वर्ष 2025 का भौतिकी का नोबेल पुरस्कार तीन वैज्ञानिकों को दिया जाएगा, जिन्होंने विद्युत परिपथों को परमाणुओं की तरह कार्य करने में सक्षम बनाया – यह एक ऐसा प्रयोग है जो हमारे क्वांटम भविष्य के केंद्र में है।
रॉयल स्वीडिश एकेडमी ऑफ साइंसेज ने जॉन क्लार्क, मिशेल एच. डेवोरेट और जॉन एम. मार्टिनिस को “विद्युत परिपथ में मैक्रोस्कोपिक क्वांटम मैकेनिकल टनलिंग और ऊर्जा क्वांटीकरण की खोज के लिए” भौतिकी का नोबेल पुरस्कार प्रदान किया है। उनका काम पहली नज़र में गूढ़ लगता है, लेकिन इसका महत्व गहरा है। उन्होंने दिखाया कि क्वांटम “विचित्रता” – जो आमतौर पर परमाणुओं और उप-परमाणु कणों तक ही सीमित रहती है – हाथ में पकड़ने लायक बड़े विद्युत परिपथों में भी प्रकट हो सकती है। यह एक ऐसी खोज है जो अति सूक्ष्म की अदृश्य दुनिया को उस मूर्त दुनिया से जोड़ती है जिसमें हम रहते हैं।
क्वांटम सुरंग और ऊर्जा क्वांटा यह समझने के लिए कि उन्होंने क्या हासिल किया,
कल्पना कीजिए कि आप एक गेंद को दीवार पर फेंकते हैं। पारंपरिक रूप से, यह या तो वापस उछलती है या रुक जाती है। लेकिन क्वांटम की दुनिया में, एक कण कभी-कभी सीधे “सुरंग” बना सकता है। यही सुरंग बनाना है – क्वांटम यांत्रिकी की सबसे अजीब भविष्यवाणियों में से एक।
क्वांटम क्षेत्र की एक और विशेषता है क्वांटीकरण: ऊर्जा निरंतर नहीं होती, बल्कि निश्चित मात्रा में आती है। उदाहरण के लिए, परमाणु ऊर्जा के केवल कुछ “खंडों” को ही अवशोषित या उत्सर्जित कर सकते हैं।
1980 के दशक के मध्य में, क्लार्क, डेवोरेट और मार्टिनिस ने लगभग परम शून्य तक ठंडा किए गए अतिचालक परिपथों का उपयोग किया, जहाँ विद्युत धारा शून्य प्रतिरोध के साथ प्रवाहित होती है। उनकी स्थापना का मूल एक जोसेफसन जंक्शन था – एक पतली रोधक परत द्वारा पृथक दो अतिचालक। इन परिस्थितियों में, इलेक्ट्रॉनों के युग्म (जिन्हें कूपर युग्म कहा जाता है) अवरोध के पार सुरंग बनाकर एकल क्वांटम प्रणाली के रूप में कार्य कर सकते हैं।
जब उन्होंने ऐसे परिपथ से धारा प्रवाहित की, तो पूरा तंत्र एक स्थूल कण की तरह व्यवहार करने लगा। यह एक क्वांटम अवस्था से दूसरी क्वांटम अवस्था में “पलायन” कर सकता था—ऊर्जा अवरोध को भेदकर सुरंग बनाकर और एक सूक्ष्म मापनीय वोल्टेज उत्पन्न करके। उन्होंने यह भी पाया कि यह तंत्र केवल असतत चरणों में ही ऊर्जा को अवशोषित और मुक्त करता है, जो मानव-निर्मित परिपथ में ऊर्जा क्वांटीकरण की पुष्टि करता है।
उसी तकनीक को अब व्यावहारिक अनुप्रयोगों में विकसित किया जा रहा है। उदाहरण के लिए, यूसी सांता बारबरा में मार्टिनिस की प्रयोगशाला में, इसी तरह के सर्किट से साइकैमोर प्रोसेसर विकसित हुआ, जिसका इस्तेमाल गूगल ने 2019 में “क्वांटम एडवांटेज” प्रदर्शित करने के लिए किया था।
अतिचालक क्वाबिट: उनके सर्किट आज के क्वांटम कंप्यूटरों में क्वाबिट का खाका बन गए। उनके काम ने सीधे तौर पर गूगल, आईबीएम और अन्य द्वारा विकसित प्लेटफ़ॉर्म को सक्षम बनाया।
क्वांटम सेंसर: यही सिद्धांत अति-संवेदनशील चुंबकीय क्षेत्र डिटेक्टरों और ग्रैविमीटरों के मूल में हैं, जो अभूतपूर्व सटीकता के साथ मस्तिष्क की गतिविधि या भूमिगत संरचनाओं की जाँच करने में सक्षम हैं।
मेट्रोलॉजी और मूलभूत परीक्षण: उनके प्रयोगों ने वोल्ट और एम्पीयर जैसे विद्युत मानकों की परिभाषा को परिष्कृत करने में मदद की, जिसमें जोसेफसन जंक्शनों को क्वांटम-सटीक वोल्टेज संदर्भों के रूप में उपयोग किया गया।
एक सदी पुराना सिद्धांत, आज भी आश्चर्यों से भरी 20वीं सदी के आरंभ में जन्मी क्वांटम यांत्रिकी आज भी आश्चर्यचकित करती है। नोबेल समिति के अध्यक्ष ओले एरिक्सन ने कहा, “यह अद्भुत है कि सदियों पुरानी क्वांटम यांत्रिकी आज भी नए आश्चर्य प्रस्तुत करती है – और सभी डिजिटल तकनीक का आधार बनी हुई है।”
