प्रोफेसर, पोस्ट-डॉक आणि पदवीधर विद्यार्थ्याची एक कहाणी- आठवड्यात

आजकाल आपल्या आजूबाजूला खूप आनंददायक विज्ञान घडत आहे की प्रथम काय आश्चर्यचकित करावे हे ठरविणे कठीण आहे. आता प्रसिद्ध कॅसिओ-ए-पीईपीई अभ्यासामध्ये, क्रीमयुक्त, गुळगुळीत सॉस तयार करण्यासाठी तापमानासाठी आदर्श स्टार्च एकाग्रता, अचूक चीज-पाण्याचे इमल्शन्स आणि तपमानासाठी मार्गदर्शक तत्त्वे उघडकीस आणण्यासाठी युरोपियन भौतिकशास्त्रज्ञांच्या टीमला आयजी-नोबेल पुरस्काराने गौरविण्यात आले. दुसर्‍या अभ्यासाने नर्सिंग मातांनी लसूण टाळले पाहिजे या जुन्या कल्पित कल्पनेला फुटले; त्याऐवजी, हे सिद्ध झाले की बाळांना लसूण-चव असलेले दूध आवडले आणि जेव्हा त्यांच्या मातांनी लसूण सेवन केले तेव्हा त्यांनी बालरोगशास्त्रात आयजी-नोबेल जिंकले.

दरम्यान, 'नियमित' नोबेल पुरस्कार आपल्याला आठवण करून देतो की कुतूहल भौतिकशास्त्र पुन्हा लिहू शकते. २०२२ च्या भौतिकशास्त्राच्या नोबेल पुरस्काराच्या तुकड्यात मी एका आशावादी चिठ्ठीवरुन समाप्त झालो होतो, “आईच्या निसर्गाने, आइन्स्टाईनला 'देव' म्हणून मानले तर खरोखरच आम्ही साक्ष देऊ. मला माहित नव्हते की मनोरंजक वेळा इतक्या लवकर येथे असतील.

येथे आम्ही २०२25 मध्ये आहोत, जेव्हा क्वांटम कंप्यूटिंगच्या रिंगणात तीन शास्त्रज्ञांना पुन्हा भौतिकशास्त्र नोबेल पुरस्कार देण्यात आला आहे. नेहमीप्रमाणेच, या वेळी काय वेगळे आहे आणि आता हे बक्षीस का?

तीन जिज्ञासू मने

जॉन क्लार्क, मिशेल डेव्होरेट आणि जॉन मार्टिनिस या तीन विजेते यांनी कॅलिफोर्निया, बर्कले विद्यापीठात १ 1980 .० च्या दशकाच्या मध्यभागी एकत्र काम केले. त्यावेळी क्लार्क पोस्टडॉक्टोरल संशोधक म्हणून देवोरेट आणि पदवीधर विद्यार्थी म्हणून मार्टिनिस या गटाचे नेतृत्व करीत होते.

केंब्रिजमध्ये जन्मलेला जॉन क्लार्क पीएचडी पूर्ण केल्यानंतर बर्कले येथे गेला होता. त्यांनी सुपरकंडक्टिव्हिटी आणि जोसेफसन जंक्शनमध्ये विशेष केले आणि मॅक्रोस्कोपिक क्वांटम इव्हेंटवर लक्ष केंद्रित करणार्‍या संशोधन गटाचे नेतृत्व केले. पॅरिसमधील मिशेल डेव्होरेट यांनी क्लार्कच्या गटात पोस्टडॉक म्हणून सामील झाले तेव्हा सैद्धांतिक धैर्य आणि सर्जनशीलता आणली. जॉन मार्टिनिस, प्रथम पिढीतील अमेरिकन, एक अभियांत्रिकी मनाचा पदवीधर विद्यार्थी होता ज्याने परिणाम दर्शविण्यासाठी आवश्यक उपकरण तयार करण्यास मदत केली, जे सिद्धांत प्रयोगात बदलण्यात महत्त्वपूर्ण होते.

लाटा आणि भिंतीपासून सर्किट आणि चिप्स पर्यंत

फेनमॅनने एकदा म्हटल्याप्रमाणे: 'आपल्याला क्वांटम मेकॅनिक्स समजल्यास आपल्याला क्वांटम मेकॅनिक्स समजत नाहीत.' तरीही मी येथे 'क्वांटम टनेलिंग' डिमिटिफाइंगवर एक शॉट घेत आहे, जे या वर्षाच्या बक्षिसेशी संबंधित बझवर्ड आहे.

क्वांटम टनेलिंगमध्ये, उर्जेच्या अडथळ्याच्या मागे अडकलेला कण कसा तरी त्यावर चढण्यासाठी आवश्यक उर्जा न घेता दुस side ्या बाजूला डोकावतो. गणित कार्य करते, अंतर्ज्ञान संघर्ष.

१ 26 २26 मध्ये एर्विन श्राइडिंगरने वेव्हफंक्शनचे औपचारिक केले आणि फ्रेडरिक हंडने लवकरच संभाव्य खो valley ्यातील एका कणावर लागू केले; बोगद्याची संकल्पना उदयास आली. १ 28 २ By पर्यंत, जॉर्ज गामो आणि स्वतंत्रपणे, गुरने आणि कॉन्डन यांनी हे सिद्ध केले होते की किरणोत्सर्गी अणूंमध्ये अल्फा क्षय या अगदी यंत्रणेद्वारे स्पष्ट केले जाऊ शकते. तरीही 20 व्या शतकाच्या बहुतेक भागासाठी, भौतिकशास्त्रज्ञांनी गृहित धरले की बोगदा सबटॉमिकच्या क्षेत्रापुरता मर्यादित आहे: इलेक्ट्रॉन, न्यूक्ली आणि फोटॉन. नक्कीच, मॅक्रोस्कोपिक सिस्टम, कोट्यावधी कण एकत्र काम करतात, “शास्त्रीय” असे वागतात कारण हे कोणत्याही गोष्टीद्वारे बोगद्यासाठी खूप मोठे असेल. क्लार्क, डेव्होरेट आणि मार्टिनिस यांनी सहमत नाही.

या कार्याबद्दल काय महत्वाचे आहे? त्यांनी काय सिद्ध केले आणि ते नोबेलला पात्र का मानले गेले?

जोसेफसनचे जंक्शन दोन सुपरकंडक्टिंग वायर दरम्यान इन्सुलेटिंग लेयर सँडविचसह बनविले जाते. हे इन्सुलेटिंग लेयर इलेक्ट्रॉनच्या जोड्यांना त्याद्वारे यांत्रिकरित्या बोगद्याची क्वांटम करण्यास अनुमती देते, जोसेफसनचा प्रभाव म्हणून ओळखल्या जाणार्‍या अद्वितीय सुपरकंडक्टिंग इंद्रियगोचर सक्षम करते. ब्रायन जोसेफसनने केंब्रिज येथे हा सैद्धांतिक शोध लावला होता ज्यामुळे बेल लॅबमध्ये प्रयोगात्मकपणे सिद्ध झाल्यानंतर 1973 मध्ये भौतिकशास्त्रात त्याचे नोबेल पारितोषिक ठरले.

१ 1980 .० च्या दशकाच्या मध्यभागी, एक सामान्य दिसणारी सर्किट तयार केली गेली ज्याने या जंक्शनचा वापर केला. १ 198 55 च्या शारीरिक पुनरावलोकन पत्रांमधील पेपरमध्ये, तीन २०२25 विजेतेपदावरून असे दिसून आले आहे की, जेव्हा अत्यंत थंड परिस्थितीत थंड होते, सुपरकंडक्टिंग सर्किट जंक्शनच्या ओलांडून व्होल्टेज नसलेले आणि ज्यामध्ये तेथे आहे, ज्यामध्ये क्वांटम वर्ल्डमधून जोसेफसनचा परिणाम मॅक्रोस्कोपिक वास्तवात आणला जाऊ शकतो. केकवर चेरी जोडण्यासाठी, त्यांनी नंतरच्या प्रयोगांमध्ये असेही दर्शविले की सर्किटने वेगळ्या भागांमध्ये उर्जा शोषली, ज्याला क्वान्टेशन म्हणून ओळखले जाते.

सर्किट क्वांटिझ्ड एनर्जी स्टेट्समध्ये अस्तित्वात असू शकते आणि सर्वात नेत्रदीपकपणे, कूपर जोड्यांद्वारे परिभाषित केलेले राज्य इन्सुलेट अडथळ्याच्या ओलांडून बोगदा 'करू शकते, संभाव्य फॅशनमध्ये राज्यांना स्विच करू शकते. प्रत्यक्षात, संपूर्ण सर्किट कृत्रिम अणूसारखे वागले. हे केवळ जोसेफसनच्या सिद्धांताचे प्रदर्शन नव्हते; हे देखील सिद्ध केले की क्वांटम मेकॅनिक्स मायक्रोस्कोपिकच्या सीमेवर स्वत: चा राजीनामा देत नाही. त्याने सीमेवर वाढ केली.

आता एक विचारू शकेल: हे केवळ एक सुंदर पुरावा आहे की त्याचा मूर्त प्रभाव आहे? उत्तर एक जोरदार होय आहे. परिणाम गहन आहेत.

प्रथम, या कार्याने क्वांटम संगणनासाठी आजच्या अग्रगण्य प्लॅटफॉर्मपैकी एक सुपरकंडक्टिंग क्यूबिट्ससाठी पायाभूत तत्त्वे दिली आहेत. क्वांटम बिट्स पारंपारिक 'डिजिटल' बिट्स, शून्य आणि एक यांच्या विरूद्ध क्वांटम लॉजिकचे ब्लॉक्स तयार करीत आहेत, ज्यावर सध्याचे डिजिटल लॉजिक अवलंबून आहे.

दुसरे म्हणजे, हे सर्किट्स चुंबकीय प्रवाहास अत्यंत संवेदनशीलतेस अनुमती देतात आणि अशा प्रकारे स्क्विड्स (सुपरकंडक्टिंग क्वांटम हस्तक्षेप उपकरणे) सारख्या अत्यंत अचूक सेन्सर तयार करण्यासाठी वापरले जाऊ शकतात, ज्यात जिओफिजिक्स, मेडिकल इमेजिंग, बायोमॅग्नेटिझम आणि मूलभूत भौतिकशास्त्रातील विस्तृत अनुप्रयोग आहेत.

तिसर्यांदा, या कामाचा अर्थ असा आहे की क्वांटम क्रिप्टोग्राफी आणि फॉल्ट-टॉलरंट क्वांटम माहिती प्रोटोकॉलमध्ये मजबूत पाया आहे. क्वांटम मेकॅनिक्स मॅक्रोस्कोपिक सर्किट्समध्ये टिकून राहू शकतात ही वस्तुस्थिती संशोधकांना भविष्यातील तंत्रज्ञानामध्ये स्केल, नियंत्रित आणि समाकलित करण्यास प्रवृत्त करते. थोडक्यात, एकेकाळी विचारांच्या प्रयोगांचे क्षेत्र आता अभियांत्रिकी साधन बनते.

भौतिकशास्त्रातील 2025 नोबेल पुरस्कार “चिपवरील क्वांटम विचित्रपणा” या प्रात्यक्षिकापेक्षा अधिक बक्षीस देतात. हे ओळखते की मायक्रोस्कोपिकचे नियम मॅक्रोस्कोपिक आकाराच्या सर्किटमध्ये कोक्स केलेले, मार्गदर्शन आणि नियंत्रित केले जाऊ शकतात. क्लार्क, डेव्होरेट आणि मार्टिनिस यांनी आम्हाला हे दर्शविले आहे की क्वांटम वर्ल्डला दुर्गमतेमध्ये प्रवेश करण्याची गरज नाही; हे इंजिनियर केले जाऊ शकते, हाताळले जाऊ शकते आणि हार्नेस केले जाऊ शकते. सुपरकंडक्टिंग क्यूबिट्स तयार करण्यासाठी अचूक क्रायोजेनिक्स, प्रगत नॅनोफॅब्रिकेशन आणि अत्याधुनिक नियंत्रण इलेक्ट्रॉनिक्स, ज्या ठिकाणी शैक्षणिक आणि उद्योग यांच्यात जवळचे सहकार्य आवश्यक आहे.

कॉर्पोरेट एंटरप्राइझमधून मार्टिनिसच्या प्रवासात स्टॅनफोर्ड, त्सिंगहुआ, डेलफ्ट, तैनन, बंगलोर, सिडनी किंवा मार्टिनिसच्या प्रवासात पुढील क्वांटम लीप उदयास येऊ शकेल. कोणत्याही परिस्थितीत, हे या अग्रगण्य दिग्गजांच्या खांद्यावर दृढपणे उभे राहील.

(नॅशनल तैवान विद्यापीठाच्या प्रायोगिक कंडेन्स्ड मॅटर फिजिक्समध्ये लेखक पीएच.डी.

या लेखात व्यक्त केलेली मते लेखकाची आहेत आणि आठवड्यातील मते किंवा मते प्रतिबिंबित करण्याचा प्रयत्न करीत नाहीत.