वह कण जो 'क्वांटम सुपर कंप्यूटर' की कुंजी रखता है
- माइक्रोसॉफ्ट के शोधकर्ताओं ने घोषणा की कि उन्होंने एक अजीब प्रकार के कण बनाने का एक तरीका ढूंढ लिया है जो संभावित रूप से क्वांटम कंप्यूटिंग में क्रांति ला सकता है।
- इन कणों को मेजराना जीरो मोड कहा जाता है, जिनके अद्वितीय गुण क्वांटम कंप्यूटर बनाने में मदद कर सकते हैं जो आज की तुलना में कम नाजुक और अधिक कम्प्यूटेशनल रूप से मजबूत हैं।
उपपरमाण्विक कणों के व्यवहार को समझना
- पदार्थ को बनाने वाले सभी उपपरमाण्विक कणों को फर्मियन कहा जाता है।
- 1928 में, ब्रिटिश भौतिक विज्ञानी पॉल डिराक ने डिराक समीकरण पाया, जिसमें प्रकाश की गति के करीब चलने वाले उपपरमाण्विक कणों के व्यवहार का वर्णन किया गया था।
- समीकरण ने प्रत्येक कण के लिए एक एंटीपार्टिकल के अस्तित्व की भविष्यवाणी की, जैसे कि यदि दोनों मिलते हैं, तो वे एक दूसरे को नष्ट कर देते हैं।
- इसके आधार पर, वैज्ञानिकों ने 1932 में पहला एंटीपार्टिकल, पॉज़िट्रॉन (इलेक्ट्रॉन-विरोधी) पाया।
- 1937 में, इतालवी भौतिक विज्ञानी एटोर मेजराना ने पाया कि डिराक समीकरण ने उन कणों को भी अनुमति दी जो कुछ शर्तों को पूरा करते हैं, वे अपने स्वयं के एंटीपार्टिकल होते हैं।
- उनके सम्मान में, फ़र्मियन जो अपने स्वयं के प्रतिकण हैं, मेजराना फ़र्मियन कहलाते हैं।
मेजराना शून्य मोड
- सभी कणों के साथ चार क्वांटम संख्याएँ जुड़ी होती हैं।
- एक ही प्रणाली में किसी भी दो कणों की चार क्वांटम संख्याएँ समान नहीं हो सकतीं।
- संख्याएँ प्रत्येक कण की आईडी की तरह एक साथ हैं।
- फर्मिऑन की विशेषता यह है कि इनमें से एक संख्या, जिसे क्वांटम स्पिन कहा जाता है, में केवल आधे-पूर्णांक मान होते हैं, जैसे 1/2, 3/2, 5/2, आदि।
- यही कारण है कि कोई भी कण, यहां तक कि किसी तरह से एक-दूसरे से बंधे दो कण भी, एक फर्मियन हो सकते हैं: कुल क्वांटम स्पिन के लिए आधा-पूर्णांक मान होना आवश्यक है।
- एकल फ़र्मियन पर लागू होने वाले अधिकांश नियम इन युग्मों, या बाध्य अवस्थाओं पर भी लागू होते हैं।
- जब ये बंधी हुई अवस्थाएँ अपने-अपने प्रतिकण होती हैं अर्थात् यदि वे मिलती हैं तो एक-दूसरे को नष्ट कर देती हैं, तो वे मेजराना फर्मियन होते हैं।
- भौतिक विज्ञानी ऐसी बाध्य अवस्थाओं को मेजराना शून्य मोड कहते हैं।
क्वांटम-कंप्यूटिंग से लाभ
- मेजराना शून्य मोड का उपयोग कंप्यूटिंग के एक शक्तिशाली रूप को साकार करने के लिए किया जा सकता है जिसे टोपोलॉजिकल क्वांटम-कंप्यूटिंग कहा जाता है।
- एक क्वांटम कंप्यूटर आज व्यक्तिगत इलेक्ट्रॉनों को क्वैबिट के रूप में उपयोग कर सकता है - सूचना की इसकी मूलभूत इकाइयाँ।
- जानकारी को प्रत्येक इलेक्ट्रॉन की कुछ संपत्ति में एन्कोड किया जा सकता है, जैसे कि उसका स्पिन।
- फिर, कंप्यूटर क्वांटम यांत्रिकी के विचित्र नियमों के अनुसार इलेक्ट्रॉनों को एक-दूसरे के साथ इंटरैक्ट करके उस जानकारी में हेरफेर करता है।
- ये विचित्रताएं कंप्यूटरों को उन कम्प्यूटेशनल तकनीकों और रास्तों तक पहुंचने की अनुमति देती हैं जो उन प्रणालियों के लिए उपलब्ध नहीं हैं जो शास्त्रीय भौतिकी की संभावनाओं तक सीमित हैं।
- उदाहरण के लिए, क्वांटम सुपरपोजिशन नामक गुण के कारण एक क्वबिट में एक ही समय में 0 और 1 मान हो सकते हैं।
- लेकिन क्लासिकल कंप्यूटर में सेमीकंडक्टर का एक समय में केवल एक ही मान हो सकता है, 0 या 1।
स्थलाकृतिक अध:पतन
- टोपोलॉजिकल डीजनरेसी के कारण जानकारी सुरक्षित रहती है।
- क्वांटम यांत्रिकी में अध:पतन का अर्थ है कि सिस्टम में एक ही ऊर्जा पर कई अवस्थाएँ हैं।
- टोपोलॉजिकल सिस्टम में, सिस्टम में निम्नतम या जमीनी अवस्था ऊर्जा पर कई अवस्थाएँ होती हैं।
- अर्थात्, क्वांटम प्रणाली अपनी न्यूनतम ऊर्जा पर दो (या अधिक) संभावित अवस्थाओं में मौजूद हो सकती है।
- यह आमतौर पर संभव नहीं है: अपनी जमीनी अवस्था में - यानी जब किसी सिस्टम में ऊर्जा की मात्रा सबसे कम होती है - इसका एक विशेष विन्यास होगा और एक विशेष अवस्था में मौजूद रहेगा।
- यदि कोई प्रणाली अपनी जमीनी स्थिति में दो संभावित अवस्थाओं या विन्यासों में मौजूद हो सकती है, तो उस ऊर्जा स्तर में एन्कोड की गई जानकारी को एक या दूसरे राज्य से पुनर्प्राप्त किया जा सकता है।
टोपोलॉजी
- पदार्थ के उन गुणों का अध्ययन जो निरंतर विरूपण से गुजरने पर नहीं बदलते हैं - यानी जब इसे खींचा जाता है, मोड़ा जाता है, आदि लेकिन टूटता नहीं है या चिपकता नहीं है।
- उदाहरण के लिए, एक रबर बैंड जो लगातार विकृत होता है उसमें एक छेद बना रहेगा।
- शॉर्ट्स की एक जोड़ी जो लगातार विकृत होती है उसमें हमेशा तीन छेद होंगे।
- यही कारण है कि एक रबर बैंड (चाहे कितना भी बड़ा हो) आसानी से शॉर्ट्स की एक जोड़ी में नहीं बदल सकता।
- इसे निरंतर विरूपण से गुजरना होगा।
- अर्थात्, रबर बैंड और शॉर्ट्स स्थलाकृतिक रूप से भिन्न अवस्था में हैं।
- यदि वे स्थलीय रूप से भी विकृत हैं, तो रबर बैंड और शॉर्ट्स अपनी जमीनी अवस्था में एक ही प्रणाली की दो संभावित अवस्थाएँ होंगी।
- इसलिए जानकारी को विभिन्न टोपोलॉजिकल गुणों के बीच संग्रहीत किया जा सकता है, जैसे कि प्रत्येक स्थिति में छिद्र की संख्या।
- वास्तव में, मेजराना शून्य मोड क्वैबिट के रूप में काम कर सकते हैं और वे अपने साथ निहित जानकारी को आसानी से नहीं खोएंगे।
- यही कारण है कि क्वांटम कंप्यूटर बनाने वाले लोग उन्हें खोजने में रुचि रखते हैं।
चुनौतियां
- किसी सिस्टम में मेजराना शून्य मोड बनाना
- मेजराना शून्य मोड होने के लिए, किसी भी बाध्य अवस्था को डिराक समीकरण का पालन करना चाहिए और उसका अपना एंटीपार्टिकल होना चाहिए।
- कणों को इन शर्तों को पूरा करने की अनुमति देने के लिए एक टोपोलॉजिकल सुपरकंडक्टर बनाया गया है।
- मेजराना शून्य मोड की उपस्थिति की पुष्टि करना मुश्किल है
- उन्हें आसपास की सामग्री पर उनके प्रभाव से अप्रत्यक्ष रूप से अनुमान लगाने की आवश्यकता है।