जॉन क्लार्क, मिशेल डेव्होरेट आणि जॉन मार्टिनिस यांना का मिळाला भौतिकशास्त्रातील सर्वोच्च सन्मान? वाचा सोप्या भाषेत.
 |
| चित्र सौजन्य (Image Credit): AI निर्मित ग्राफिक्स |
७ ऑक्टोबर २०२५ रोजी, जगातील सर्वात प्रतिष्ठित अशा भौतिकशास्त्रातील नोबेल पारितोषिकाची घोषणा झाली. यंदाचा हा सन्मान जॉन क्लार्क, मिशेल डेव्होरेट आणि जॉन मार्टिनिस या तीन शास्त्रज्ञांना देण्यात आला आहे. पण का? त्यांनी असं काय केलं की जगाने त्यांना सलाम केला? सोप्या भाषेत सांगायचं तर, त्यांनी एक अशी वस्तू बनवली जी एकाच वेळी दोन वेगवेगळ्या अवस्थांमध्ये अस्तित्त्वात होती! हे ऐकायला एखाद्या जादुई कथेसारखं वाटत असलं तरी, हे विज्ञानाचं ते शिखर आहे जे क्वांटम कॉम्प्युटर नावाच्या भविष्यातील महाक्रांतीचा पाया रचत आहे. चला तर मग, या अदृश्य जगाच्या प्रवासाला सुरुवात करूया आणि या शोधाचं महत्त्व सोप्या शब्दांत समजून घेऊया.
भाग १: क्वांटम जग - एक जादुई दुनिया!
आपण ज्या जगात राहतो, तिथे नियम अगदी सरळ आहेत. एक फुटबॉल एकतर जमिनीवर असतो किंवा हवेत. तुमच्या गाडीचा रंग एकतर लाल असतो किंवा निळा. एक वस्तू एका वेळी एकाच ठिकाणी असू शकते. याला आपण 'क्लासिकल फिजिक्स' किंवा पारंपारिक भौतिकशास्त्र म्हणतो. पण जेव्हा आपण अणू (atom) किंवा इलेक्ट्रॉन (electron) सारख्या अतिसूक्ष्म कणांच्या जगात जातो, तेव्हा हे सगळे नियम कोलमडून पडतात. या जगाला 'क्वांटम मेकॅनिक्स' म्हणतात आणि हे जग एखाद्या जादुई दुनियेसारखं आहे.
या जगात दोन महत्त्वाचे नियम आहेत:
- सुपरपोझिशन (Superposition): कल्पना करा की तुम्ही एक नाणं हवेत उडवलं आहे. जोपर्यंत ते खाली पडून स्थिर होत नाही, तोपर्यंत ते एकाच वेळी छापा आणि काटा, दोन्ही अवस्थांमध्ये असतं. क्वांटम कणांचंही तसंच आहे. जोपर्यंत आपण त्यांना 'मोजत' किंवा 'बघत' नाही, तोपर्यंत ते एकाच वेळी अनेक अवस्थांमध्ये (multiple states) असू शकतात. यालाच 'सुपरपोझिशन' म्हणतात.
- एन्टँगलमेंट (Entanglement): ही तर त्याहूनही विचित्र संकल्पना आहे. यात दोन कण एकमेकांशी असे काही जोडलेले असतात की तुम्ही एका कणावर काही क्रिया केली, तर त्याचा परिणाम दुसऱ्या कणावर त्वरित दिसून येतो, मग ते दोन्ही कण एकमेकांपासून कितीही दूर असोत. आइन्स्टाईनने याला 'spooky action at a distance' (अंतरावरून होणारी गूढ क्रिया) म्हटलं होतं.
हे क्वांटम जगाचे नियम इतके विचित्र आहेत की शास्त्रज्ञांना अनेक दशकं वाटत होतं की हे नियम फक्त सूक्ष्म कणांपुरतेच मर्यादित आहेत. मोठ्या, डोळ्यांना दिसणाऱ्या वस्तूंवर हे नियम लागू होऊच शकत नाहीत. आणि इथेच या वर्षीच्या नोबेलविजेत्या शास्त्रज्ञांनी बाजी मारली.
भाग २: मोठी वस्तू आणि क्वांटमची डोकेदुखी
एखाद्या इलेक्ट्रॉनला 'सुपरपोझिशन'मध्ये ठेवणं एकवेळ शक्य आहे, पण एखाद्या क्रिकेटच्या चेंडूला एकाच वेळी दोन ठिकाणी ठेवणं शक्य आहे का? नाही. याचं कारण आहे 'डिकोहेरेन्स' (Decoherence).
सोप्या भाषेत सांगायचं तर, कोणतीही वस्तू तिच्या सभोवतालच्या पर्यावरणाशी सतत संवाद साधत असते. हवा, प्रकाश, उष्णता, कंपनं या सगळ्या गोष्टी तिला धक्का देत असतात. क्वांटम अवस्था एखाद्या साबणाच्या फुग्यासारखी नाजूक असते. पर्यावरणाचा हलकासा स्पर्श किंवा धक्का या फुग्याला (क्वांटम अवस्थेला) क्षणात फोडून टाकतो आणि ती वस्तू पुन्हा आपल्या साध्या, सरळ 'क्लासिकल' जगात परत येते. या प्रक्रियेलाच 'डिकोहेरेन्स' म्हणतात. वस्तू जेवढी मोठी, तेवढा पर्यावरणाचा प्रभाव जास्त आणि तिची क्वांटम अवस्था टिकवून ठेवणं जवळजवळ अशक्य.
अनेक वर्षांपासून शास्त्रज्ञांपुढील हेच सर्वात मोठं आव्हान होतं: 'डिकोहेरेन्स'च्या या वादळापासून एखाद्या मोठ्या वस्तूला वाचवून तिची नाजूक क्वांटम अवस्था कशी टिकवायची आणि तिला नियंत्रित कसं करायचं?
भाग ३: नोबेलविजेता प्रयोग - अशक्य झाले शक्य!
जॉन क्लार्क, मिशेल डेव्होरेट आणि जॉन मार्टिनिस यांनी याच अशक्य वाटणाऱ्या आव्हानाला शक्य करून दाखवलं. त्यांनी क्रिकेटचा चेंडू नाही, तर एक खास इलेक्ट्रॉनिक सर्किट तयार केलं. हे सर्किट इतकं मोठं होतं की ते नुसत्या डोळ्यांनी दिसू शकत होतं, म्हणूनच त्याला क्वांटमच्या भाषेत 'मॅक्रोस्कोपिक' (macroscopic) किंवा 'मोठी' वस्तू म्हटलं गेलं.
त्यांनी या सर्किटला क्वांटम अवस्थेत नेण्यासाठी दोन गोष्टी केल्या:
- अतिशीत तापमान: त्यांनी या सर्किटला निरपेक्ष शून्याच्या (Absolute Zero) जवळ, म्हणजे सुमारे -२७३.१५ अंश सेल्सिअस इतक्या थंड तापमानात नेलं. इतक्या थंड तापमानात पर्यावरणातील जवळजवळ सर्व गोंधळ (कंपनं, उष्णता) शांत झाला. जणू काही त्यांनी साबणाच्या फुग्याभोवती असलेलं वादळच थांबवून टाकलं.
- मायक्रोवेव्हचे नियंत्रण: मग त्यांनी अत्यंत अचूक अशा मायक्रोवेव्ह तरंगांचा (microwave pulses) वापर करून या सर्किटला हळूवारपणे ऊर्जेचा धक्का दिला. या धक्क्यामुळे ते सर्किट एकाच वेळी दोन वेगवेगळ्या ऊर्जा पातळ्यांवर अस्तित्त्वात राहू शकलं. म्हणजेच, त्यांनी त्या सर्किटला यशस्वीरीत्या 'सुपरपोझिशन' अवस्थेत नेलं आणि काही काळ टिकवूनही दाखवलं!
भाग ४: या शोधाचा अर्थ काय? क्वांटम कॉम्प्युटरचे भविष्य
हा शोध केवळ एक वैज्ञानिक प्रयोग नव्हता, तर एका नव्या युगाची चावी होती. हे समजून घेण्यासाठी आपल्याला कॉम्प्युटरची भाषा समजून घ्यावी लागेल.
आपले आजचे कॉम्प्युटर 'बिट्स' (bits) वर चालतात. बिट म्हणजे ० किंवा १. कोणतीही माहिती या दोन आकड्यांमध्येच साठवली जाते. एक बिट एका वेळी एकतर ० असू शकतो किंवा १.
याउलट, क्वांटम कॉम्प्युटर 'क्विबिट्स' (qubits) वर चालतो. 'सुपरपोझिशन'च्या नियमामुळे एक क्विबिट एकाच वेळी ० आणि १ दोन्ही असू शकतो. दोन क्विबिट असतील तर ते एकाच वेळी चार अवस्थांमध्ये (00, 01, 10, 11) असू शकतात. जसेजसे क्विबिट्सची संख्या वाढते, तशी ही शक्ती घातांकाने (exponentially) वाढते. फक्त ३०० क्विबिट्स असलेला एक क्वांटम कॉम्प्युटर, या विश्वातील सर्व अणूंच्या संख्येपेक्षा जास्त आकडेमोड एकाच वेळी करू शकतो!
पण असे शक्तिशाली क्विबिट्स बनवायचे कसे? याचं उत्तर क्लार्क, डेव्होरेट आणि मार्टिनिस यांच्या प्रयोगात दडलेलं आहे. त्यांनी जे सर्किट बनवलं होतं, तेच खरंतर 'सुपरकंडक्टिंग क्विबिट' (superconducting qubit) नावाच्या क्विबिटचा पहिला आणि सर्वात यशस्वी नमुना होता. त्यांच्या संशोधनामुळेच आज गुगल, आयबीएमसारख्या कंपन्या स्थिर आणि शक्तिशाली क्विबिट्स बनवू शकत आहेत, जे क्वांटम कॉम्प्युटरचा आत्मा आहेत.
 |
| चित्र सौजन्य (Image Credit): AI निर्मित ग्राफिक्स |
समारोप: एका नव्या युगाची सुरुवात
या तीन शास्त्रज्ञांच्या कार्यामुळे क्वांटम कॉम्प्युटर आता केवळ एक सैद्धांतिक संकल्पना राहिलेली नाही, तर प्रत्यक्षात येऊ घातलेलं एक सत्य आहे. भविष्यात हे क्वांटम कॉम्प्युटर्स काय करू शकतील याची कल्पना करा:
- नवीन औषधं आणि लसी काही दिवसांत तयार करणे.
- हवामान बदलावर अचूक उपाय शोधणे.
- अतिशय गुंतागुंतीचे आर्थिक मॉडेल तयार करणे.
- विश्वाची रहस्ये उलगडण्यासाठी मदत करणे.
टिप्पण्या
टिप्पणी पोस्ट करा