண்டம் மண்டலத்தில் மிகச்சிறிய அளவில் நேரக்கட்டுப்பாடு என்றால் என்ன என்பதை ஆராய்ந்து வருகின்றனர், மேலும் அவர்களின் கண்டுபிடிப்புகள் காலக்கணிப்பில் அளவீட்டின் பங்கைப் பற்றி இயற்பியலாளர்கள் எவ்வாறு சிந்திக்கிறார்கள் என்பதை மேம்படுத்த முடியும்.

ஆஸ்திரியா, இத்தாலி, அயர்லாந்து, சுவிட்சர்லாந்து மற்றும் இங்கிலாந்து ஆராய்ச்சியாளர்களால் நவம்பர் 14 அன்று பிசிகல் ரிவியூ லெட்டர்ஸில் வெளியிடப்பட்ட ஒரு ஆய்வு, குவாண்டம் கடிகாரத்தை உருவாக்கி பகுப்பாய்வு செய்வதன் மூலம் இந்த உலகத்தை ஆராய்ந்தது. ஆராய்ச்சியாளர்கள் தங்கள் ஆய்வறிக்கையில் ஒரு ஆச்சரியமான நுண்ணறிவைத் தெரிவித்தனர்: நேரத்தைப் படிக்க ஒரு கடிகாரத்தைப் பார்ப்பதற்கான ஆற்றல் செலவு முதலில் கடிகாரத்தை டிக் செய்யத் தேவையான ஆற்றலை விட அதிகமாக இருக்கும். இந்த கண்டுபிடிப்பு, கூடுதல் ஆராய்ச்சியில் நிரூபிக்கப்பட்டால், முக்கியமான தாக்கங்களை ஏற்படுத்தக்கூடும் – ஆப்டிகல் கடிகாரங்கள் போன்ற சாதனங்களுடன் கூடிய அதி-துல்லியமான நேரக்கட்டுப்பாட்டின் எதிர்காலத்திற்கும், அத்துடன் குவாண்டம் தொழில்நுட்பங்களின் வளர்ச்சிக்கும், பிரபஞ்சத்தை அதன் அடிப்படையான சட்டங்களை விஞ்ஞானிகளின் பிடிப்புக்கும்.

சிதறிய கண்ணாடி ஆராய்ச்சியாளர்களின் உந்துதலைப் புரிந்துகொள்வதற்கு முதலில் என்ட்ரோபி எனப்படும் இயற்பியலில் இருந்து ஒரு முக்கியமான கருத்தைப் பாராட்ட வேண்டும். இது பெரும்பாலும் கோளாறின் அளவீடு என்று பேச்சுவழக்கில் விவரிக்கப்படுகிறது.

முறையான சொற்களில், என்ட்ரோபி வெப்ப இயக்கவியலின் இரண்டாவது விதியுடன் இணைக்கப்பட்டுள்ளது, இது ஒரு தனிமைப்படுத்தப்பட்ட அமைப்பில், என்ட்ரோபி எப்போதும் அதிகரிக்கும். இந்த இடைவிடாத அதிகரிப்புதான் காலத்திற்கு அதன் அம்புக்குறியை, அதன் பரிணாம திசையை அளிக்கிறது. எடுத்துக்காட்டாக, ஒரு நொறுங்கிய கண்ணாடிப் பலகத்தில் அப்படியே இருப்பதை விட என்ட்ரோபி அதிகமாக உள்ளது, மேலும் அந்தத் துண்டுகள் தன்னிச்சையாக மீண்டும் இணைவதை நாம் ஒருபோதும் பார்க்க மாட்டோம்.

இது மீளமுடியாத செயல்முறைகளின் கொள்கையாகும், இது ஒரு கடிகாரத்தை கடந்த காலத்தின் நீடித்த பதிவை உருவாக்க அனுமதிக்கிறது, அதை எதிர்காலத்திலிருந்து வேறுபடுத்துகிறது. அனைத்து நடைமுறை நோக்கங்களுக்காகவும், கடிகாரத்தின் கவுண்டர் எப்போதும் அதிகரிக்கிறது, இது கடிகாரங்கள் எப்போதும் ‘முன்னோக்கி’ டிக் செய்யும் நமது அன்றாட அனுபவத்துடன் ஒத்துப்போகிறது. நமது அன்றாட வாழ்வின் மேக்ரோஸ்கோபிக் அளவில், இது நேரடியானது.

ஊசல் ஊசலாடுவது அல்லது குவார்ட்ஸ் படிகத்தின் அதிர்வுகள் ஆற்றல் நுகர்வு மற்றும் என்ட்ரோபியை உற்பத்தி செய்து, கடிகாரத்தின் கைகளை முன்னோக்கி செலுத்தும் செயல்முறைகளாகும். ஆனால் குவாண்டம் உலகில், விஷயங்கள் அவ்வளவு எளிதல்ல. குவாண்டம் அமைப்புகள் நிகழ்தகவுகளால் நிர்வகிக்கப்படுகின்றன மற்றும் விசித்திரமான நடத்தைகளை வெளிப்படுத்தலாம்.

குவாண்டம் செயல்முறைகளால் உற்பத்தி செய்யப்படும் என்ட்ரோபியின் அளவு பொதுவாக கிளாசிக்கல் செயல்முறைகளை விட குறைவான அளவு ஆர்டர்கள் ஆகும். சீரற்ற ஏற்ற இறக்கங்கள் காரணமாக, ஒரு குவாண்டம் கடிகாரம் சுருக்கமாக ‘பின்னோக்கி’ டிக் செய்யக்கூடிய சூழ்நிலைகளுக்கு இது வழிவகுக்கும்.

இது ஒரு கருத்தியல் பதற்றத்தை அளிக்கிறது. ஒரு கடிகாரம், அதன் வரையறையின்படி, கடந்த காலத்தை எதிர்காலத்திலிருந்து நம்பத்தகுந்த வகையில் வேறுபடுத்தும் மீளமுடியாத சாதனமாக இருக்க வேண்டும்.

ஒரு குவாண்டம் அமைப்பு, அதன் உள்ளார்ந்த சீரற்ற தன்மை மற்றும் பின்தங்கிய படிகளுக்கான சாத்தியக்கூறுடன், உண்மையான கடிகாரமாக எவ்வாறு செயல்பட முடியும்? ஒரு குவாண்டம் கடிகாரத்தின் உண்ணிகள் புதிய ஆய்வின் ஆசிரியர்கள் தீர்வு கடிகாரத்தின் உள் பொறிமுறையில் அல்லது அதன் கடிகார வேலையில் மட்டும் இல்லை, ஆனால் அளவீட்டு செயல்பாட்டில் உள்ளது என்று கருதுகின்றனர். குவாண்டம் அமைப்பிலிருந்து தகவல்களைப் பிரித்தெடுக்கும் செயல் என்று அவர்கள் முன்மொழிந்தனர் – i. இ.

ஒரு கிளாசிக்கல், படிக்கக்கூடிய பதிவை உருவாக்க உண்ணிகளைக் கவனிப்பது – என்ட்ரோபியையும் உருவாக்க வேண்டும். குவாண்டம் கடிகார வேலை ஸ்தம்பித்திருந்தாலும் கூட, இந்த ‘கண்காணிப்பு செலவு’ நேரத்தின் முன்னோக்கி ஓட்டத்தை செயல்படுத்தும் காணாமல் போன பகுதியாக இருக்கலாம், குழு கண்டறிந்தது.

இந்த யோசனையை சோதனை ரீதியாக சோதிப்பதே புதிய ஆய்வுக்கான உந்துதல். குழுவானது குவாண்டம் கடிகாரத்தை உருவாக்குவதை நோக்கமாகக் கொண்டது, அங்கு அவர்கள் தனித்தனியாக உள் கடிகார வேலைகளால் உருவாக்கப்பட்ட என்ட்ரோபியையும் அளவீட்டு கருவியால் உற்பத்தி செய்யப்படும் என்ட்ரோபியையும் தனித்தனியாக அளவிட முடியும். இது ஆராய்ச்சியாளர்களை நேரடியாக இந்த இரண்டு செலவுகளையும் ஒப்பிட்டு, குவாண்டம் அளவில் நேரக்கட்டுப்பாடு செயல்முறைக்கு எது மிகவும் அடிப்படையானது என்பதை தீர்மானிக்க அனுமதிக்கும்.

இத்தகைய சோதனையானது நுண்ணிய கடிகார வேலைப்பாடு மற்றும் அதன் மேக்ரோஸ்கோபிக் அளவீட்டு கருவியால் உற்பத்தி செய்யப்படும் என்ட்ரோபிக்கு இடையே உள்ள இடைவெளியை ஆராய்வதில் முதன்மையானது. தங்கள் குவாண்டம் கடிகாரத்தை உணர, விஞ்ஞானிகள் இரட்டை குவாண்டம் டாட் (DQD) என்ற சாதனத்தைப் பயன்படுத்தினர். ஒரு செமிகண்டக்டர் பொருளில் இரண்டு சிறிய மனிதனால் உருவாக்கப்பட்ட தீவுகளை கற்பனை செய்து பாருங்கள், அவை ஒரு நேரத்தில் ஒரு கூடுதல் எலக்ட்ரானை மட்டுமே வைத்திருக்க முடியும்.

இவை குவாண்டம் புள்ளிகள். (அவர்களின் கண்டுபிடிப்பாளர்களுக்கு 2023 இல் வேதியியலுக்கான நோபல் பரிசு வழங்கப்பட்டது.

) துல்லியமான மின்னழுத்தங்களைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம், ஆராய்ச்சியாளர்கள் ஒற்றை எலக்ட்ரானின் இயக்கத்தைக் கட்டுப்படுத்தலாம், இது ஒரு மூலத்திலிருந்து முதல் புள்ளிக்கும், பின்னர் இரண்டாவது புள்ளிக்கும், இறுதியாக ஒரு வடிகால் வரை செல்லும். (ஒரு பெரிய சுற்றுவட்டத்தில் குவாண்டம் சுரங்கப்பாதையின் ஆர்ப்பாட்டம் 2025 இல் இயற்பியலுக்கான நோபல் பரிசைப் பெற்றது. ) எலக்ட்ரானின் இந்த தொடர்ச்சியான இயக்கம் அணியின் கடிகாரத்தின் ஒற்றை டிக் ஆகும்.

நேரத்தைப் படித்தல் DQD இன் நிலை மூன்று உள்ளமைவுகளில் ஒன்றாக இருக்கலாம்: இரண்டு புள்ளிகளிலும் அதிகப்படியான எலக்ட்ரான் இல்லை (அதை நாம் நிலை 0 என்று அழைப்போம்), இடது புள்ளியில் ஒரு எலக்ட்ரான் (நிலை L) அல்லது வலது புள்ளியில் எலக்ட்ரான் (நிலை R). முன்னோக்கி டிக் என்பது ஒரு முழு சுழற்சியாகும், உதாரணமாக 0 முதல் L முதல் R⟩ மற்றும் மீண்டும் 0 வரை, எலக்ட்ரான் புள்ளிகளைக் கடக்கும்போது. நேரத்தை ‘படிக்க’, எந்த நேரத்தில் DQD எந்த நிலையில் உள்ளது என்பதை ஆராய்ச்சியாளர்கள் அறிந்து கொள்ள வேண்டும்.

அருகில் உள்ள சார்ஜ் சென்சார் பயன்படுத்தி இதை அவர்கள் நிறைவேற்றினர் – இது மற்றொரு குவாண்டம் புள்ளியாகும், அதன் மின் பண்புகள் DQD இல் உள்ள எலக்ட்ரானின் இருப்பிடத்திற்கு உணர்திறன் கொண்டவை. இந்த சென்சார் மூலம் பாயும் மின்னோட்டத்தை அளப்பதன் மூலம், DQD நிலை 0, L அல்லது R இல் உள்ளதா என்பதைக் கண்டறிய முடியும். இருப்பினும், இந்த அளவீட்டு செயல்முறை இலவசம் அல்ல: இதற்கு ஆற்றல் தேவை, எனவே என்ட்ரோபியை உருவாக்கியது.

சென்சாரைப் படிக்க குழு இரண்டு வெவ்வேறு முறைகளைப் பயன்படுத்தியது: நேரடி மின்னோட்டம் (DC) அளவீடு மற்றும் அதிநவீன ரேடியோ-அதிர்வெண் (RF) பிரதிபலிப்பு நுட்பம். இது, அவதானிப்புச் செயலின் மூலம், சிதறடிக்கப்பட்ட சக்தியை மாறுபடவும், துல்லியமாக அளவிடவும் அனுமதித்தது. கடிகாரத்தின் டிக் மூலம் சிதறடிக்கப்பட்ட ஆற்றலைக் கட்டளையிடும் DQD முழுவதும் மின்னழுத்தத்தை ஒரே நேரத்தில் கட்டுப்படுத்துவதன் மூலம், அவர்கள் கடிகார வேலை மற்றும் ‘நேரத்தைப் படிப்பது’ ஆகிய இரண்டின் வெப்ப இயக்கவியல் செலவுகளையும் சுயாதீனமாக ஆய்வு செய்யலாம்.

மீளமுடியாமைக்கான ஆதாரம் பரிசோதனையின் முடிவுகள் வியக்கத்தக்கதாகத் தோன்றியது. கடிகாரத்தின் துல்லியத்திற்கும் அதன் உள் செயல்பாடுகளால் உருவாக்கப்பட்ட என்ட்ரோபிக்கும் இடையிலான உறவை ஆராய்ச்சியாளர்கள் முதலில் ஆய்வு செய்தனர், அதாவது.

இ. DQD. தெர்மோடைனமிக் கொள்கைகளால் கணிக்கப்பட்டுள்ளபடி, மிகவும் துல்லியமான கடிகாரத்திற்கு – அதிக வழக்கமான மற்றும் முன்னோக்கி நகரும் உண்ணி – அதிக என்ட்ரோபி தேவை என்று அவர்கள் கண்டறிந்தனர்.

முன்னோக்கி மற்றும் பின்தங்கிய உண்ணிகள் சமமாக இருக்கும் இடத்தில் DQD சமநிலைக்கு கொண்டு வரப்பட்டபோது, ​​கடிகார வேலைப்பாடு நிகர என்ட்ரோபியை உருவாக்கவில்லை, மேலும் அதன் காலப்போக்கில் பதிவு செய்யும் திறன் மறைந்து போனது. எவ்வாறாயினும், அளவீட்டு செயல்முறையின் என்ட்ரோபி செலவை ஆய்வு செய்தபோது ஆராய்ச்சியாளர்களின் மிகவும் குறிப்பிடத்தக்க கூற்று வெளிப்பட்டது. குவாண்டம் கடிகாரத்திலிருந்து கிளாசிக்கல் டிக்களைப் பிரித்தெடுப்பதற்கான என்ட்ரோபிக் செலவு வியக்கத்தக்க ஒன்பது ஆர்டர் அளவுகளால் ஆதிக்கம் செலுத்தும் காரணியாக இருப்பதை அவர்கள் கண்டறிந்தனர்.

வேறு வார்த்தைகளில் கூறுவதானால், கடிகாரத்தை டிக் செய்யத் தேவையான ஆற்றல் ஒரு பில்லியன் மடங்குகளால், எந்த நேரத்தில் குள்ளமாக்கப்பட்டது என்பதைக் கண்டறிய ஆற்றல் சிதறடிக்கப்பட்டது. சாதனத்தை கடிகாரமாக மாற்றும் தகவலை அளவீட்டு செயல்முறை திறம்பட மீட்டெடுக்க முடியும் என்பதையும் குழு காட்டியது.

ஏனென்றால், உள் கடிகார வேலைகள் சமநிலையில் இருந்தபோதும், அதாவது. இ.

என்ட்ரோபியை உருவாக்காமல், DQD ஐத் தொடர்ந்து கண்காணிக்கும் செயல், அதன் நிலை மாற்றங்களின் மீளமுடியாத, பாரம்பரியப் பதிவை உருவாக்கியது. அளவீட்டு சாதனத்தால் கணிசமான என்ட்ரோபிக் செலவில் உருவாக்கப்பட்ட இந்த பதிவு, ஆராய்ச்சியாளர்கள் நேரத்தை மதிப்பிட அனுமதித்தது.

நிச்சயமாக, உங்கள் வீட்டிலும், சுவரில் உள்ள சாதனத்திலிருந்து நேரத்தைப் படிப்பது, சாதனத்தின் அடையாளத்தை ‘கடிகாரமாக’ மாற்றும் நேரத் தகவலை உங்களுக்கு வழங்குகிறது. ஆனால் குவாண்டம் கடிகாரத்தின் தனித்துவமானது இங்கே: DQD கடிகாரத்தில், நேரக்கட்டுப்பாட்டிற்குத் தேவையான மீளமுடியாத தன்மையின் ஆதிக்க ஆதாரம் கடிகார வேலையிலிருந்து அல்ல, கண்காணிப்புச் செயலிலிருந்து வருகிறது என்பதற்கான ஆதாரமாக குழு அவர்களின் முடிவுகளை விளக்கியது! இந்த கண்டுபிடிப்புகள் 2023 இல் வேறொரு குழுவால் புகாரளிக்கப்பட்டவற்றை வலுப்படுத்துகின்றன: ‘கடிகாரத்தைப் படிப்பது’ என்பது குவாண்டம் நேரக்கட்டுபாட்டில் ஒரு ஆக்கிரமிப்பு செயல்முறையாகும், அதை ஒரு பொருட்டாக எடுத்துக் கொள்ள முடியாது.

புதிய ஆய்வு, அளவீட்டின் விளைவு ஒற்றைக்கல் அல்ல என்பதைக் காட்டுவதன் மூலம் 2023 ஆய்வில் தெரிவிக்கப்பட்ட துல்லியத்தைப் பற்றிய புரிதலை சிக்கலாக்கி ஆழமாக்குகிறது. ‘கடிகாரத்தை அடிக்கடி வாசிப்பது சிறந்தது’ என்பதற்குப் பதிலாக, புதிய ஆய்வு மிகவும் சிக்கலான யதார்த்தத்தைப் புகாரளிப்பதாகத் தெரிகிறது: அளவீட்டு வலிமைக்கும் துல்லியத்திற்கும் இடையிலான உறவு கடிகார வேலைகளைச் சார்ந்தது. நேரக்கட்டுப்பாட்டின் இயற்பியல் ஆய்வின் தாக்கங்கள், அடிப்படை இயற்பியல், அளவியல் (அளவீடு அறிவியல்) மற்றும் குவாண்டம் கம்ப்யூட்டிங்கின் எதிர்காலம் ஆகியவற்றைத் தொடக்கூடியதாக இருக்கலாம்.

ஒரு குவாண்டம் அமைப்புக்கும் அதன் கிளாசிக்கல் அளவீட்டு சாதனத்திற்கும் இடையே அடிக்கடி புறக்கணிக்கப்பட்ட தொடர்பு ஒரு தொழில்நுட்ப விவரம் மட்டுமல்ல: இது சம்பந்தப்பட்ட இயற்பியலின் மையப் பகுதியாகும். ஒரு கடிகாரத்தின் உண்ணிகளின் பெருக்கம் மற்றும் அளவீடு மூலம் உற்பத்தி செய்யப்படும் என்ட்ரோபி என்பது குவாண்டம் அளவில் நேரத்தைக் கணக்கிடுவதற்கான மிக முக்கியமான மற்றும் அடிப்படை வெப்ப இயக்கவியல் செலவாகும். குறைந்த பட்சம் ஒரு உட்குறிப்பு சாத்தியமானது: தற்போதைய அணுக் கடிகாரங்கள் – தற்போதுள்ள சில துல்லியமான நேரக்கட்டுப்பாடு சாதனங்கள் – அதிக வெப்ப இயக்கவியல் திறனுள்ள அளவீட்டு அமைப்புகளை வடிவமைப்பதன் மூலம் மேம்படுத்தலாம்.

அதாவது, என்ட்ரோபி கவனிப்பு செலவைக் குறைப்பதன் மூலம், இன்னும் துல்லியமான கடிகாரங்களை உருவாக்க முடியும். புதிய ஆய்வு ஆராய்ந்த கொள்கைகளும் கடிகாரங்களுக்கு மட்டும் அல்ல.

எந்த குவாண்டம் கம்ப்யூட்டரும் குவாண்டம் நிலைகளை துல்லியமாக கட்டுப்படுத்தி அளவிடுவதைப் பொறுத்தது. திறமையான மற்றும் அளவிடக்கூடிய குவாண்டம் இயந்திரங்களை வடிவமைக்க பொறியாளர்களுக்கு குவாண்டம் அமைப்பிலிருந்து தகவல்களைப் பிரித்தெடுப்பதில் தொடர்புடைய வெப்ப இயக்கவியல் செலவுகளைப் புரிந்துகொள்வது முக்கியமானது.

ஆசிரியர்களின் அணுகுமுறை குவாண்டம் அளவீடுகளின் ஆற்றல் செலவில் பரந்த அளவிலான வேலைகளை வழங்குகிறது, இது பொறியாளர்கள் குவாண்டம் கணினிகளை எவ்வாறு வடிவமைக்கிறார்கள் என்பதை இறுதியில் தெரிவிக்கலாம். இறுதியாக, சில இயற்பியலாளர்கள் அத்தகைய முடிவுகளை நாம் அனுபவிக்கும் தெளிவான, ஒரே திசை ஓட்டம் நுண்ணிய உலகின் ஒரு சொத்தாக இருக்காது என்று விளக்குகிறது. மாறாக, இது ஒரு மேக்ரோஸ்கோபிக் அளவில் தகவல்களைப் பிரித்தெடுத்து பதிவு செய்யும் செயல்பாட்டில் இருந்து புதிதாக வெளிப்படும் ஒரு அம்சமாக இருக்கலாம்.

கிளாசிக்கல் பழமொழியில், பார்த்த பானை ஒருபோதும் கொதிக்காது. இந்த குவாண்டம் கடிகார சோதனைகளில், பானை நிச்சயமாக கொதிக்கிறது, ஆனால் அதன் குமிழ்களை நம்பகமான ஸ்டாப்வாட்சாக மாற்றுவது விலை உயர்ந்ததாக மாறிவிடும்.