क्या एक ही क्वांटम कण में अति-सटीक घड़ी, एक कंप्यूटिंग प्रोसेसर और भौतिक प्रक्रियाओं के सिम्युलेटर को जोड़ा जा सकता है? बोल्डर स्थित JILA प्रयोगशाला के भौतिकविदों ने इंसब्रुक विश्वविद्यालय के अपने सहयोगियों के साथ मिलकर यह साबित कर दिया है कि ऐसा संभव है। उन्होंने यिटेरबियम-171 परमाणुओं पर आधारित एक क्वांटम 'मल्टी-टूल' विकसित किया है, जो लेजर के निर्देश पर अपनी कार्यात्मक भूमिका बदलने में सक्षम हैं।
अब तक क्वांटम प्रौद्योगिकियां अलग-अलग दिशाओं में विकसित हो रही थीं। कुछ वैज्ञानिक गणनाओं के लिए क्यूबिट बना रहे थे, कुछ जटिल प्रणालियों के सिम्युलेशन के लिए, तो कुछ ऑप्टिकल घड़ियाँ बनाने में जुटे थे। समस्या यह थी कि इन अलग-अलग कार्यों के लिए अलग-अलग भौतिक गुणों की आवश्यकता होती है।
एडम कॉफ़मैन के नेतृत्व वाली टीम ने इसका एक शानदार समाधान खोज निकाला है। उन्होंने यिटेरबियम के ऊर्जा स्तरों के तीन जोड़ों का उपयोग किया, जिनमें एक सामान्य 'एंकर' अवस्था साझा होती है। परमाणु पर विशिष्ट फ्रीक्वेंसी की लेजर पल्स डालकर, शोधकर्ता डेटा खोए बिना क्वांटम सुपरपोजिशन को एक मोड से दूसरे मोड में तुरंत स्थानांतरित करने में सफल रहे।
अब एक ही परमाणु तीन अलग-अलग रूपों में काम करता है:
- न्यूक्लियर क्यूबिट: यह परमाणु नाभिक के स्पिन का उपयोग करता है, जिस पर बाहरी बाधाओं का लगभग कोई असर नहीं होता, और यह जानकारी को सुरक्षित रूप से संग्रहीत करता है।
- रिडबर्ग क्यूबिट: यह इलेक्ट्रॉन के अत्यधिक उत्तेजित होने पर बनता है, जिससे गणना करने के लिए परमाणु तेजी से एक-दूसरे के साथ संवाद कर पाते हैं।
- ऑप्टिकल क्यूबिट: यह उन ऊर्जा स्तरों का उपयोग करता है जो परमाणु घड़ियों में इस्तेमाल होते हैं, जो सटीक माप के लिए आवश्यक हैं।
प्रयोगों के दौरान, वैज्ञानिकों ने पूरी कार्यप्रणाली का प्रदर्शन किया। उन्होंने 20 परमाणुओं तक को उलझी हुई स्थिति में जोड़ा और 99.78% की सटीकता के साथ दो-क्यूबिट ऑपरेशन किए। यदि स्विचिंग की प्रक्रिया में कोई त्रुटि आती थी, तो सिस्टम ऑप्टिकल नियंत्रण की मदद से उसे पहचान लेता था और विफल प्रयासों को खारिज कर देता था।
भविष्य में, यह बहुमुखी प्रतिभा क्वांटम कंप्यूटिंग और सटीक मेट्रोलॉजी के बीच की दूरियों को खत्म कर सकती है। इंजीनियरों को अब सिस्टम की स्थिरता और उसकी गति के बीच चुनाव नहीं करना पड़ेगा। एक ही प्लेटफॉर्म पर इन तीन मोड के एकीकरण से उन व्यावहारिक क्वांटम कंप्यूटरों के आने की गति काफी तेज हो सकती है, जो बिना भारी-भरकम उपकरण बदले वास्तविक दुनिया की समस्याओं को हल करने में सक्षम होंगे।
