কোয়ান্টাম জগতের নিয়ন্ত্রণ হাতের মুঠোয় এনে নোবেল জিতলেন তিন বিজ্ঞানী

পদার্থবিজ্ঞানের একটি অন্যতম প্রধান প্রশ্ন হলো—কত বড় ব্যবস্থার (system) মধ্যে কোয়ান্টাম বলবিদ্যার প্রভাব দৃশ্যমান করা সম্ভব? এ বছরের নোবেল বিজয়ীরা একটি বৈদ্যুতিক সার্কিট ব্যবহার করে এমন একটি ব্যবস্থায় কোয়ান্টাম মেকানিক্যাল টানেলিং ও কোয়ান্টাইজড শক্তির স্তর প্রমাণ করেছেন—যেটির আকার রীতিমতো হাতে ধরে রাখার মতো বড়।

এ বছরের পদার্থবিজ্ঞানে নোবেল পুরস্কার কোয়ান্টাম প্রযুক্তি, যেমন কোয়ান্টাম ক্রিপ্টোগ্রাফি, কোয়ান্টাম কম্পিউটার ও কোয়ান্টাম সেন্সরের পরবর্তী প্রজন্মের প্রযুক্তিকে আরও উন্নত করার সুযোগ তৈরি করেছে।

এ বছর পদার্থবিজ্ঞানে নোবেল পুরস্কারের জন্য রয়্যাল সুইডিশ একাডেমি অব সায়েন্সেস, বৈদ্যুতিক সার্কিটে ম্যাক্রোস্কোপিক কোয়ান্টাম মেকানিক্যাল টানেলিং ও এনার্জি কোয়ান্টাইজেশন আবিষ্কারের জন্য জন ক্লার্ক, মিশেল এইচ ডেভোরে ও জন এম মার্টিনিসের নাম ঘোষণা করেছে। তাঁরা যথাক্রমে যুক্তরাজ্য, ফ্রান্স ও যুক্তরাষ্ট্রের নাগরিক।

বিজয়ীরা একাধিক পরীক্ষার মাধ্যমে প্রমাণ করেছেন, কোয়ান্টাম জগতের অদ্ভুত বৈশিষ্ট্যগুলো একটি হাতে ধরে রাখার মতো বড় ব্যবস্থাতেও স্পষ্ট দৃশ্যমান করা যেতে পারে। তাঁদের সুপারকন্ডাক্টিং বৈদ্যুতিক ব্যবস্থাটি এক অবস্থা থেকে অন্য অবস্থায় টানেল করতে সক্ষম হয়েছে—এটি কোনো দেয়াল ভেদ করে চলাচল করার মতো একটি ঘটনা। তাঁরা আরও দেখিয়েছেন, ব্যবস্থাটি সুনির্দিষ্ট পরিমাপের শক্তিমাত্রায় শক্তি শোষণ ও বিকিরণ করে—যেটির আভাস কোয়ান্টাম বলবিজ্ঞানে রয়েছে।

ম্যাক্রোস্কোপিক কোয়ান্টাম টানেলিং ও এনার্জি কোয়ান্টাইজেশন

এ দুটি অতি উন্নত ও নির্দিষ্ট পদার্থবিজ্ঞানের ধারণা। সাধারণত জোসেফসন জংশন ও সুপারকন্ডাক্টিং কিউবিটের মতো অতি নিম্ন তাপমাত্রার ইলেকট্রনিক সার্কিটগুলোতে এ ঘটনাগুলো পরিলক্ষিত হয়।

ম্যাক্রোস্কোপিক কোয়ান্টাম টানেলিং (এমকিউটি)

কোয়ান্টাম বলবিদ্যায় ‘টানেলিং’ বলতে বোঝায়, যখন একটি কণা (যেমন ইলেকট্রন) কোনো বাধাকে অতিক্রম করার জন্য পর্যাপ্ত শক্তি না থাকা সত্ত্বেও সেই বাধা ভেদ করে অন্য দিকে চলে যায়। এ ঘটনা ক্ল্যাসিক্যাল ফিজিক্সের (ধ্রুপদি পদার্থবিদ্যা) নিয়মের পরিপন্থী।

ম্যাক্রোস্কোপিক স্কেল

সাধারণত টানেলিং শুধু আণবিক বা পারমাণবিক স্তরে ঘটে। কিন্তু একটি বৈদ্যুতিক সার্কিটে, যখন একটি ‘জোসেফসন জংশন’ ব্যবহার করা হয় (যা দুটি সুপারকন্ডাক্টরকে একটি পাতলা অন্তরক স্তরের মাধ্যমে পৃথক করে), তখন ‘চার্জ কোয়ান্টা’ বা ‘ফ্লাক্স কোয়ান্টা’ পুরো জংশনে টানেল করতে পারে। এই ফিজিক্যাল প্যারামিটারগুলো (যেমন কারেন্ট বা ফ্লাক্স) লাখ লাখ ইলেকট্রনের সমতুল্য হওয়া সত্ত্বেও কোয়ান্টাম আচরণ দেখায়, তাই এটিকে ‘ম্যাক্রোস্কোপিক কোয়ান্টাম টানেলিং’ বলা হয়।

এনার্জি কোয়ান্টাইজেশন

একটি সাধারণ বৈদ্যুতিক সার্কিটে শক্তি অবিচ্ছিন্নভাবে পরিবর্তিত হতে পারে। কিন্তু যখন সার্কিটটিকে খুব কম তাপমাত্রায় (প্রায় পরম শূন্যের কাছাকাছি) সুপারকন্ডাক্টিং উপাদান ও নির্দিষ্ট জ্যামিতি ব্যবহার করে ডিজাইন করা হয় (যেমন একটি ‘কিউবিট’), তখন এর শক্তি পরমাণুর মতোই বিচ্ছিন্ন স্তর বা কোয়ান্টার মতো আচরণ করে।

সার্কিটে কোয়ান্টাইজেশন

এ ধরনের সার্কিটকে সাধারণত ‘কোয়ান্টাম হারমোনিক অসিলেটর’ বা অন্যান্য কোয়ান্টাম মেকানিক্যাল সিস্টেমের সমতুল্য মনে করা হয়। জংশন ও ক্যাপাসিট্যান্সের মাধ্যমে তৈরি এই সার্কিটগুলোতে ‘চার্জ বা ফ্লাক্স’ সুনির্দিষ্ট ও বিচ্ছিন্ন শক্তির স্তরে আবদ্ধ থাকে। এই শক্তির স্তরগুলোর মধ্যে পরিবর্তন কেবল নির্দিষ্ট পরিমাণ শক্তি (একটি ফোটন) শোষণ বা নির্গমনের মাধ্যমে ঘটতে পারে, এটিই তখন ‘এনার্জি কোয়ান্টাইজেশন’ প্রদর্শন করে।

ব্যবহার

কোয়ান্টাইজড এনার্জি স্টেটগুলোই সুপারকন্ডাক্টিং কিউবিটের ‘০’ ও ‘১’ দশা হিসেবে কাজ করে। এটিই কোয়ান্টাম কম্পিউটিংয়ের মূল ভিত্তি।

সংক্ষেপে, এই তিন বিজ্ঞানী দেখিয়েছেন, কোয়ান্টাম বলবিদ্যা শুধু ক্ষুদ্র কণার জন্য নয়, বরং উপযুক্ত পরিস্থিতিতে বড় আকারের (ম্যাক্রোস্কোপিক) বৈদ্যুতিক সার্কিটের গতিবিধিকেও নিয়ন্ত্রণে ব্যবহার করা যেতে পারে।

গত বছর জেফ্রি হিন্টন, যাঁকে প্রায়শই ‘এআইয়ের গডফাদার’ বলা হয় এবং জন হপফিল্ডকে মেশিন লার্নিংয়ে মৌলিক আবিষ্কারের জন্য পদার্থবিদ্যায় নোবেল পুরস্কার দেওয়া হয়। তাঁদের আবিষ্কার আজ কৃত্রিম বুদ্ধিমত্তার ব্যবহারের পথ প্রশস্ত করেছে।

২০২৩ সালে, ইউরোপীয় বিজ্ঞানীদের একটি ত্রয়ী এই পুরস্কার পান, যাঁরা ইলেকট্রনের দ্রুত গতিবিধি বোঝার জন্য লেজার ব্যবহার করেছিলেন, যা আগে অসম্ভব বলে মনে করা হতো।

পুরস্কারের জন্য নগদ ১ কোটি ১০ লাখ সুইডিশ ক্রোনার (১০ লাখ মার্কিন ডলার) দেওয়া হয়।