भारतीय शास्त्रज्ञांचा विकास – रमन रिसर्च इन्स्टिट्यूट (RRI) मधील भारतीय संशोधकांनी क्वांटम क्षेत्रात डोकावून पाहण्याचा एक सौम्य पर्याय शोधून काढला आहे, ज्यामुळे त्यांना क्वांटम मटेरियल इतके अनोखे बनवणाऱ्या नाजूक परिस्थितींना त्रास न देता अणू किती घनतेने पॅक केलेले आहेत हे जाणवण्यास सक्षम केले आहे. हा नवीन दृष्टिकोन प्रायोगिक भौतिकशास्त्रातील संशोधकांना गुणधर्मांचा एक अद्वितीय संच प्रदान करतो जसे की उच्च अचूकता, रिअल-टाइम मापन आणि कमी व्यत्यय. क्वांटम कॉम्प्युटिंग आणि क्वांटम सेन्सिंगच्या सिद्धांतापासून ते व्यावहारिक अंमलबजावणीच्या मार्गावर ते एक मूलभूत मदतनीस बनू शकते.

सध्याचे क्वांटम प्रयोग अणूंचे ढग वापरू शकतात जे पूर्ण शून्याच्या जवळ तापमानात थंड केले जातात. या अत्यंत वातावरणात, न्यूट्रल-एटम क्वांटम कॉम्प्युटर किंवा अति-संवेदनशील सेन्सरशी संबंधित प्रणालींमध्ये वापरण्यासाठी योग्य प्रमाणात क्वांटम गुणधर्म प्रदर्शित करण्यासाठी अणू हळूहळू हलतात.

तथापि, अणूंचे निरीक्षण करणे नेहमीच समस्या निर्माण करते. मोजमापाची क्रिया अणूंना गरम करू शकते, त्यांना विखुरू शकते किंवा संशोधकांना अभ्यास करू इच्छित असलेल्या नाजूक क्वांटम अवस्थेतून बाहेर काढू शकते.

तसेच वाचा | पारंपारिक इमेजिंग पद्धती ही समस्या ठळकपणे का दाखवतात, इलेक्ट्रिक कारसाठी प्रगत बॅटरी देखील दीर्घकाळ का टिकत नाहीत हे संशोधकांनी स्पष्ट केले आहे. जेव्हा अणू ढग दाट होतात तेव्हा शोषण इमेजिंग अयशस्वी होऊ शकते, कारण तपासणारा प्रकाश ढगातून एकसमानपणे जाण्यासाठी संघर्ष करतो.

फ्लूरोसेन्स इमेजिंग काहीवेळा अधिक विश्वासार्ह असले तरी, याला सहसा जास्त वेळ एक्सपोजर आणि मजबूत प्रकाश आवश्यक असतो, ज्यामुळे अणूंची क्वांटम स्थिती व्यत्यय आणू शकते किंवा नष्ट होऊ शकते. जलद गतीने किंवा घट्ट बंदिस्त असलेल्या प्रणालींमध्ये, हे दोष विशेषतः मर्यादित होतात.

RRI मधील संशोधकांनी आता असे दाखवून दिले आहे की असे असणे आवश्यक नाही. त्यांनी रमन ड्रायव्हन स्पिन नॉइज स्पेक्ट्रोस्कोपी, किंवा RDSNS म्हणून ओळखल्या जाणाऱ्या तंत्राचे प्रात्यक्षिक केले आहे, जे प्रणालीला मोठ्या प्रमाणात स्पर्श न करता थंड अणूंमधून स्थानिक घनतेची माहिती काढू शकते. अणूंना प्रकाशाला जोरदार प्रतिसाद देण्यास भाग पाडण्याऐवजी, पद्धत अणू आधीच काय करत आहेत ते ऐकते.

त्याच्या केंद्रस्थानी, RDSNS अणूंच्या स्पिनमध्ये लहान, नैसर्गिक चढउतार शोधते. कमकुवत लेसर किरण अणू ढगातून जात असताना, हे चढउतार प्रकाशाच्या ध्रुवीकरणात सूक्ष्मपणे बदल करतात. त्या बदलांचे काळजीपूर्वक विश्लेषण करून, शास्त्रज्ञ अणूंच्या गुणधर्मांना थेट त्रास न देता निष्कर्ष काढू शकतात.

शेजारच्या स्पिन राज्यांमधील अणू हलक्या हाताने चालवण्यासाठी दोन अतिरिक्त लेसर किरणांचा वापर करून RRI टीमने हा सिग्नल वाढवला, ज्यामुळे शोधण्यायोग्य सिग्नलला जवळपास दशलक्ष पटीने वाढ केली. हे प्रवर्धन अणू ढगाच्या अपवादात्मकपणे लहान प्रदेशावर झूम इन करणे शक्य करते.

प्रोब बीमला फक्त 38 मायक्रोमीटरच्या रुंदीवर केंद्रित करून, संशोधकांनी अंदाजे 10,000 अणू असलेले सुमारे 0. 01 घन मिलिमीटरचे परिमाण तपासले. संपूर्ण क्लाउडसाठी एकच संख्या नोंदवण्याऐवजी, तंत्र त्या अचूक स्थानावर किती घनतेने अणू पॅक केलेले आहेत हे प्रकट करते.

या जाहिरातीच्या खाली कथा सुरू आहे जेव्हा टीमने मॅग्नेटो-ऑप्टिकल ट्रॅपमध्ये ठेवलेल्या पोटॅशियम अणूंवर RDSNS लागू केले तेव्हा एक मनोरंजक चित्र उदयास आले. ढगाच्या मध्यभागी असलेली घनता एका सेकंदात कमाल झाली.

याउलट, फ्लोरोसेन्सवर आधारित मोजमापांनी असे दिसून आले की अणूंची एकूण संख्या जवळजवळ दुप्पट वाढली. शोध एक सूक्ष्म परंतु महत्त्वाचा मुद्दा स्पष्ट करतो: जागतिक मोजमाप स्थानिक गतिशीलता चुकवू शकतात जे खूप वेगाने उलगडतात आणि गंभीर माहिती घेऊन जातात. कारण RDSNS मध्ये वापरलेला प्रोबिंग लाइट अणूंच्या नैसर्गिक अनुनादापासून दूर आहे आणि कमी शक्तीवर ठेवला आहे, ही पद्धत प्रभावीपणे गैर-आक्रमक आहे.

हे मायक्रोसेकंद टाइमस्केल्सवरही विश्वसनीय परिणाम देऊ शकते, ज्यामुळे क्वांटम सिस्टममध्ये जलद बदलांचा मागोवा घेण्यासाठी ते योग्य बनते. त्याची अचूकता तपासण्यासाठी, संघाने RDSNS डेटाची तुलना गणितीय पुनर्रचना तंत्र वापरून फ्लूरोसेन्स प्रतिमांमधून घेतलेल्या घनतेच्या प्रोफाइलशी केली.

जवळच्या कराराने पुष्टी केली की नवीन दृष्टीकोन तंतोतंत आणि विश्वासार्ह आहे, तसेच पारंपारिक गृहीतके, जसे की परिपूर्ण सममिती, मोडतात अशा परिस्थितीत देखील कार्य करते. संशोधनाचे परिणाम व्यापक असू शकतात.

ग्रॅव्हिमीटर आणि मॅग्नेटोमीटर यांसारख्या क्वांटम गॅजेट्रीचा बराचसा भाग चालतो कारण त्याला अणूंची घनता माहित असते. खरं तर, येथे सादर केलेला दृष्टीकोन क्वांटम पदार्थाच्या वाहतूक गुणधर्मांचा प्रायोगिकपणे अभ्यास करण्याचा मार्ग प्रदान करू शकतो कारण त्यात आता घनतेच्या चढउतारांचे परीक्षण करण्याची संवेदनशीलता आहे.

भारताच्या नॅशनल क्वांटम मिशनच्या नेतृत्वाखालील या संशोधनासाठी समर्थन, एका सरळ परंतु प्रभावी संकल्पनेचे महत्त्व दर्शवते: कधीकधी, क्वांटम क्षेत्र योग्यरित्या समजून घेण्यासाठी, सर्वोत्तम मार्ग म्हणजे खोलवर डोकावणे नव्हे तर हळूवारपणे डोकावणे.