నియంత్రిత క్వాంటం ఇన్ఫర్మేషన్ ప్రాసెసింగ్ కోసం భవిష్యత్ సాంకేతిక పరిజ్ఞానాల అభివృద్ధిని సంభావ్యంగా అభివృద్ధి చేసే సూపర్ కండక్టర్ల ద్వారా విద్యుత్ ప్రవాహంలో ముఖ్యమైన ప్రవర్తనను కొత్త అధ్యయనం కనుగొంది..
ఇండియానా యూనివర్శిటీ బ్లూమింగ్టన్‌లోని కాలేజ్ ఆఫ్ ఆర్ట్స్ అండ్ సైన్సెస్‌లోని ఫిజిక్స్ ప్రొఫెసర్ బాబాక్ సెరాడ్జే, ఇండియన్ ఇన్‌స్టిట్యూట్ ఆఫ్ టెక్నాలజీ కాన్పూర్‌కు చెందిన సైద్ధాంతిక భౌతిక శాస్త్రవేత్తలు రేఖా కుమారి మరియు అరిజిత్ కుందుతో కలిసి ఈ అధ్యయనానికి సహ రచయితగా ఉన్నారు. అధ్యయనం సైద్ధాంతికంగా ఉన్నప్పటికీ, పరిశోధనా బృందం వారి ఫలితాలను సంఖ్యా అనుకరణల ద్వారా ధృవీకరించింది. లో ప్రచురించబడింది భౌతిక సమీక్ష లేఖలుప్రపంచంలోని ప్రీమియర్ ఫిజిక్స్ జర్నల్, పరిశోధన “ఫ్లోకెట్ మజోరానా ఫెర్మియన్స్” మరియు జోసెఫ్సన్ ఎఫెక్ట్ అని పిలువబడే ఒక దృగ్విషయంలో వాటి పాత్రపై దృష్టి పెడుతుంది, ఇది నడిచే క్వాంటం సిస్టమ్స్ యొక్క డైనమిక్స్‌పై మరింత ఖచ్చితమైన నియంత్రణకు దారితీస్తుంది.
సంభావ్యంగా క్వాంటం కంప్యూటింగ్‌ను అభివృద్ధి చేస్తోంది
పూర్తి స్థాయి క్వాంటం కంప్యూటర్‌ను అభివృద్ధి చేయడం ఒక ప్రధాన సమస్య: అస్థిరతతో ఆటంకం కలిగిస్తుంది. ఈ అస్థిరత ప్రధానంగా “క్వాంటం డీకోహెరెన్స్” అని పిలువబడుతుంది, దీనిలో “క్విట్స్” అని పిలువబడే క్వాంటం బిట్‌లు వాటి పర్యావరణం నుండి జోక్యం చేసుకోవడం వల్ల వాటి సున్నితమైన క్వాంటం స్థితిని కోల్పోతాయి — ఉష్ణోగ్రత హెచ్చుతగ్గులు లేదా విద్యుదయస్కాంత శబ్దం వంటివి.
ట్రాప్డ్ అయాన్లు, ఆప్టికల్ శ్రేణులు లేదా సూపర్ కండక్టర్ల వంటి విభిన్న భౌతిక వ్యవస్థలను ఉపయోగించి క్విట్‌లను తయారు చేయవచ్చు — ఏ శక్తిని కోల్పోకుండా సున్నా నిరోధకతతో విద్యుత్తును నిర్వహించగల పదార్థాలు, తరచుగా సంపూర్ణ సున్నాకి దగ్గరగా ఉండే అతి తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద. ఇది క్వాంటం కంప్యూటర్‌లను చల్లగా ఉంచడానికి చాలా శక్తి-ఇంటెన్సివ్‌గా చేస్తుంది మరియు తద్వారా స్థిరంగా ఉంటుంది, ఎందుకంటే క్విట్‌లను తగినంత చల్లగా ఉంచనప్పుడు అవి మరింత అస్థిరంగా మారతాయి, అంటే లోపాలు పెద్ద మొత్తంలో మరియు మరింత తరచుగా జరుగుతాయి.
అటువంటి లోపాలను ఎదుర్కోవడానికి ఒక మార్గం “గది-ఉష్ణోగ్రత సూపర్ కండక్టర్స్” కోసం వెతకడం, దీనిని తరచుగా హోలీ గ్రెయిల్ ఆఫ్ సూపర్ కండక్టివిటీ అని పిలుస్తారు, ఎందుకంటే శీతలీకరణ ప్రక్రియ చాలా ఖరీదైనది మరియు సంక్లిష్టమైనది. గది ఉష్ణోగ్రత (సుమారు 20-25 డిగ్రీల సెల్సియస్ లేదా 68-77 డిగ్రీల ఫారెన్‌హీట్)కు దగ్గరగా సూపర్ కండక్టివిటీని ప్రదర్శించే పదార్థాలను శాస్త్రవేత్తలు అభివృద్ధి చేయగలిగితే, అది మనకు తెలిసిన సాంకేతిక పరిజ్ఞానాన్ని విప్లవాత్మకంగా మార్చగలదు, చివరికి నష్టరహిత విద్యుత్ ప్రసారానికి దారి తీస్తుంది. ఎలక్ట్రానిక్స్, మరియు అధునాతన క్రిప్టోసెక్యూరిటీ.
ప్రొఫెసర్ సెరాడ్జే మరియు సహచరులు డికోహెరెన్స్ సమస్యను వేరొక విధంగా పరిష్కరిస్తారు — క్వాంటం సమాచారాన్ని స్థానికంగా కాకుండా ఎన్‌కోడింగ్ చేయడం ద్వారా అది అంతరిక్షంలో ఎక్కువ దూరం వ్యాపిస్తుంది మరియు అందువల్ల స్థానిక శబ్దం మరియు హెచ్చుతగ్గులకు ఇది రోగనిరోధక శక్తిని కలిగిస్తుంది.
క్వాంటం కంప్యూటింగ్ కోసం “ఫ్లోక్వెట్ మజోరానా ఫెర్మియన్స్”ని ఏది ప్రత్యేకంగా చేస్తుంది?
మజోరానా ఫెర్మియన్‌లకు ఇటాలియన్ భౌతిక శాస్త్రవేత్త అయిన ఎట్టోర్ మజోరానా పేరు పెట్టారు, అతను 1937లో ప్రత్యేక మార్గాల్లో ప్రవర్తించే సబ్‌టామిక్ పార్టికల్స్‌గా వాటి ఉనికిని ప్రతిపాదించాడు; చాలా కణాల వలె కాకుండా, మజోరానా ఫెర్మియన్లు వాటి స్వంత యాంటీపార్టికల్స్. (విశ్వంలోని ప్రతి రకమైన కణానికి — ఎలక్ట్రాన్లు మరియు ప్రోటాన్లు వంటివి — వ్యతిరేక ఛార్జ్ మరియు అదే ద్రవ్యరాశితో సంబంధిత యాంటీపార్టికల్ ఉంది మరియు కణాలు మరియు యాంటీపార్టికల్స్ మధ్య ఈ సమరూపత విశ్వం యొక్క నిర్మాణంలో ప్రాథమిక భాగం.)
గణిత భౌతిక శాస్త్రవేత్త అలెక్సీ కిటేవ్ 2000లో మజోరానా ఫెర్మియాన్‌లు ప్రాథమిక కణాలుగా మాత్రమే కాకుండా, టోపోలాజికల్ సూపర్ కండక్టర్స్ అని పిలువబడే కొన్ని పదార్థాలలో క్వాంటం ఉత్తేజితాలుగా కూడా ఉంటాయని గ్రహించారు. ఇవి సాధారణ సూపర్ కండక్టర్ల నుండి భిన్నంగా ఉంటాయి, దీనిలో టోపోలాజికల్ సూపర్ కండక్టర్ దాని ఉపరితలంపై ప్రత్యేకమైన, స్థిరమైన క్వాంటం స్థితులను కలిగి ఉంటుంది లేదా పదార్థం యొక్క అంతర్లీన టోపోలాజీ ద్వారా రక్షించబడిన అంచులను కలిగి ఉంటుంది — ఎలక్ట్రాన్ల చలనం క్వాంటం స్థాయిలో ఆకారంలో ఉంటుంది.
ఈ ఉపరితల స్థితులు వాటిని అంతరాయాలకు నిరోధకతను కలిగిస్తాయి, అందుకే అవి మరింత స్థిరమైన క్వాంటం కంప్యూటర్‌లను అభివృద్ధి చేసే సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంటాయి. ఈ ప్రత్యేక అంచు స్థితులు సాధారణ సూపర్ కండక్టర్లలో లేని మజోరానా ఫెర్మియన్‌ల వలె ప్రవర్తిస్తాయి. సిద్ధాంతంలో, అటువంటి మజోరానా ఫెర్మియన్లు క్వాంటం సమాచారాన్ని నాన్‌లోకల్‌గా నిల్వ చేయడానికి ఉపయోగించవచ్చు, తద్వారా క్విట్‌లను డీకోహెరెన్స్ నుండి రక్షించడానికి ఒక మార్గాన్ని అందిస్తుంది.
ప్రొఫెసర్ సెరాడ్జే మరియు సహచరులు ఒక నిర్దిష్ట సందర్భంలో మజోరానా ఫెర్మియన్‌లను అన్వేషించారు: “క్రమానుగతంగా నడపబడే” సూపర్ కండక్టర్‌లు, అంటే, అవి పునరావృత నమూనాలో చక్రం ఆన్ మరియు ఆఫ్ చేసే బాహ్య శక్తి వనరులకు బహిర్గతమవుతాయి. ఈ ఆవర్తన డ్రైవింగ్ మజోరానా ఫెర్మియన్‌ల ప్రవర్తనను మారుస్తుంది, వాటిని “ఫ్లోకెట్ మజోరానా ఫెర్మియన్స్” (FMFలు)గా మారుస్తుంది. ఫ్లోకెట్ మజోరానా ఫెర్మియన్లు సైక్లింగ్ శక్తి వనరుతో వాటి పరస్పర చర్య ఆధారంగా మారుతూ, ఆవర్తన డ్రైవ్ లేకుండా సాధ్యం కాని విభిన్న స్థితులలో ఉంటాయి. సూపర్ కండక్టర్ యొక్క ఆవర్తన డ్రైవింగ్ FMFలను మరియు అవి సృష్టించే అసాధారణ నమూనాలను నిర్వహించడానికి కీలకం.
రెండు పాయింట్ల మధ్య సాధారణ కండక్టర్లలో విద్యుత్ ప్రవాహాన్ని ఉత్పత్తి చేయడానికి ఒక వోల్టేజ్‌ను వర్తింపజేయాలి, ఇది రెండు పాయింట్ల మధ్య విద్యుత్‌ను నెట్టే ఒత్తిడిగా పనిచేస్తుంది. కానీ “జోసెఫ్సన్ ఎఫెక్ట్” అని పిలవబడే ఒక విచిత్రమైన క్వాంటం టన్నెలింగ్ ప్రక్రియ కారణంగా కరెంట్ రెండు సూపర్ కండక్టర్ల మధ్య ప్రవహిస్తుంది, ఇది అప్లైడ్ వోల్టేజ్ అవసరం లేకుండానే ఉంటుంది. FMFలు ఈ జోసెఫ్సన్ కరెంట్‌ను ప్రత్యేకమైన మార్గాల్లో ప్రభావితం చేస్తాయి. చాలా సిస్టమ్‌లలో, రెండు సూపర్ కండక్టర్ల మధ్య కరెంట్ క్రమమైన వ్యవధిలో పునరావృతమవుతుంది. అయినప్పటికీ, FMFలు తమను తాము గుర్తించడంలో సహాయపడే ఒక ప్రత్యేకమైన సంతకాన్ని సృష్టించి, సాధారణ రేటులో సగం డోలనం చేసే కరెంట్ నమూనాలో తమను తాము వ్యక్తపరుస్తాయి.
కొత్త టెక్నిక్‌లతో కరెంట్‌ని ట్యూన్ చేస్తోంది
సెరాడ్జే మరియు సహోద్యోగుల అధ్యయనం ద్వారా వెల్లడి చేయబడిన ఒక ముఖ్యమైన విషయం ఏమిటంటే, జోసెఫ్సన్ కరెంట్ యొక్క బలం — విద్యుత్ ప్రవాహం మొత్తం — సూపర్ కండక్టర్ల “రసాయన సంభావ్యత”ని ఉపయోగించి ట్యూన్ చేయవచ్చు. సరళంగా చెప్పాలంటే, రసాయన సంభావ్యత పదార్థం యొక్క లక్షణాలను సర్దుబాటు చేసే డయల్‌గా పనిచేస్తుంది మరియు సిస్టమ్‌ను నడిపించే బాహ్య శక్తి వనరు యొక్క ఫ్రీక్వెన్సీతో సమకాలీకరించడం ద్వారా దానిని సవరించవచ్చని పరిశోధకులు కనుగొన్నారు. ఇది శాస్త్రవేత్తలకు క్వాంటం పదార్థాలపై కొత్త స్థాయి నియంత్రణను అందిస్తుంది మరియు క్వాంటం ఇన్ఫర్మేషన్ ప్రాసెసింగ్‌లో అనువర్తనాల కోసం అవకాశాలను తెరుస్తుంది, ఇక్కడ క్వాంటం స్థితుల యొక్క ఖచ్చితమైన తారుమారు కీలకం.
Floquet Majorana ఫెర్మియన్లు బాహ్య డ్రైవ్‌ల ద్వారా నియంత్రించబడే ప్రత్యేక లక్షణాలను కలిగి ఉన్నాయని కనుగొన్నది, వేగంగా మరియు లోపాలను నిరోధించే క్వాంటం కంప్యూటర్‌లను నిర్మించడానికి మార్గం సుగమం చేస్తుంది. ఈ పరిశోధనలు ప్రపంచవ్యాప్తంగా పరిశోధకులకు నడిచే క్వాంటం సిస్టమ్‌లలో కొత్త, నియంత్రించదగిన లక్షణాలను గుర్తించడం మరియు అన్వేషించడం కోసం రోడ్‌మ్యాప్‌ను అందిస్తాయి.
