ऑक्सफोर्ड भौतिकविदों ने एकल ट्रैप्ड आयन से क्वांटम नियंत्रण के दो नए रूप खोजे

ऑक्सफ़ोर्ड विश्वविद्यालय का ट्रैप्ड-आयन भौतिकी समूह लंबे समय से क्वांटम नियंत्रण की सीमाओं को आगे बढ़ाता रहा है, लेकिन 2026 के वसंत और गर्मियों की शुरुआत में रिपोर्ट की गई दो सफलताएँ अलग ही मुकाम रखती हैं। कुछ ही हफ़्तों के भीतर, टीम ने नेचर फ़िज़िक्स और फ़िज़िकल रिव्यू X में ऐसे नतीजे प्रकाशित किए जो यह बताते हैं कि एक अकेला परमाणु आयन क्या-क्या कर सकता है—एक ऐसे चतुर्थ-क्रम क्वांटम प्रभाव को उत्पन्न करने से लेकर जो पहले कभी नहीं देखा गया, बिल्कुल नई तरह की सुपरपोज़िशन अवस्थाएँ बनाने तक। हालाँकि दोनों प्रयोग एक ही प्लेटफ़ॉर्म पर आधारित हैं, लेकिन ये अलग-अलग समस्याओं का समाधान करते हैं और तकनीकी के अलग-अलग दरवाज़े खोलते हैं।

क्वाडस्क्वीज़िंग: एक चतुर्थ-क्रम के भूत को प्रकाश में लाना

मानक क्वांटम स्क्वीज़िंग एक द्वितीय-क्रम की तकनीक है जो माप की सटीकता में सुधार के लिए अनिश्चितता को पुनर्आकार देती है—इसे ऐसे समझें जैसे एक दिशा में शोर को दबाकर दूसरी दिशा में उसे बढ़ा दिया जाए। दशकों से, स्क्वीज़िंग ने गुरुत्वाकर्षण-तरंग डिटेक्टरों और परमाणु घड़ियों को बेहतर बनाया है। इससे आगे बढ़कर, चतुर्थ-क्रम स्क्वीज़िंग तक पहुँचना सैद्धांतिक रूप से सीधा था, लेकिन प्रयोगात्मक रूप से असंभव था क्योंकि जिस शोर को निचले क्रमों पर अनदेखा किया जा सकता था, वह यहाँ हावी हो जाता था ।

मई 2026 में, डॉ. ओआना बज़ावन, प्रोफ़ेसर डेविड लुकास और डॉ. डेविड नैडलिंगर सहित ऑक्सफ़ोर्ड की एक टीम ने एक विद्युत क्षेत्र ट्रैप में निलंबित एकल कैल्शियम आयन पर नियंत्रित बलों का एक अनुक्रम लागू करके इसे बदल दिया। उन बलों को एक विशिष्ट क्रम में संयोजित करके, उन्होंने अभूतपूर्व गति से क्वाडस्क्वीज़िंग उत्पन्न किया—एक चतुर्थ-क्रम क्वांटम सहसंबंध जो चार अलग-अलग गतिक अवस्थाओं के बीच उलझाव के रूप में प्रकट होता है। इस विधि ने इन प्रभावों को पारंपरिक दृष्टिकोणों की तुलना में 100 गुना तेज़ी से उत्पन्न किया और उन्हें पहली बार दृश्यमान बनाया ।

मुख्य कार्यप्रणाली की अंतर्दृष्टि सादगी थी: विदेशी हार्डवेयर जोड़ने के बजाय, टीम ने मौजूदा ट्रैप्ड-आयन उपकरणों का एक ऐसे अनुक्रम में उपयोग किया जिसने चतुर्थ-क्रम के सिग्नल को उस शोर से अलग कर दिया जिसने पहले इसे दबा रखा था । नेचर फ़िज़िक्स में प्रकाशित यह परिणाम, चतुर्थ-क्रम के क्वांटम उलझाव प्रभावों का पहला प्रयोगात्मक अवलोकन है ।

यह क्यों मायने रखता है। क्वाडस्क्वीज़िंग क्वांटम मेट्रोलॉजी के लिए एक अधिक संवेदनशील नॉब प्रदान करता है क्योंकि उच्च-क्रम के सहसंबंध मानक क्वांटम सीमा को व्यापक अंतर से हरा सकते हैं। यह जटिल क्वांटम अवस्थाओं की इंजीनियरिंग का मार्ग भी खोलता है, जो दोष-सहिष्णु क्वांटम कंप्यूटिंग और अगली पीढ़ी के सेंसरों के लिए बिल्डिंग ब्लॉक के रूप में काम करती हैं ।

श्रोडिंगर बिल्लियाँ, सरल से नहीं, बल्कि विचित्र से बनीं

दूसरी सफलता जून 2026 में फ़िज़िकल रिव्यू X में आई। क्वांटम सुपरपोज़िशन अवस्थाएँ—जिन्हें अक्सर श्रोडिंगर बिल्ली अवस्थाएँ कहा जाता है—आमतौर पर साधारण कोहेरेंट-स्टेट वेव पैकेट से इकट्ठी की जाती हैं, जो एक शास्त्रीय कक्षा का निकटतम क्वांटम एनालॉग है। हालाँकि, ऑक्सफ़ोर्ड टीम ने एक अलग सवाल पूछा: क्या होगा अगर सुपरपोज़िशन का हर हिस्सा खुद आंतरिक रूप से गैर-शास्त्रीय हो?

एकल ट्रैप्ड आयन की गति का उपयोग करते हुए, शोधकर्ताओं ने ऐसे सुपरपोज़िशन बनाए जिनमें दो अतिव्यापी घटक स्क्वीज़्ड अवस्थाएँ थीं—क्वांटम विन्यास जहाँ अनिश्चितता पहले से ही एक विरोधाभासी तरीके से पुनर्वितरित होती है। आयन की स्थिति को उच्च सटीकता के साथ प्रोग्राम करके, उन्होंने जटिल, असममित सुपरपोज़िशन को गढ़ा जो पहले प्राप्त करने योग्य नहीं थे ।

यह विधि भौतिकविदों को बिल्ली अवस्था के आकार और गुणों पर प्रोग्रामेबल नियंत्रण प्रदान करती है। पारंपरिक बिल्ली अवस्थाओं में, क्वांटम अनिश्चितता दोनों शाखाओं में समान दिखती है; यहाँ, यह भिन्न होती है, जिससे एक समृद्ध इंटरफेरेंस संरचना बनती है जिसका उपयोग त्रुटि सुधार और क्वांटम यांत्रिकी के मूलभूत परीक्षणों के लिए किया जा सकता है ।

यह क्यों मायने रखता है। क्वांटम त्रुटि सुधार उन अवस्थाओं में जानकारी को एन्कोड करने पर निर्भर करता है जो शोर के खिलाफ मजबूत हों। गैर-शास्त्रीय घटकों, जैसे स्क्वीज़्ड अवस्थाओं, से सुपरपोज़िशन उत्पन्न करने से ऐसे लॉजिकल क्वबिट तैयार हो सकते हैं जो स्वाभाविक रूप से अधिक लचीले होते हैं। यह कार्य डीकोहेरेंस और क्वांटम-से-शास्त्रीय संक्रमण के बारे में मूलभूत प्रश्नों के लिए परीक्षण स्थल को भी तेज़ करता है ।

एक अकेला ट्रैप्ड आयन ही क्यों?

दोनों सफलताएँ एक समान मंच साझा करती हैं: एक अकेला ट्रैप्ड आयन—संभवतः कैल्शियम या स्ट्रोंशियम का एक समस्थानिक—जो रेडियोफ्रीक्वेंसी विद्युत क्षेत्रों द्वारा लगभग स्थिर रखा जाता है। एक ट्रैप्ड आयन दो अलग-अलग क्वांटम प्रणालियों को जोड़ता है: एक अच्छी तरह से पृथक आंतरिक इलेक्ट्रॉनिक स्थिति जो एक क्वबिट के रूप में कार्य करती है, और गतिक मोड जिन्हें लेज़र कूलिंग द्वारा क्वांटम ग्राउंड अवस्था तक ठंडा किया जा सकता है। यह दोहरी प्रकृति आयनों को जटिल क्वांटम अवस्थाओं को उत्पन्न करने और उनका विश्लेषण करने के लिए एक आदर्श मंच बनाती है ।

महत्वपूर्ण बात यह है कि ऑक्सफ़ोर्ड आयन ट्रैप समूह वर्षों से इस प्लेटफ़ॉर्म को परिष्कृत कर रहा है। जून 2025 में, इसी समूह ने एकल-क्वबिट गेट फ़िडेलिटी के लिए एक विश्व रिकॉर्ड स्थापित किया, जिसमें केवल 0.000015% की त्रुटि दर हासिल की, या 67 लाख ऑपरेशनों में एक गलती । व्यक्तिगत क्वबिट पर वह चरम नियंत्रण ही वह नींव है जिसने 2026 के क्वाडस्क्वीज़िंग और बिल्ली-अवस्था के परिणामों को संभव बनाया।

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न तो क्वाडस्क्वीज़िंग और न ही प्रोग्रामेबल बिल्ली अवस्थाएँ कल किसी वाणिज्यिक क्वांटम कंप्यूटर में दिखाई देंगी। लेकिन साथ मिलकर वे क्वांटम टूलबॉक्स में दो अलग-अलग कमियों को भरते हैं: एक सेंसिंग और मेट्रोलॉजी के लिए उच्च-क्रम उलझाव का एक तेज़, स्वच्छ मार्ग प्रदान करता है, जबकि दूसरा त्रुटि सुधार के लिए जानकारी को आकार देने का एक नया तरीका प्रदान करता है। दोनों दिखाते हैं कि एक अकेला, सुनियंत्रित आयन क्वांटम भौतिकी के सबसे गहरे नियमों की खोज—और उनके दोहन—के लिए सबसे बहुमुखी मंचों में से एक बना हुआ है।