मैकेनिकल ऑसिलेटर प्रौद्योगिकी में एक लंबी छलांग

मैकेनिकल ऑसिलेटर प्रौद्योगिकी में एक लंबी छलांग

समय टिकट: अगस्त 11, 2023 12:43 अपराह्न
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अगस्त 11, 2023 (नानावरक न्यूज़) पिछले एक दशक में, वैज्ञानिकों ने यांत्रिक प्रणालियों में क्वांटम घटना उत्पन्न करने में जबरदस्त प्रगति की है। केवल पंद्रह साल पहले जो असंभव लगता था वह अब वास्तविकता बन गया है, क्योंकि शोधकर्ताओं ने मैक्रोस्कोपिक यांत्रिक वस्तुओं में सफलतापूर्वक क्वांटम अवस्थाएँ बनाई हैं। इन यांत्रिक ऑसिलेटरों को प्रकाश फोटॉन के साथ जोड़कर - जिन्हें "ऑप्टोमैकेनिकल सिस्टम" के रूप में जाना जाता है, वैज्ञानिक उन्हें क्वांटम सीमा के करीब उनके निम्नतम ऊर्जा स्तर तक ठंडा करने, उनके कंपन को और भी कम करने के लिए "उन्हें निचोड़ने" और उन्हें उलझाने में सक्षम हुए हैं। एक दूसरे के साथ। इन प्रगतियों ने क्वांटम सेंसिंग, क्वांटम कंप्यूटिंग में कॉम्पैक्ट स्टोरेज, क्वांटम गुरुत्व के मौलिक परीक्षण और यहां तक ​​कि डार्क मैटर की खोज में भी नए अवसर खोले हैं। क्वांटम शासन में ऑप्टोमैकेनिकल सिस्टम को कुशलतापूर्वक संचालित करने के लिए, वैज्ञानिकों को एक दुविधा का सामना करना पड़ता है। एक ओर, ऊर्जा हानि को कम करने के लिए यांत्रिक ऑसिलेटर को उनके वातावरण से ठीक से अलग किया जाना चाहिए; दूसरी ओर, उन्हें नियंत्रित करने के लिए उन्हें अन्य भौतिक प्रणालियों जैसे विद्युत चुम्बकीय अनुनादकों के साथ अच्छी तरह से जोड़ा जाना चाहिए। इस संतुलन को बनाए रखने के लिए ऑसिलेटर्स की क्वांटम अवस्था के जीवनकाल को अधिकतम करने की आवश्यकता होती है जो उनके पर्यावरण के थर्मल उतार-चढ़ाव और ऑसिलेटर्स आवृत्ति अस्थिरताओं से प्रभावित होता है - जिसे क्षेत्र में "डीकोहेरेंस" के रूप में जाना जाता है। गुरुत्वाकर्षण तरंग डिटेक्टरों में उपयोग किए जाने वाले विशाल दर्पणों से लेकर उच्च निर्वात में फंसे छोटे कणों तक, विभिन्न प्रणालियों में यह एक सतत चुनौती है। सुपरकंडक्टिंग क्वैबिट या आयन ट्रैप जैसी अन्य तकनीकों की तुलना में, आज के ऑप्टो- और इलेक्ट्रो-मैकेनिकल सिस्टम अभी भी उच्च डीकोहेरेंस दर दिखाते हैं। अब, ईपीएफएल में टोबियास जे. किपेनबर्ग की प्रयोगशाला के वैज्ञानिकों ने एक सुपरकंडक्टिंग सर्किट ऑप्टोमैकेनिकल प्लेटफॉर्म विकसित करके समस्या का समाधान किया है जो बड़े ऑप्टोमैकेनिकल युग्मन को बनाए रखते हुए अल्ट्रा-लो क्वांटम डीकोहेरेंस दिखाता है जिसके परिणामस्वरूप उच्च-निष्ठा क्वांटम नियंत्रण होता है। यह कार्य हाल ही में प्रकाशित हुआ है प्रकृति भौतिकी ("मिलीसेकंड क्वांटम डीकोहेरेंस के साथ एक निचोड़ा हुआ यांत्रिक थरथरानवाला"). अल्ट्रा-सुसंगत सुपरकंडक्टिंग इलेक्ट्रो-मैकेनिकल सिस्टम एक अति-सुसंगत सुपरकंडक्टिंग इलेक्ट्रो-मैकेनिकल प्रणाली की स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप छवि। (छवि: अमीर यूसुफी, ईपीएफएल) पीएचडी अमीर यूसुफी कहते हैं, "सरल शब्दों में, हमने मैकेनिकल ऑसिलेटर में अब तक हासिल की गई सबसे लंबी क्वांटम अवस्था का प्रदर्शन किया है, जिसका उपयोग क्वांटम कंप्यूटिंग और संचार प्रणालियों में क्वांटम भंडारण घटक के रूप में किया जा सकता है।" वह छात्र जिसने इस परियोजना का नेतृत्व किया। "यह एक बड़ी उपलब्धि है और क्वांटम भौतिकी, इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग और मैकेनिकल इंजीनियरिंग में दर्शकों की एक विस्तृत श्रृंखला को प्रभावित करती है।" सफलता का मुख्य तत्व एक "वैक्यूम-गैप ड्रमहेड कैपेसिटर" है, जो सिलिकॉन सब्सट्रेट में एक खाई के ऊपर निलंबित एक पतली एल्यूमीनियम फिल्म से बना एक कंपन तत्व है। संधारित्र थरथरानवाला के कंपन घटक के रूप में कार्य करता है और एक गुंजयमान माइक्रोवेव सर्किट भी बनाता है। एक नवीन नैनोफैब्रिकेशन तकनीक के माध्यम से, टीम ने ड्रमहेड रेज़ोनेटर में यांत्रिक नुकसान को काफी हद तक कम कर दिया, जिससे केवल 20 हर्ट्ज की अभूतपूर्व थर्मल डीकोहेरेंस दर प्राप्त हुई, जो कि 7.7 मिलीसेकंड के क्वांटम राज्य जीवनकाल के बराबर है - एक यांत्रिक ऑसिलेटर में अब तक की सबसे लंबी उपलब्धि। तापीय रूप से प्रेरित डीकोहेरेंस में उल्लेखनीय कमी ने शोधकर्ताओं को ऑप्टोमैकेनिकल कूलिंग तकनीक का उपयोग करने की अनुमति दी, जिसके परिणामस्वरूप जमीनी अवस्था में क्वांटम राज्य कब्जे की प्रभावशाली 93% निष्ठा प्राप्त हुई। इसके अतिरिक्त, टीम ने -2.7 डीबी के मूल्य के साथ, गति के शून्य-बिंदु-उतार-चढ़ाव के नीचे यांत्रिक निचोड़ हासिल किया। शिंगो कोनो कहते हैं, "नियंत्रण का यह स्तर हमें यांत्रिक निचोड़ा हुआ राज्यों के मुक्त विकास का निरीक्षण करने की अनुमति देता है, जो 2 मिलीसेकंड की विस्तारित अवधि के लिए अपने क्वांटम व्यवहार को संरक्षित करता है, यांत्रिक थरथरानवाला में केवल 0.09 हर्ट्ज की असाधारण कम शुद्ध डिफेसिंग दर के लिए धन्यवाद।" जिन्होंने शोध में योगदान दिया. महदी चेगनिज़ादेह कहते हैं, "इस तरह की अल्ट्रा-लो क्वांटम डीकोहरेंस न केवल क्वांटम नियंत्रण और मैक्रोस्कोपिक मैकेनिकल सिस्टम के माप की निष्ठा को बढ़ाती है, बल्कि सुपरकंडक्टिंग क्वैबिट के साथ इंटरफेसिंग को भी समान रूप से लाभ पहुंचाएगी और सिस्टम को क्वांटम गुरुत्वाकर्षण के परीक्षणों के लिए उपयुक्त पैरामीटर शासन में रखेगी।" अनुसंधान टीम के एक अन्य सदस्य ने कहा, "सुपरकंडक्टिंग क्वैबिट की तुलना में काफी लंबा भंडारण समय प्लेटफॉर्म को क्वांटम-स्टोरेज अनुप्रयोगों के लिए एक आदर्श उम्मीदवार बनाता है।"

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