ब्रह्मांड कुछ ऐसे रहस्य रखता है जो हमारे सबसे गहरे वैज्ञानिक सिद्धांतों को चुनौती देते हैं। क्वांटम उलझाव, ब्रह्मांड के सबसे अजीब रहस्यों में से एक है, जिसे आमतौर पर परमाणुओं, अणुओं या फोटॉनों जैसे अत्यंत सूक्ष्म कणों के दायरे तक ही सीमित माना जाता है, जिन्हें अपने परिवेश से सावधानीपूर्वक अलग किया जाना चाहिए। लेकिन क्या होगा यदि ये विचित्र क्वांटम प्रभाव इतनी बड़ी वस्तुओं में भी मौजूद हों जिन्हें हम देख और पकड़ सकते हैं?
टीयू वियना के शोधकर्ताओं ने अब इस प्रश्न का एक बहुत ही पुख्ता जवाब दिया है। एक सेंटीमीटर आकार के क्रिस्टल का अध्ययन करके, जिसे ‘अजीब धातु’ (strange metal) के नाम से जाना जाता है, टीम ने क्वांटम उलझाव की एक उच्च डिग्री का पता लगाया है, जो क्वांटम भौतिकी की सबसे उल्लेखनीय विशेषताओं में से एक है। उन्होंने क्वांटम सूचना विज्ञान की एक तकनीक, क्वांटम फिशर सूचना (quantum Fisher information) का उपयोग करके यह उपलब्धि हासिल की। ये परिणाम क्वांटम सूचना और सॉलिड-स्टेट फिजिक्स के बीच एक नया संबंध बनाते हैं, यह दिखाते हुए कि क्वांटम उलझाव को एक मैक्रोस्कोपिक अजीब धातु में सीधे मापा जा सकता है।
श्रोडिंगर की बिल्ली से चींटियों के टीले तक
क्वांटम यांत्रिकी केवल छोटे कणों पर लागू होती है या बड़ी वस्तुओं पर भी, इस पर क्षेत्र की शुरुआत से ही बहस होती रही है। भौतिक विज्ञानी एरविन श्रोडिंगर ने अपनी प्रसिद्ध ‘बिल्ली’ के विचार प्रयोग के साथ इस रहस्य को समझाया, जिसमें एक बिल्ली तब तक एक साथ जीवित और मृत दोनों होती है जब तक उसे देखा नहीं जाता। तब से, वैज्ञानिकों ने लगातार इस बात की सीमाओं को आगे बढ़ाया है कि कोई प्रणाली कितनी बड़ी हो सकती है जिसमें क्वांटम व्यवहार प्रदर्शित हो सके।
टीयू वियना की टीम ने इस प्रश्न को एक अलग कोण से देखा।
टीयू वियना में इंस्टीट्यूट ऑफ सॉलिड स्टेट फिजिक्स की प्रोफेसर सिल्के बुहलर-पास्चेन कहती हैं, “हमारा दृष्टिकोण अलग है।” “हम पूरे क्रिस्टल को दो अवस्थाओं के सुपरपोजिशन में लाने की कोशिश नहीं करते हैं। इसके बजाय, हम यह पूछते हैं कि क्या इसके घटक – सामूहिक रूप से – उलझाव की ऐसी अवस्था में हैं।”
श्रोडिंगर की बिल्ली के बारे में सोचने के बजाय, बुहलर-पास्चेन कहती हैं कि यह प्रयोग एक चींटी के टीले जैसा है। जब एक चींटी के टीले को छेड़ा जाता है, तो प्रतिक्रिया किसी व्यक्तिगत चींटी की बजाय पूरी कॉलोनी के एक साथ कार्य करने से आती है। शोधकर्ता यह निर्धारित करना चाहते थे कि क्या क्रिस्टल के अंदर के कण भी इसी तरह समन्वित तरीके से व्यवहार करते हैं।
क्वांटम फिशर सूचना ने छिपे हुए उलझाव का खुलासा किया
प्रयोग के पीछे का सैद्धांतिक ढाँचा इन्सब्रुक क्वांटम भौतिक विज्ञानी पीटर ज़ोलर और उनके सहयोगियों द्वारा विकसित किया गया था। उनके काम से पता चला कि क्वांटम फिशर सूचना का उपयोग क्वांटम उलझाव की पहचान करने के लिए किया जा सकता है, यहां तक कि विशाल संख्या में परस्पर क्रिया करने वाले कणों से बनी जटिल प्रणालियों में भी।
बुहलर-पास्चेन बताती हैं, “क्वांटम फिशर सूचना यह मापती है कि एक क्वांटम प्रणाली कितनी संवेदनशील रूप से परिवर्तन का जवाब देती है।” “स्वतंत्र कणों के संग्रह के लिए, प्रतिक्रिया सीमित होती है क्योंकि प्रत्येक कण अपने आप में योगदान देता है। हालांकि, यदि कण उलझे हुए हैं, तो पूरी प्रणाली अपने व्यक्तिगत भागों के योग की तुलना में अधिक दृढ़ता से प्रतिक्रिया कर सकती है। यह बढ़ी हुई संवेदनशीलता ठीक यही है जो उलझाव को क्वांटम मेट्रोलॉजी के लिए इतना मूल्यवान संसाधन बनाती है, जहाँ कोई उच्चतम संभव सटीकता के साथ अत्यंत छोटे संकेतों का पता लगाने का लक्ष्य रखता है। यह मापकर कि एक प्रणाली विक्षोभ पर कितनी दृढ़ता से प्रतिक्रिया करती है, इसलिए कोई सामग्री में मौजूद उलझाव की डिग्री का अनुमान लगा सकता है।”
सरल शब्दों में, एक दृढ़ता से उलझी हुई प्रणाली स्वतंत्र कणों के संग्रह की तुलना में विक्षोभों पर अधिक नाटकीय रूप से प्रतिक्रिया करती है, जिससे शोधकर्ताओं को यह अनुमान लगाने में मदद मिलती है कि कितना उलझाव मौजूद है।
अजीब धातु क्रिस्टल सामूहिक क्वांटम व्यवहार दिखाता है
इस विचार का परीक्षण करने के लिए, शोधकर्ताओं ने सीरियम, पैलेडियम और सिलिकॉन से बना एक क्रिस्टल बनाया। यह सामग्री अजीब धातुओं के वर्ग से संबंधित है, जिसने लंबे समय से भौतिकविदों को मोहित किया है क्योंकि वे असामान्य क्वांटम गुण प्रदर्शित करते हैं जो केवल आंशिक रूप से समझ में आते हैं।
ग्रेनोबल में इंस्टीट्यूट लाउ-लैंगेविन (ILL) में, पीएचडी छात्र फेडेरिको माज़ा ने क्रिस्टल पर न्यूट्रॉन दागे और उसकी प्रतिक्रिया को मापा।
माज़ा कहते हैं, “एक सामान्य सामग्री में, कोई उम्मीद करेगा कि एक न्यूट्रॉन अपनी ऊर्जा को एक व्यक्तिगत कण में स्थानांतरित करेगा।” “लेकिन क्वांटम फिशर सूचना का उपयोग करके डेटा का विश्लेषण करके, हमने एक प्रतिक्रिया पाई जिसे स्वतंत्र कणों के संदर्भ में समझाया नहीं जा सकता है। इसके बजाय, यह इंगित करता है कि कम से कम नौ क्वांटम-उलझी हुई संस्थाओं के समूह सामूहिक रूप से कार्य करते हैं।”
माप एक ठोस क्रिस्टल के अंदर मजबूत बहु-पक्षीय क्वांटम उलझाव का प्रत्यक्ष प्रमाण प्रदान करते हैं जो आपकी हथेली में आराम से फिट होने के लिए पर्याप्त बड़ा है।
अजीब धातुओं के रहस्य को सुलझाना
शोधकर्ताओं ने मूल रूप से यह बेहतर ढंग से समझने के लिए काम शुरू किया था कि अजीब धातुएं पारंपरिक सामग्रियों से इतनी अलग क्यों व्यवहार करती हैं। ऐसा ही व्यवहार अन्य प्रणालियों में भी पाया जाता है, जिसमें उच्च-तापमान सुपरकंडक्टर्स भी शामिल हैं।
अजीब धातुओं में रुचि हाल के वर्षों में तेजी से बढ़ी है क्योंकि वैज्ञानिक अप्रत्याशित गुणों का खुलासा करना जारी रखते हैं। 2025 में, टीयू वियना और राइस यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं ने बताया कि इन सामग्रियों के माध्यम से विद्युत प्रवाह असामान्य रूप से कम विद्युत शोर के साथ चलता है। नव-अवलोकित क्वांटम उलझाव यह समझाने में मदद कर सकता है कि ऐसा क्यों है। स्वतंत्र रूप से कार्य करने के बजाय, कण अपने व्यवहार को इस तरह से समन्वित करते प्रतीत होते हैं जो वर्तमान उतार-चढ़ाव को दबाता है।
इस काम के प्रमुख सिद्धांतकार, वुर्ज़बर्ग विश्वविद्यालय के फखर असाद कहते हैं, “हम यहां जो देखते हैं वह किसी एक विशेष सामग्री का विवरण नहीं है, बल्कि एक सामान्य भौतिक सिद्धांत है।” “मजबूत उलझाव अजीब धातुओं के असामान्य व्यवहार से सीधे जुड़ा हुआ प्रतीत होता है।”
भविष्य की क्वांटम प्रौद्योगिकियों की ओर
शोधकर्ताओं का मानना है कि यह काम क्वांटम सूचना विज्ञान और संघनित पदार्थ भौतिकी से विचारों को एक साथ लाने के मूल्य को प्रदर्शित करता है।
सिल्के बुहलर-पास्चेन कहती हैं, “परिणाम हमारे लिए एक बड़ी सफलता है।” “वे पुष्टि करते हैं कि उपन्यास सामग्रियों के सॉलिड-स्टेट फिजिक्स अध्ययन के लिए क्वांटम सूचना विज्ञान से तरीकों का उपयोग करने का हमारा असामान्य दृष्टिकोण मौलिक रूप से नई अंतर्दृष्टि का खुलासा कर सकता है।”
टीम अब विचारों के रिवर्स एक्सचेंज की ओर देख रही है। वे यह निर्धारित करने की उम्मीद करते हैं कि क्या अजीब धातुएं अंततः क्वांटम प्रौद्योगिकियों के लिए उपयोगी हो सकती हैं, जिसमें अत्यधिक संवेदनशील क्वांटम मेट्रोलॉजी सिस्टम शामिल हैं जो असाधारण सटीकता के साथ अत्यंत छोटे संकेतों का पता लगाने में सक्षम हैं।
संदर्भ और कड़ियां (References & Links)
- मूल समाचार विज्ञप्ति: Vienna University of Technology
- शोध पत्र: Nature Physics, “Quantum Fisher information in a strange metal”
