दुनिया का पहला मैकेनिकल क्वबिट किसी प्रकाश या इलेक्ट्रॉनिक्स का उपयोग नहीं करता है। यह अति-सटीक गुरुत्वाकर्षण-संवेदन तकनीक को जन्म दे सकता है।
वैज्ञानिकों ने दुनिया का पहला मैकेनिकल क्वबिट बनाया है: एक छोटा, गतिशील सिस्टम जो विद्युत धाराओं या प्रकाश के बजाय कंपन का उपयोग करके क्वांटम जानकारी संग्रहीत करता है।
क्यूबिट्स की मूलभूत इकाइयाँ हैं क्वांटम जानकारी. शास्त्रीय कंप्यूटर में पाए जाने वाले बिट्स के विपरीत, क्यूबिट्स 0, 1 या दोनों के सुपरपोजिशन के रूप में मौजूद हो सकते हैं, इसकी अजीब आंतरिक कार्यप्रणाली के लिए धन्यवाद क्वांटम यांत्रिकी और नाज़ुक हालत.
परंपरागत रूप से, इन्हें इससे बनाया जाता है अतिचालक सर्किट, चार्ज किया गया परमाणुओं (आयन), या प्रकाश कण (फोटॉनों). हालाँकि, नया मैकेनिकल क्वबिट उपयोग करता है फोनन – एक प्रकार का “क्वासिपार्टिकल” – एक सटीक रूप से इंजीनियर किए गए नीलमणि क्रिस्टल के भीतर कंपन द्वारा उत्पन्न होता है।
क्वासिपार्टिकल एक अवधारणा है जिसका उपयोग कणों के एक समूह के व्यवहार और अंतःक्रियाओं का वर्णन करने के लिए किया जाता है जैसे कि वे एक एकल कण के रूप में कार्य कर रहे हों। इस मामले में, फ़ोनन क्वासिपार्टिकल्स का प्रतिनिधित्व करते हैं जो अनिवार्य रूप से कंपन ऊर्जा के वाहक के रूप में कार्य करते हैं।
वैज्ञानिकों ने कहा कि यह सफलता गुरुत्वाकर्षण जैसी शक्तियों का पता लगाने में सक्षम अति-संवेदनशील सेंसर प्रौद्योगिकियों के साथ-साथ क्वांटम कंप्यूटरों में लंबे समय तक स्थिरता बनाए रखने के नए तरीकों का मार्ग प्रशस्त कर सकती है। उन्होंने अपना अध्ययन 14 नवंबर को जर्नल में प्रकाशित किया विज्ञान.
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यांत्रिक प्रणालियों को ऐतिहासिक रूप से क्वैबिट के रूप में उपयोग करने के लिए बहुत चुनौतीपूर्ण माना गया है क्योंकि, क्वांटम यांत्रिकी के सिद्धांतों के लिए धन्यवाद, वे कभी भी पूरी तरह से स्थिर नहीं होते हैं। इसका मतलब यह है कि क्वांटम स्तर पर काम करने के लिए हमेशा अवशिष्ट गति होती है जिसका हिसाब और नियंत्रण करना आवश्यक होता है।
इसी तरह, मैकेनिकल ऑसिलेटर – उपकरण जो फोनन के रूप में ऊर्जा को संग्रहीत और स्थानांतरित करते हैं – आमतौर पर समान दूरी वाले ऊर्जा स्तरों पर हार्मोनिक कंपन के अधीन होते हैं। वैज्ञानिकों ने समझाया, यह एक मुद्दा है, क्योंकि एकसमान दूरी एक क्वबिट के 0 और 1 को दर्शाने के लिए आवश्यक दो ऊर्जा अवस्थाओं को अलग करना मुश्किल बना देती है।
“[The challenge] यह है कि क्या आप ऊर्जा के स्तर को असमान दूरी पर इतना बना सकते हैं कि आप दूसरों को छुए बिना उनमें से दो को संबोधित कर सकें,” अध्ययन के सह-लेखक यिवेन चूईटीएच ज्यूरिख के एक भौतिक विज्ञानी ने बताया विज्ञान.
शोधकर्ताओं ने एक “हाइब्रिड” प्रणाली बनाकर इस समस्या से निपटा, 400 माइक्रोमीटर (0.4 मिमी) मापने वाले एक नीलमणि क्रिस्टल रेज़ोनेटर को एक सुपरकंडक्टिंग क्वबिट के साथ जोड़ा, और दोनों को थोड़ा ऑफसेट आवृत्तियों पर बातचीत करने के लिए ट्यून किया। जब रेज़ोनेटर और क्वबिट ने परस्पर क्रिया की, तो इसने उनकी क्वांटम अवस्थाओं को मिश्रित कर दिया, जिसके परिणामस्वरूप रेज़ोनेटर में ऊर्जा का स्तर असमान हो गया – एक घटना जिसे “एनहार्मोनिकिटी” के रूप में जाना जाता है।
इसने शोधकर्ताओं को दो अलग-अलग ऊर्जा अवस्थाओं को अलग करने में सक्षम बनाया, जिससे रेज़ोनेटर को प्रभावी ढंग से एक यांत्रिक क्वबिट में बदल दिया गया।
जबकि मैकेनिकल क्वबिट क्वांटम जानकारी को पकड़ और हेरफेर कर सकता है, सिस्टम की निष्ठा – यह मापने का एक उपाय है कि यह क्वांटम संचालन कितनी सटीकता से करता है – केवल 60% के रूप में दर्ज किया गया था। तुलनात्मक रूप से, अत्याधुनिक सुपरकंडक्टिंग क्वैबिट अक्सर होते हैं 99% से ऊपर निष्ठा प्राप्त करें.
फिर भी, यांत्रिक क्वैबिट अद्वितीय लाभ प्रदान कर सकते हैं, वैज्ञानिकों ने कहा। उदाहरण के लिए, वे गुरुत्वाकर्षण जैसे बलों के साथ इस तरह से बातचीत कर सकते हैं जैसे अन्य क्वांटम सिस्टम नहीं कर सकते हैं, जिससे वे अत्यधिक संवेदनशील क्वांटम सेंसर के विकास के लिए आशाजनक उम्मीदवार बन जाते हैं।
उन्होंने कहा कि मैकेनिकल क्वैब क्वांटम जानकारी को लंबे समय तक संग्रहीत करने में भी सक्षम हो सकते हैं। यह सुसंगतता बनाए रखने के लिए महत्वपूर्ण है – यह मापता है कि कोई सिस्टम कितने समय तक स्थिर रह सकता है और बिना किसी हस्तक्षेप के क्वांटम डेटा का उपयोग करके गणना कर सकता है।
शोधकर्ता अब बुनियादी गणना करने के लिए कई यांत्रिक क्वैबिट को एक साथ जोड़ने पर काम कर रहे हैं, जो उन्होंने कहा कि प्रौद्योगिकी के लिए व्यावहारिक अनुप्रयोगों की दिशा में एक महत्वपूर्ण कदम होगा।
