पहली बार, एक सेंटीमीटर आकार के क्रिस्टल में क्वांटम उलझाव का पता चला

दशकों तक, क्वांटम उलझाव (क्वांटम एन्टैंगलमेंट) एक नाज़ुक परिघटना थी, जो फोटॉन और परमाणुओं की सूक्ष्म दुनिया तक ही सीमित थी। 16 जून, 2026 को नेचर फिज़िक्स में प्रकाशित एक ऐतिहासिक प्रयोग ने इसे बदल दिया। TU Wien के भौतिकविदों ने एक 'अजीब धातु' (स्ट्रेंज मेटल) के सेंटीमीटर-आकार के क्रिस्टल—एक ऐसी वस्तु जिसे हाथ में पकड़ा जा सकता है और नंगी आंखों से देखा जा सकता है—के अंदर उच्च स्तरीय वास्तविक बहुपक्षीय क्वांटम उलझाव का पता लगाया। इस खोज ने न केवल स्थूल क्वांटम परिघटनाओं की सीमाओं को आगे बढ़ाया, बल्कि अजीब धातुओं के रहस्यमय व्यवहार के लिए एक सशक्त नई व्याख्या भी प्रदान की , ।

सामग्री: एक क्वांटम रहस्य वाली अजीब धातु

इस प्रयोग के केंद्र में Ce₃Pd₂₀Si₆ क्रिस्टल था, जो सीरियम, पैलेडियम और सिलिकॉन से बना एक हेवी-फर्मियन यौगिक है। यह सामग्री संघनित पदार्थ भौतिकी में पहले से ही 'कोंडो विनाश क्वांटम क्रांतिकता' (Kondo destruction quantum criticality) प्रदर्शित करने के लिए जानी जाती है, एक ऐसी परिघटना जहां एक क्वांटम प्रावस्था संक्रमण पर इलेक्ट्रॉनों का सामान्य क्वासिपार्टिकल व्यवहार टूट जाता है , । इस तरह की अजीब धातुएं विद्युत चालन के मानक सिद्धांतों को चुनौती देती हैं, और एक ऐसी प्रतिरोधकता दिखाती हैं जो तापमान के साथ रैखिक रूप से बढ़ती है, जिसे स्वतंत्र, इलेक्ट्रॉन-जैसे क्वासिपार्टिकल्स द्वारा समझाया नहीं जा सकता।

रूपरेखा: क्वांटम फिशर सूचना

यह सफलता किसी नए सूक्ष्मदर्शी से नहीं, बल्कि क्वांटम सूचना सिद्धांत से उधार ली गई एक अवधारणा: क्वांटम फिशर सूचना (Quantum Fisher Information - QFI) से संभव हुई। मूल रूप से इंसब्रुक विश्वविद्यालय के क्वांटम भौतिक विज्ञानी पीटर ज़ोलर और उनके समूह द्वारा विकसित, QFI यह मापता है कि एक क्वांटम तंत्र एक छोटे से व्यवधान के प्रति कितनी संवेदनशीलता से प्रतिक्रिया करता है। यदि किसी तंत्र की प्रतिक्रिया एक सुपरिभाषित शास्त्रीय सीमा को पार कर जाती है—अर्थात यह अपने स्वतंत्र भागों के योग से अधिक प्रबलता से प्रतिक्रिया करता है—तो वह संवेदनशीलता केवल क्वांटम उलझाव से ही उत्पन्न हो सकती है , ।

इस रूपरेखा को लागू करके, टीम पहली बार एक ठोस पदार्थ से प्रत्यक्ष उलझाव माप निकाल सकी, जो कि सावधानीपूर्वक अवस्था तैयार करने और पृथक्करण पर निर्भर पारंपरिक प्रयोगों से बिल्कुल अलग था।

प्रयोग: न्यूट्रॉन उलझे हुए समूहों को प्रकट करते हैं

प्रो. सिल्के बुहलर-पाशेन के नेतृत्व में TU Wien के शोधकर्ताओं ने पूरे क्रिस्टल को सुपरपोज़िशन में रखने का प्रयास नहीं किया—जो इतनी बड़ी वस्तु के लिए व्यावहारिक रूप से असंभव है। इसके बजाय, उन्होंने फ्रांस के ग्रेनोबल में इंस्टिट्यूट लाउ-लैंग्विन (ILL) में अप्रत्यास्थ न्यूट्रॉन प्रकीर्णन (inelastic neutron scattering) का उपयोग करके, सामग्री के गतिक स्पिन सहसंबंध फलन, S(q, ω, T), को मापा। सरल शब्दों में, उन्होंने क्रिस्टल पर न्यूट्रॉनों की बमबारी की और देखा कि सामग्री के कणों के स्पिन ऊर्जा, संवेग और तापमान के फलन के रूप में एक साथ कैसे गति और उतार-चढ़ाव करते हैं ।

जब उन्होंने प्रकीर्णन डेटा पर QFI औपचारिकता लागू की, तो परिणाम चौंकाने वाले थे। क्रिस्टल की सामूहिक प्रतिक्रिया इतनी प्रबल थी कि इसे स्वतंत्र कणों द्वारा समझाया नहीं जा सकता था। सबसे कम मापे गए तापमान पर QFI घनत्व f_Q = 8.2 ± 0.9 तक पहुंच गया, एक ऐसा मान जो गणितीय रूप से कम से कम नौ क्वांटम-उलझी हुई इकाइयों के एक साथ कार्य करने के अनुरूप है। उलझाव प्रयोग के सबसे ठंडे तापमान 60 mK (मिलिकेल्विन) और लगभग 1.73 टेस्ला के चुंबकीय क्षेत्र के पास, उसी क्वांटम क्रांतिक बिंदु पर चरम पर था जहां कोंडो विनाश होता है। जब क्रिस्टल को 10 K से 60 mK तक ठंडा किया गया, तो QFI घनत्व बिना किसी संतृप्ति के संकेत के लगभग 40 गुना बढ़ गया, जो यह सुझाव देता है कि और भी कम तापमान पर और भी प्रबल उलझाव मौजूद हो सकता है , ।

अजीब धातुएं अजीब क्यों हैं

ये परिणाम संघनित पदार्थ भौतिकी की सबसे बड़ी पहेलियों में से एक के लिए एक सम्मोहक नई कहानी प्रस्तुत करते हैं। अजीब धातुएं सामान्य धातुओं की तरह बिजली का संचालन नहीं करतीं। उनके इलेक्ट्रॉन अपनी व्यक्तिगत पहचान खोते हुए प्रतीत होते हैं, और एक सामूहिक क्वांटम 'सूप' बनाते हैं। यह प्रयोग कोंडो विनाश क्वांटम क्रांतिक बिंदु पर क्वासिपार्टिकल्स के टूटने को सीधे बहुपक्षीय उलझाव में वृद्धि से जोड़ता है , । अजीब धातुओं को परिभाषित करने वाली तापमान-में-रैखिक प्रतिरोधकता अव्यवस्था या सरल प्रकीर्णन की छाप नहीं, बल्कि एक अत्यधिक उलझी हुई, सामूहिक क्वांटम अवस्था का हस्ताक्षर हो सकती है।

मौलिक भौतिकी से क्वांटम सेंसर तक

अजीब धातुओं की व्याख्या करने से परे, यह कार्य क्वांटम प्रौद्योगिकी के लिए एक व्यावहारिक मार्ग प्रशस्त करता है। क्वांटम फिशर सूचना न केवल उलझाव का एक संसूचक है; यह क्वांटम मापविज्ञान (क्वांटम मेट्रोलॉजी), अति-सटीक मापन के विज्ञान, में भी केंद्रीय मात्रा है। एक ऐसी सामग्री जो प्रबल, स्थायी आंतरिक उलझाव प्रदर्शित करती है, एक अत्यधिक संवेदनशील सेंसर के लिए एक प्राकृतिक मंच है। यदि इस तरह के उलझाव को उच्च, अधिक व्यावहारिक तापमानों पर बनाए रखा जा सके, तो इन सामग्रियों का उपयोग चुंबकीय क्षेत्र संवेदन से लेकर गुरुत्वाकर्षण तरंगों का पता लगाने तक हर चीज के लिए किया जा सकता है। यह अध्ययन स्थूल उलझाव के लिए उच्च-तापमान अतिचालकों सहित अन्य क्वांटम सामग्रियों की व्यवस्थित रूप से जांच करने के लिए QFI-आधारित तकनीकों का उपयोग करने का द्वार खोलता है , ।

सहयोगी सीमाएं

यह अध्ययन एक अंतर्राष्ट्रीय सहयोग था। प्रायोगिक कार्य का नेतृत्व TU Wien में सिल्के बुहलर-पाशेन के समूह ने किया, जिसमें पीएचडी छात्र फेडेरिको माज़ा ने ILL ग्रेनोबल में न्यूट्रॉन प्रकीर्णन किया। सैद्धांतिक नींव इंसब्रुक विश्वविद्यालय में पीटर ज़ोलर की टीम द्वारा बनाई गई थी, जिसमें राइस विश्वविद्यालय के किमियाओ सी का अतिरिक्त योगदान था, जिनके समूह ने लंबे समय से Ce₃Pd₂₀Si₆ में कोंडो विनाश तंत्र का अध्ययन किया है।

क्वांटम सूचना के अमूर्त उपकरणों को एक ठोस पदार्थ की जटिल वास्तविकता से जोड़कर, टीम ने दो पहले से दूर के क्षेत्रों के बीच एक पुल का निर्माण किया है। उन्होंने भौतिकविदों को उस 'अजीब क्रिया' (स्पूकी एक्शन) को देखने का एक नया तरीका दिया है जिस पर आइंस्टीन ने प्रसिद्ध रूप से संदेह किया था, किसी नियंत्रित निर्वात कक्ष में नहीं, बल्कि सामने रखे एक छोटे, चमकते क्रिस्टल के अंदर।