কোয়ান্টাম ঘড়ি – আমাদের জন্য সময় একটি ধ্রুবক, নিরলসভাবে এগিয়ে যাচ্ছে। দেয়ালে ঘড়ির টিক টিক বাজানো, ডিজিটাল ডিসপ্লেতে সেকেন্ডের অবিচলিত যাত্রা — এগুলি এমন পরিচিত ধারণা যা আমরা খুব কমই শারীরিক প্রক্রিয়াগুলিকে বিবেচনা করা বন্ধ করি যা তাদের আন্ডারপিন করে।

এর হৃদয়ে, যে কোনও ঘড়ি হল একটি ভৌত ​​ব্যবস্থা যা অনুমানযোগ্য উপায়ে বিকশিত হয়, সময়ের সাথে সাথে একটি রেকর্ড তৈরি করে। বিজ্ঞানীরা এখন অন্বেষণ করছেন যে টাইমকিপিং মানে কি ক্ষুদ্রতম সম্ভাব্য স্কেলে, কোয়ান্টাম রাজ্যে, এবং তাদের ফলাফলগুলি টাইমকিপিংয়ে পরিমাপের ভূমিকা সম্পর্কে পদার্থবিদরা কীভাবে ভাবেন তা আরও ভাল করতে পারে।

অস্ট্রিয়া, ইতালি, আয়ারল্যান্ড, সুইজারল্যান্ড এবং যুক্তরাজ্যের গবেষকদের দ্বারা 14 নভেম্বর ফিজিক্যাল রিভিউ লেটার্সে প্রকাশিত একটি গবেষণা একটি কোয়ান্টাম ঘড়ি তৈরি এবং বিশ্লেষণ করে এই বিশ্বে প্রবেশ করেছে। গবেষকরা তাদের গবেষণাপত্রে একটি আশ্চর্যজনক অন্তর্দৃষ্টি জানিয়েছেন: যে সময় পড়ার জন্য একটি ঘড়ির দিকে তাকানোর শক্তি খরচ প্রথম স্থানে ঘড়ির টিক টিক করার জন্য প্রয়োজনীয় শক্তিকে ছাড়িয়ে যেতে পারে। এই আবিষ্কারটি, যদি এটি আরও গবেষণায় বের করা হয়, তা গুরুত্বপূর্ণ প্রভাব ফেলতে পারে – অপটিক্যাল ঘড়ির মতো ডিভাইসগুলির সাথে অতি-নির্ভুল সময় বজায় রাখার পাশাপাশি কোয়ান্টাম প্রযুক্তির বিকাশের জন্য এবং মহাবিশ্বকে সবচেয়ে মৌলিকভাবে পরিচালনা করে এমন আইনগুলি বিজ্ঞানীদের উপলব্ধির জন্য।

ছিন্নভিন্ন গ্লাস গবেষকদের অনুপ্রেরণা বোঝার জন্য প্রথমে এনট্রপি নামক পদার্থবিজ্ঞানের একটি গুরুত্বপূর্ণ ধারণাকে উপলব্ধি করা প্রয়োজন। এটি প্রায়শই ব্যাধির পরিমাপ হিসাবে বর্ণনা করা হয়।

আনুষ্ঠানিক পরিভাষায়, এনট্রপি তাপগতিবিদ্যার দ্বিতীয় সূত্রের সাথে যুক্ত, যা বলে যে একটি বিচ্ছিন্ন ব্যবস্থায়, এনট্রপি সর্বদা বৃদ্ধি পায়। এই নিরলস বৃদ্ধিই সময়কে তার তীর দেয়, বিবর্তনের দিক দেয়। উদাহরণ স্বরূপ, কাচের একটি ছিন্ন ফলক অক্ষত থাকা একটির চেয়ে বেশি এনট্রপি রয়েছে এবং আমরা কখনই শার্ডগুলিকে স্বতঃস্ফূর্তভাবে পুনরায় একত্রিত হতে দেখব না।

এটি অপরিবর্তনীয় প্রক্রিয়াগুলির এই নীতি যা একটি ঘড়িকে অতীতের একটি দীর্ঘস্থায়ী রেকর্ড তৈরি করতে দেয়, এটিকে ভবিষ্যতের থেকে আলাদা করে। সমস্ত ব্যবহারিক উদ্দেশ্যে, একটি ঘড়ির কাউন্টার সর্বদা বৃদ্ধি পায়, যা আমাদের দৈনন্দিন অভিজ্ঞতার সাথে সারিবদ্ধ করে যে ঘড়িগুলি সর্বদা ‘ফরওয়ার্ড’ টিক করে। আমাদের দৈনন্দিন জীবনের ম্যাক্রোস্কোপিক স্কেলে, এটি সোজা।

একটি পেন্ডুলামের দোল বা কোয়ার্টজ স্ফটিকের কম্পনগুলি এমন প্রক্রিয়া যা শক্তি খরচ করে এবং এনট্রপি তৈরি করে, ঘড়ির হাতকে এগিয়ে নিয়ে যায়। কিন্তু কোয়ান্টাম জগতে জিনিসগুলি এত সহজ নয়। কোয়ান্টাম সিস্টেমগুলি সম্ভাব্যতা দ্বারা পরিচালিত হয় এবং অদ্ভুত আচরণ প্রদর্শন করতে পারে।

কোয়ান্টাম প্রক্রিয়া দ্বারা উত্পাদিত এনট্রপির পরিমাণ সাধারণত ক্লাসিক্যাল প্রক্রিয়াগুলির তুলনায় কম মাত্রার অর্ডার। এটি এমন পরিস্থিতির দিকে নিয়ে যেতে পারে যেখানে, এলোমেলো ওঠানামার কারণে, একটি কোয়ান্টাম ঘড়ি সংক্ষিপ্তভাবে ‘পিছন দিকে’ টিক দিতে পারে।

এটি একটি ধারণাগত উত্তেজনা উপস্থাপন করে। একটি ঘড়ি, তার সংজ্ঞা অনুসারে, অবশ্যই একটি অপরিবর্তনীয় ডিভাইস হতে হবে যা অতীত থেকে ভবিষ্যতের মধ্যে পার্থক্য করে।

কিভাবে একটি কোয়ান্টাম সিস্টেম, তার সহজাত এলোমেলোতা এবং পশ্চাদমুখী পদক্ষেপের সম্ভাবনা সহ, একটি সত্য ঘড়ি হিসাবে কাজ করতে পারে? একটি কোয়ান্টাম ঘড়ির টিকগুলি নতুন গবেষণার লেখকরা অনুমান করেছেন যে সমাধানটি কেবল ঘড়ির অভ্যন্তরীণ প্রক্রিয়া বা এর ঘড়ির কাঁটার মধ্যে নয়, তবে নিজেই পরিমাপের প্রক্রিয়াতে। তারা প্রস্তাব করেছিল যে কোয়ান্টাম সিস্টেম থেকে তথ্য আহরণের কাজ — i. e

একটি ধ্রুপদী, পাঠযোগ্য রেকর্ড তৈরি করতে টিকগুলি পর্যবেক্ষণ করা – এছাড়াও এনট্রপি তৈরি করতে হবে। এই ‘পর্যবেক্ষণের খরচ’ অনুপস্থিত অংশ হতে পারে যা সময়ের অগ্রগতির প্রবাহকে প্রয়োগ করে, এমনকি যখন কোয়ান্টাম ক্লকওয়ার্ক নিজেই স্থবির অবস্থায় থাকে, দলটি চিন্তা করে।

নতুন গবেষণার অনুপ্রেরণা ছিল পরীক্ষামূলকভাবে এই ধারণাটি পরীক্ষা করা। দলটির লক্ষ্য একটি কোয়ান্টাম ঘড়ি তৈরি করা যেখানে তারা অভ্যন্তরীণ ঘড়ির কাজ দ্বারা উত্পাদিত এনট্রপি এবং পরিমাপ যন্ত্র দ্বারা উত্পাদিত এনট্রপি আলাদাভাবে পরিমাপ করতে পারে। এটি গবেষকদের সরাসরি এই দুটি খরচ তুলনা করতে এবং কোয়ান্টাম স্কেলে টাইমকিপিং প্রক্রিয়ার জন্য কোনটি বেশি মৌলিক তা নির্ধারণ করতে অনুমতি দেবে।

একটি মাইক্রোস্কোপিক ক্লকওয়ার্ক এবং এর ম্যাক্রোস্কোপিক পরিমাপ যন্ত্র দ্বারা উত্পাদিত এনট্রপির মধ্যে আন্তঃপ্লে অন্বেষণ করার জন্য এই ধরনের একটি পরীক্ষাই প্রথম হবে। তাদের কোয়ান্টাম ঘড়ি উপলব্ধি করার জন্য, বিজ্ঞানীরা একটি ডবল কোয়ান্টাম ডট (DQD) নামে একটি ডিভাইস ব্যবহার করেছিলেন। একটি অর্ধপরিবাহী পদার্থে দুটি ক্ষুদ্র মানবসৃষ্ট দ্বীপ কল্পনা করুন, এত ছোট যে তারা একবারে একটি অতিরিক্ত ইলেকট্রন ধরে রাখতে পারে।

এগুলো কোয়ান্টাম ডট। (তাদের উদ্ভাবকদের 2023 সালে রসায়নে নোবেল পুরস্কার দেওয়া হয়েছিল।

) সুনির্দিষ্ট ভোল্টেজ প্রয়োগ করে, গবেষকরা একটি একক ইলেক্ট্রনের গতিবিধি নিয়ন্ত্রণ করতে পারে, যার ফলে এটি একটি উৎস থেকে প্রথম বিন্দুতে, তারপরে দ্বিতীয় বিন্দুতে এবং অবশেষে একটি ড্রেনে চলে যায়। (একটি বৃহৎ সার্কিটে কোয়ান্টাম টানেলিংয়ের প্রদর্শনী 2025 সালে পদার্থবিজ্ঞানের জন্য নোবেল পুরস্কার জিতেছিল।) একটি ইলেকট্রনের এই অনুক্রমিক গতিবিধি দলের ঘড়ির একক টিক গঠন করে।

সময় পড়ার সময় DQD-এর অবস্থা তিনটি কনফিগারেশনের একটিতে হতে পারে: যেকোনো একটি বিন্দুতে অতিরিক্ত ইলেকট্রন নেই (যাকে আমরা স্টেট 0 বলব), বাম বিন্দুতে একটি ইলেকট্রন (স্টেট এল) বা ডান বিন্দুতে একটি ইলেকট্রন (স্টেট R)। ফরোয়ার্ড টিক হল একটি পূর্ণ চক্র, উদাহরণস্বরূপ 0 থেকে L থেকে R⟩ এবং 0-তে ফিরে যাওয়া, কারণ ইলেক্ট্রন বিন্দুগুলি অতিক্রম করে। সময়টি ‘পড়তে’, গবেষকদের জানতে হবে যে কোন মুহূর্তে DQD কোন অবস্থায় ছিল।

তারা কাছাকাছি একটি চার্জ সেন্সর ব্যবহার করে এটি সম্পন্ন করেছিল – যা ছিল আরেকটি কোয়ান্টাম ডট যার বৈদ্যুতিক বৈশিষ্ট্যগুলি ডিকিউডিতে ইলেক্ট্রনের অবস্থানের প্রতি সংবেদনশীল ছিল। এই সেন্সরের মধ্য দিয়ে প্রবাহিত কারেন্ট পরিমাপ করে, তারা ডিকিউডি 0, L বা R অবস্থায় ছিল কিনা তা অনুমান করতে পারে। এই পরিমাপ প্রক্রিয়াটি অবশ্য মুক্ত ছিল না: এটির জন্য শক্তির প্রয়োজন ছিল এবং তাই এনট্রপি তৈরি হয়েছিল।

দলটি সেন্সর পড়ার জন্য দুটি ভিন্ন পদ্ধতি ব্যবহার করেছে: একটি সরাসরি-কারেন্ট (ডিসি) পরিমাপ এবং একটি আরও পরিশীলিত রেডিও-ফ্রিকোয়েন্সি (আরএফ) প্রতিফলন কৌশল। এটি তাদের পরিবর্তিত এবং সুনির্দিষ্টভাবে ক্ষয়প্রাপ্ত শক্তি এবং এইভাবে উৎপন্ন এনট্রপি, পর্যবেক্ষণের কাজ দ্বারা পরিমাপ করার অনুমতি দেয়। একই সাথে DQD জুড়ে ভোল্টেজ নিয়ন্ত্রণ করে, যা ঘড়ির টিক দ্বারা ক্ষয়প্রাপ্ত শক্তিকে নির্দেশ করে, তারা স্বাধীনভাবে ঘড়ির কাঁটা এবং ‘সময় পড়া’ উভয়ের থার্মোডাইনামিক খরচ অধ্যয়ন করতে পারে।

অপরিবর্তনীয়তার উত্স পরীক্ষার ফলাফলগুলি আকর্ষণীয় বলে মনে হয়েছিল। গবেষকরা প্রথমে ঘড়ির নির্ভুলতা এবং এর অভ্যন্তরীণ কাজের দ্বারা উত্পাদিত এনট্রপির মধ্যে সম্পর্ক পরীক্ষা করেছিলেন, i.

e ডিকিউডি থার্মোডাইনামিক নীতিগুলির দ্বারা ভবিষ্যদ্বাণী করা হয়েছে, তারা দেখতে পেয়েছে যে একটি আরও সুনির্দিষ্ট ঘড়ি – একটি আরও নিয়মিত এবং অগ্রগামী টিক সহ – আরও এনট্রপি প্রয়োজন।

যখন ডিকিউডিকে ভারসাম্যে আনা হয়েছিল, যেখানে সামনের দিকে এবং পিছনের দিকের টিক সমান সম্ভাবনা ছিল, ঘড়ির কাঁটা কোনও নেট এনট্রপি তৈরি করেনি, এবং সময়ের পাস রেকর্ড করার ক্ষমতা অদৃশ্য হয়ে গিয়েছিল। যাইহোক, গবেষকদের আরও উল্লেখযোগ্য দাবি উঠে আসে যখন তারা পরিমাপ প্রক্রিয়ার এনট্রপি খরচ বিশ্লেষণ করে। তারা দেখতে পেল যে কোয়ান্টাম ঘড়ি থেকে ধ্রুপদী টিক বের করার এনট্রপিক খরচ একটি আশ্চর্যজনক নয়টি ক্রম মাত্রার প্রভাবশালী ফ্যাক্টর।

অন্য কথায়, এক বিলিয়ন ফ্যাক্টর দ্বারা ঘড়ির কাঁটা টিক টিক করার জন্য প্রয়োজনীয় শক্তিকে বামন করা হয়েছে তা খুঁজে বের করার জন্য শক্তিটি বিলুপ্ত হয়ে যায়। দলটি আরও দেখিয়েছে যে পরিমাপ প্রক্রিয়া কার্যকরভাবে তথ্য পুনরুদ্ধার করতে পারে যা ডিভাইসটিকে ঘড়িতে পরিণত করে।

এটি ছিল কারণ এমনকি যখন অভ্যন্তরীণ ঘড়ির কাজ ভারসাম্যপূর্ণ ছিল, i. e

কোনো এনট্রপি তৈরি না করে, DQD-কে ক্রমাগত পর্যবেক্ষণ করার কাজটি এর রাষ্ট্রীয় পরিবর্তনের একটি অপরিবর্তনীয়, শাস্ত্রীয় রেকর্ড তৈরি করে। এই রেকর্ড, পরিমাপ যন্ত্র দ্বারা একটি উল্লেখযোগ্য এনট্রপিক খরচে উত্পন্ন, গবেষকদের সময় কেটে যাওয়ার অনুমান করার অনুমতি দেয়।

অবশ্যই, আপনার বাড়িতেও, দেয়ালে থাকা ডিভাইস থেকে পড়ার সময় আপনাকে সেই সময়ের তথ্য দেয় যা ডিভাইসের পরিচয়কে একটি ‘ঘড়ি’ করে তোলে। কিন্তু কোয়ান্টাম ঘড়ির অনন্যতা এখানে: দলটি তাদের ফলাফলগুলিকে প্রমাণ হিসাবে ব্যাখ্যা করেছে যে DQD ঘড়িতে, টাইমকিপিংয়ের জন্য প্রয়োজনীয় অপরিবর্তনীয়তার প্রভাবশালী উত্সটি পর্যবেক্ষণের কাজ থেকে আসে, ঘড়ির কাজ থেকে নয়! এই ফলাফলগুলি 2023 সালে একটি ভিন্ন গোষ্ঠীর দ্বারা রিপোর্ট করাকে আরও শক্তিশালী করে: যে ‘ঘড়ি পড়া’ কোয়ান্টাম টাইমকিপিংয়ের একটি আক্রমণাত্মক প্রক্রিয়া যা মঞ্জুর করা যায় না।

নতুন অধ্যয়নটি 2023 সালের গবেষণায় রিপোর্ট করা নির্ভুলতার বোঝাকে জটিল করে এবং আরও গভীর করে যে দেখায় যে পরিমাপের প্রভাব একচেটিয়া নয়। ‘আরো ঘন ঘন ঘড়ি পড়া ভালো’-এর পরিবর্তে, নতুন গবেষণায় আরও জটিল বাস্তবতা বলে মনে হচ্ছে: পরিমাপের শক্তি এবং নির্ভুলতার মধ্যে সম্পর্ক ঘড়ির কাঁটার ওপর নির্ভর করে। টাইমকিপিং এর পদার্থবিদ্যা অধ্যয়নের প্রভাব সুদূরপ্রসারী হতে পারে, মৌলিক পদার্থবিদ্যা, মেট্রোলজি (পরিমাপের বিজ্ঞান) এবং কোয়ান্টাম কম্পিউটিং এর ভবিষ্যতকে স্পর্শ করে।

সম্ভবত সর্বাগ্রে, এটি পরামর্শ দেয় যে একটি কোয়ান্টাম সিস্টেম এবং এর ক্লাসিক্যাল পরিমাপ যন্ত্রের মধ্যে প্রায়ই উপেক্ষা করা মিথস্ক্রিয়া কেবল একটি প্রযুক্তিগত বিশদ নয়: এটি জড়িত পদার্থবিজ্ঞানের একটি কেন্দ্রীয় অংশ। একটি ঘড়ির টিক্সের পরিবর্ধন এবং পরিমাপ দ্বারা উত্পাদিত এনট্রপি হল কোয়ান্টাম স্কেলে টাইমকিপিংয়ের সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ এবং মৌলিক থার্মোডাইনামিক খরচ। অন্তত একটি প্রভাব সম্ভাব্যভাবে ব্যবহারিক: বর্তমান পারমাণবিক ঘড়িগুলি – যা অস্তিত্বের সবচেয়ে সঠিক টাইমকিপিং ডিভাইসগুলির মধ্যে একটি – আরও তাপগতিগতভাবে দক্ষ পরিমাপ সিস্টেম ডিজাইন করে উন্নত করা যেতে পারে।

অর্থাৎ, পর্যবেক্ষণের এনট্রপি খরচ কমিয়ে, এমন ঘড়ি তৈরি করা সম্ভব হতে পারে যা আরও সুনির্দিষ্ট। নতুন গবেষণায় যে নীতিগুলি অনুসন্ধান করা হয়েছে তাও ঘড়ির মধ্যে সীমাবদ্ধ নয়।

যেকোন কোয়ান্টাম কম্পিউটার নির্ভর করবে কোয়ান্টাম স্টেটগুলিকে সুনির্দিষ্টভাবে নিয়ন্ত্রণ এবং পরিমাপ করতে সক্ষম হওয়ার উপর। একটি কোয়ান্টাম সিস্টেম থেকে তথ্য আহরণের সাথে যুক্ত থার্মোডাইনামিক খরচ বোঝা ইঞ্জিনিয়ারদের জন্য দক্ষ এবং মাপযোগ্য কোয়ান্টাম মেশিন ডিজাইন করার জন্য অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ।

লেখকদের দৃষ্টিভঙ্গি কোয়ান্টাম পরিমাপের শক্তি খরচের উপর কাজের একটি বিস্তৃত লাইনে ফিড করে, যা অবশেষে জানাতে পারে কিভাবে ইঞ্জিনিয়াররা কোয়ান্টাম কম্পিউটার ডিজাইন করে। পরিশেষে, কিছু পদার্থবিজ্ঞানী এই ধরনের ফলাফলের ব্যাখ্যা করেছেন যে পরামর্শ দিচ্ছেন যে আমরা যে সময়ের স্পষ্ট, একমুখী প্রবাহ অনুভব করি তা কেবলমাত্র আণুবীক্ষণিক জগতের নিজস্ব সম্পত্তি নাও হতে পারে। পরিবর্তে, এটি এমন একটি বৈশিষ্ট্য হতে পারে যা ম্যাক্রোস্কোপিক স্কেলে তথ্য আহরণ এবং রেকর্ড করার প্রক্রিয়া থেকে নতুনভাবে উদ্ভূত হয়।

শাস্ত্রীয় প্রবাদে, একটি প্রেক্ষিত পাত্র কখনও ফুটে না। এই কোয়ান্টাম ঘড়ি পরীক্ষায়, পাত্রটি অবশ্যই ফুটে ওঠে, তবে এর বুদবুদগুলিকে একটি নির্ভরযোগ্য স্টপওয়াচে পরিণত করা ব্যয়বহুল।