प्रकृति के सबसे छोटे पैमाने पर, भौतिकी के नियम हमारे दैनिक जीवन में दिखाई देने वाले नियमों से नाटकीय रूप से बदल जाते हैं। ठोस वस्तुओं की तरह व्यवहार करने के बजाय, कण क्वांटम यांत्रिकी के विचित्र सिद्धांतों का पालन करते हैं।
वे एक ही समय में एक से अधिक अवस्थाओं में मौजूद रह सकते हैं और एक-दूसरे को ऐसे तरीकों से प्रभावित भी कर सकते हैं जो शास्त्रीय भौतिकी में असंभव प्रतीत होते हैं। ये असामान्य प्रभाव क्वांटम कंप्यूटिंग की नींव हैं , एक ऐसा क्षेत्र जिसमें ऐसी समस्याओं को हल करने की क्षमता है जिन्हें सबसे तेज़ सुपर कंप्यूटर भी नहीं सुलझा सकते।
फिर भी, क्वांटम कंप्यूटिंग के इस वादे को पूरा करने से पहले, वैज्ञानिकों को एक गंभीर चुनौती का सामना करना पड़ रहा है। सूचना को संग्रहीत और संसाधित करने वाले क्यूबिट या क्वांटम बिट्स बेहद नाज़ुक होते हैं।
तापमान में एक छोटा सा बदलाव, एक छोटा सा चुंबकीय उतार-चढ़ाव, या यहाँ तक कि हल्का कंपन भी उन्हें बाधित कर सकता है, जिससे उनकी क्वांटम अवस्था नष्ट हो सकती है और विश्वसनीय गणनाएँ असंभव हो सकती हैं।
इस कमज़ोरी को दूर करने के लिए, शोधकर्ताओं ने उन विशेष पदार्थों पर ध्यान केंद्रित किया है जो अपनी अंतर्निहित संरचना, जिसे टोपोलॉजी कहते हैं, के माध्यम से क्वाबिट्स को ऐसे व्यवधानों से बचा सकते हैं।
जब पदार्थ की टोपोलॉजी के
कारण एक क्वांटम अवस्था संरक्षित रहती है, तो उसे टोपोलॉजिकल उत्तेजना कहा
जाता है। ये अवस्थाएँ स्वाभाविक रूप से शोर के प्रति अधिक प्रतिरोधी होती हैं, लेकिन ऐसे पदार्थों की पहचान
करना बेहद मुश्किल साबित हुआ है जो इनका समर्थन कर सकें।
Chalmers University of Technology
यह एक बिल्कुल नए प्रकार का अनोखा क्वांटम पदार्थ है जो बाहरी व्यवधानों के संपर्क में आने पर भी अपने क्वांटम गुणों को बनाए रख सकता है। यह क्वांटम कंप्यूटरों के विकास में योगदान दे सकता है
जो व्यवहार में क्वांटम गणनाओं को संभालने के लिए पर्याप्त रूप से मज़बूत हों,\" चाल्मर्स में अनुप्रयुक्त क्वांटम भौतिकी के पोस्टडॉक्टरल शोधकर्ता और Physical Review Letters
\' विदेशी क्वांटम पदार्थ\' (एक्सॉटिक क्वांटम मैटीरियल्स)
अत्यधिक क्वांटम गुणों वाले ठोस पदार्थों के कई नए वर्गों के लिए एक व्यापक शब्द
है। विशेष लचीले गुणों वाले ऐसे पदार्थों की खोज लंबे समय से एक चुनौती रही है।
परंपरागत रूप से, शोधकर्ता स्पिन-ऑर्बिट युग्मन पर आधारित एक सुस्थापित \'नुस्खा\' अपनाते रहे हैं, जो एक क्वांटम अंतःक्रिया है जो इलेक्ट्रॉन के स्पिन को परमाणु नाभिक के चारों ओर उसकी कक्षीय गति से जोड़कर टोपोलॉजिकल उत्तेजनाएँ उत्पन्न करती है। हालाँकि, यह \'घटक\' अपेक्षाकृत दुर्लभ है, और इसलिए इस विधि का उपयोग सीमित संख्या में पदार्थों पर ही किया जा सकता है।
इस अध्ययन में, शोध दल ने एक बिल्कुल नई विधि प्रस्तुत की है जो समान प्रभाव प्राप्त करने के लिए चुंबकत्व – जो एक अधिक सामान्य और सुलभ घटक है – का उपयोग करती है। चुंबकीय अंतःक्रियाओं का उपयोग करके, शोधकर्ता टोपोलॉजिकल क्वांटम कंप्यूटिंग के लिए आवश्यक मज़बूत टोपोलॉजिकल उत्तेजनाओं को इंजीनियर करने में सक्षम हुए।
\"हमारी पद्धति का लाभ यह है कि चुंबकत्व कई पदार्थों में स्वाभाविक
रूप से मौजूद होता है। आप इसकी तुलना दुर्लभ मसालों के बजाय रोज़मर्रा की सामग्री
से बेकिंग करने से कर सकते हैं,\" गुआंगज़े चेन बताते हैं।
\"इसका मतलब है कि अब हम पदार्थों के एक बहुत व्यापक स्पेक्ट्रम में
टोपोलॉजिकल गुणों की खोज कर सकते हैं, जिनमें वे भी शामिल हैं जिन्हें
पहले अनदेखा किया गया था।\"
उपयोगी टोपोलॉजिकल गुणों वाले नए पदार्थों की खोज में तेज़ी लाने के लिए, शोध दल ने एक नया कम्प्यूटेशनल टूल भी विकसित किया है। यह टूल सीधे गणना कर सकता है कि कोई पदार्थ कितनी दृढ़ता से टोपोलॉजिकल व्यवहार प्रदर्शित करता है।
गुआंगज़े
चेन कहते हैं, \"हमारी आशा है कि यह दृष्टिकोण कई और अनोखे पदार्थों की खोज में
मददगार साबित हो सकता है। अंततः, इससे अगली पीढ़ी के क्वांटम कंप्यूटर प्लेटफ़ॉर्म बन सकते
हैं, जो ऐसे
पदार्थों पर आधारित होंगे जो वर्तमान प्रणालियों को प्रभावित करने वाले व्यवधानों
के प्रति स्वाभाविक रूप से प्रतिरोधी हैं।\"
