भौतिकी का नोबेल पुरस्कार 2022-क्वांटम एनटेंगेलमेंट की खोज के लिए 3 वैज्ञानिकों को अवार्ड

रॉयल स्वीडिश एकेडमी ऑफ साइंसेज ने 4 अक्टूबर, 2022 को घोषणा की कि क्वांटम मैकेनिक्स (quantum mechanics) पर शोध के लिए फ्रांस के एलेन एस्पेक्ट (Alain Aspect), अमेरिका के जॉन क्लाउजर (John F Clauser) और ऑस्ट्रिया के एंटन जाइलिंगर (Anton Zeilinger) को वर्ष 2022 के भौतिकी का नोबेल पुरस्कार (Nobel Prize in Physics 2022) देने का फैसला किया है।

अकादमी ने कहा कि भौतिकी में 2022 का नोबेल पुरस्कार “इंटेंगल्ड फोटॉनों के साथ प्रयोगों, बेल असमानताओं के उल्लंघन (violation of Bell inequalities) की पुष्टि, और क्वांटम सूचना विज्ञान (quantum information science) की खोज ” के लिए दिया गया है।

भौतिकी में 2022 के नोबेल पुरस्कार विजेताओं ने उलझे हुए क्वांटम स्थितियों का उपयोग करते हुए अभूतपूर्व प्रयोग किए हैं, जहां दो कण अलग होने पर भी एक इकाई की तरह व्यवहार करते हैं। इनके शोधों ने क्वांटम सूचना पर आधारित नई तकनीक का मार्ग प्रशस्त किया है।

वर्ष 2022 के भौतिकी पुरस्कार विजेताओं के प्रायोगिक उपकरणों के विकास ने क्वांटम प्रौद्योगिकी (quantum technology) के एक नए युग की नींव रखी है। क्वांटम स्थितियों और उनके गुणों की सभी परतों में हेरफेर और प्रबंधन करने में सक्षम होने से हमें अप्रत्याशित क्षमता वाले उपकरणों तक पहुंच मिलती है।

क्वांटम कंप्यूटर बनाने, माप में सुधार करने, क्वांटम नेटवर्क बनाने और सुरक्षित क्वांटम एन्क्रिप्टेड संचार स्थापित करने के लिए व्यक्तिगत कण प्रणालियों के विशेष गुणों का उपयोग करने के लिए गहन शोध और विकास चल रहा है।

बेल असमानता (Bell inequalities) का उल्लंघन

इस साल के नोबेल पुरस्कार विजेता जॉन क्लॉसर ने एक ऐसा उपकरण बनाया जो एक समय में दो उलझे हुए/इंटेंगल्ड फोटोन उत्सर्जित करता था, प्रत्येक एक फिल्टर की ओर जो उनके पोलराइजेशन का परीक्षण करता था। यह ‘बेल असमानता (Bell inequalities) का स्पष्ट उल्लंघन था और क्वांटम यांत्रिकी की भविष्यवाणियों के अनुरूप था।

बता दें कि 1960 के दशक में, जॉन स्टीवर्ट बेल ने अपने नाम पर गणितीय असमानता विकसित की। यह बताता है कि यदि छिपे हुए चर (hidden variables) हैं, तो बड़ी संख्या में माप के परिणामों के बीच का संबंध कभी भी एक निश्चित मूल्य से अधिक नहीं होगा। हालांकि, क्वांटम यांत्रिकी भविष्यवाणी करता है कि एक निश्चित प्रकार का प्रयोग बेल की असमानता का उल्लंघन करेगा।

एलेन एस्पेक्ट

एलेन एस्पेक्ट ने एक महत्वपूर्ण खामी को ख़त्म करने के लिए एक सेटअप विकसित किया। एक इंटेंगल्ड जोड़ी (entangled pair) के अपने स्रोत को छोड़ने के बाद वह माप सेटिंग्स को स्विच करने में सक्षम था, इसलिए जब वे उत्सर्जित हुए थे तो जो सेटिंग मौजूद थी, वह परिणाम को प्रभावित नहीं कर सकती थी।

क्वांटम टेलीपोर्टेशन

एंटन जाइलिंगर ने इंटेंगल्ड क्वांटम अवस्थाओं (entangled quantum states) पर शोध किया। उनके शोध समूह ने क्वांटम टेलीपोर्टेशन (quantum teleportation) नामक एक इवेंट का प्रदर्शन किया है, जिससे क्वांटम अवस्था को एक कण से एक दूरी पर स्थानांतरित करना संभव हो जाता है।

क्वांटम टेलीपोर्टेशन की अवधारणा के बारे में बताते हुए, जाइलिंगर ने कहा कि यह इंटेंगेलमेंट की विशेषताओं का उपयोग करता है जिसका उपयोग वस्तु द्वारा किसी अन्य स्थान पर ले जाने वाली सूचना को ट्रांसपोर्ट के लिए किया जा सकता है जहां वस्तु का पुनर्गठन किया जाता है।

यह सूचना को जाने बिना किया जा सकता है, क्योंकि सूचना जानने के लिए हाइजेनबर्ग के अनिश्चितता सिद्धांत (Heisenberg’s uncertainty principle) का उल्लंघन होगा जिसमें कहा गया है कि किसी वस्तु की स्थिति और गति दोनों, को एक ही समय में, यहां तक ​​​​कि सिद्धांत में भी नहीं मापा जा सकता है।

अल्बर्ट आइंस्टीन-क्वांटम इंटेंगेलमेंट

अल्बर्ट आइंस्टीन ने क्वांटम इंटेंगेलमेंट की घटना को “दूरी पर डरावना क्रिया” (spooky action at a distance) कहा था। आइंस्टीन पदार्थ या प्रकाश के कुछ छोटे कणों के कुछ जोड़े की एक प्रति-सहज गुण का वर्णन कर रहे थे, जो प्रयोगशाला में विशिष्ट परिस्थितियों में बनाए जाने पर, एक दूसरे को प्रभावित करने के लिए बहुत दूर होने पर भी मिलकर प्रतिक्रिया करेंगे।

उदाहरण के लिए, यदि एक उलझे हुए जोड़े में एक फोटॉन का पोलराइजेशन बदल जाता है, तो दूसरे फोटॉन का पोलराइजेशन भी तुरंत बदल जाएगा – भले ही दो फोटॉन एक बड़ी दूरी से अलग हो सकते हैं।

बता दें कि आइंस्टाइन ने रिलेटिविटि का सिद्धांत दिया था और प्रकाश की गति को सबसे तेज बताया लेकिन क्वांटम मेकैनिक्स में एक कण से दूसरे कण तक सूचना का प्रवाह उससे भी तेज गति से होता है। इन्हीं सिद्धांतों का सहारा लेकर सेटेलाइट से लेकर दूसरे ग्रहों तक संचार और नियंत्रण को संभव किया जा रहा है।

एनटेंगेलमेंट की अवस्था में जुड़े कणों का व्यवहार जुड़वा भाइयों के फिल्मी कहानियों जैसी है जिसमें एक भाई को मारने पर दूसरे को चोट लगती है। इसमें भी एक कण को दूसरे के जरिये नियंत्रित किया जा सकता है और सूचनाओं को एक जगह से दूसरी जगह पहुंचाया जा सकता है वो भी बना समय गंवाये।

तीनों शोधकर्ताओं (अब नोबेल पुरस्कार विजेता) ने विभिन्न परिदृश्यों में उलझे हुए कणों के बीच इस तरह के “संचार” का अवलोकन करते हुए प्रयोग किए।

उनकी मौलिक खोजों ने क्वांटम पैमाने पर प्रकृति की एक नई समझ प्रदान की और क्वांटम कंप्यूटर, सुरक्षित संचार और नेटवर्क जैसी नई तकनीकों की नींव रखी जो उलझाव (entanglement) के माध्यम से सूचना प्रसारित करते हैं।