Quantum Physics: भाग ७: विश्वातील सर्वात रहस्यमय नाते आणि 'क्वांटम एन्टँगलमेंट'ची जादू

विचार करा, तुमच्याकडे दोन जादूई फासे (Dice) आहेत. एक फासा तुम्ही पुण्यात तुमच्या घरी ठेवला आणि दुसरा फासा तुमच्या मित्राला अमेरिकेत दिला. तुम्ही पुण्यात फासा टाकला आणि त्यावर '६' आकडा आला, तर त्याच सेकंदाला, कोणतीही वेळ न घालवता अमेरिकेतील फाशावरही '६' हाच आकडा पडतो! त्यांच्यात कोणतीही वायर नाही, कोणताही सिग्नल नाही, तरीही एकाचा परिणाम दुसऱ्यावर होतो. ऐकायला हा एखाद्या भोंदूगिरीसारखा किंवा जादूटोण्यासारखा प्रकार वाटतो ना?

पण हा जादूटोणा नाही, तर हे आधुनिक भौतिकशास्त्रातील सर्वात मोठे रहस्य आहे, ज्याला वैज्ञानिक भाषेत 'क्वांटम एन्टँगलमेंट' (Quantum Entanglement) म्हणतात!

मागील भागात आपण पाहिले की तीन शास्त्रज्ञांच्या इर्षेतून ट्रान्झिस्टरचा शोध लागला आणि संगणकांचे युग सुरू झाले. पण जसजसे हे ट्रान्झिस्टर लहान होत गेले, तसतसे शास्त्रज्ञांना समजले की आता जुने नियम सोडून आपल्याला थेट क्वांटमच्या या अजब जगातच उतरावे लागेल. आणि याच जगात त्यांना सापडले विश्वातील सर्वात अनोखे नाते!

हे नक्की काय आहे आणि कसे काम करते, एकदम सोप्या भाषेत समजूया. जेव्हा दोन सूक्ष्म कण (जसे की इलेक्ट्रॉन किंवा प्रकाशाचे फोटॉन) एकमेकांच्या खूप जवळ येतात आणि त्यांच्यात एक खास प्रक्रिया होते, तेव्हा ते एकमेकांशी कायमचे जोडले जातात. या जोडप्याला वैज्ञानिक 'एन्टँगल पेअर' म्हणतात. एकदा का हे नाते तयार झाले, की मग तुम्ही त्या दोन कणांना एकमेकांपासून कितीही दूर नेऊन ठेवा—एक कण मुंबईत आणि दुसरा थेट मंगळ ग्रहावर असला तरीही चालतो!

आता जादू सुरू होते. क्वांटमच्या नियमांनुसार, जोपर्यंत आपण या कणांना पाहत नाही, तोपर्यंत ते एकाच वेळी सर्व दिशांना फिरत असतात (याला सुपरपोझिशन म्हणतात). पण जेव्हा तुम्ही मुंबईत असलेल्या कणाचा अभ्यास करता आणि तो समजा 'घड्याळाच्या काट्याच्या दिशेने' (Clockwise) फिरताना दिसतो, तेव्हा त्याच मायक्रोसेकंदाला, मंगळ ग्रहावर असलेला दुसरा कण आपोआप 'घड्याळाच्या काट्याच्या उलट दिशेने' (Anti-clockwise) फिरू लागतो! त्यांच्यातील हे संप्रेषण प्रकाशाच्या वेगापेक्षाही जलद असते.

स्वतः अल्बर्ट आयन्स्टाईन यांना ही कल्पना अजिबात पटली नव्हती! त्यांनी याला हसण्यावारी नेऊन 'स्पुकी ॲक्शन अ‍ॅट अ डिस्टन्स' (Spooky action at a distance) म्हणजेच 'लांबून चालणारा भुताटकीचा खेळ' असे नाव दिले होते. आयन्स्टाईन यांचे म्हणणे होते की, प्रकाशाच्या वेगापेक्षा वेगाने विश्वात काहीही प्रवास करू शकत नाही, मग या दोन कणांना एकमेकांची अवस्था इतक्या लवकर कशी समजते? पण पुढे १९८२ मध्ये आणि अलीकडे २०२२ मध्ये शास्त्रज्ञांनी प्रयोगांतून सिद्ध केले की आयन्स्टाईन इथे चुकीचे होते आणि निसर्गाचा हा भुताटकीचा खेळ शंभर टक्के खरा आहे! (या शोधासाठी २०२२ चे नोबेल प्राईझही दिले गेले).

पण मग या अजब नात्याचा संगणकांमध्ये कसा वापर केला जातो?

आपले आजचे नेहमीचे संगणक 'बिट्स'वर (Bits) चालतात, जे एकतर '०' असू शकतात किंवा '१'. पण क्वांटम कॉम्प्युटरमध्ये वापरले जातात 'क्यूबिट्स' (Qubits). क्वांटम एन्टँगलमेंटमुळे जेव्हा आपण अनेक क्यूबिट्स एकमेकांशी जोडतो, तेव्हा त्यांची शक्ती कमालीची वाढते. जर तुम्ही २ क्यूबिट्स जोडले, तर ते एकाच वेळी ४ अवस्थांमध्ये राहू शकतात. जर तुम्ही ३०० क्यूबिट्स एकमेकांशी एन्टँगल केले, तर ते एकाच वेळी विश्वातील एकूण अणूंच्या संख्येपेक्षाही जास्त गणिते एका सेकंदात करू शकतात! यामुळेच क्वांटम कॉम्प्युटर आजच्या सुपरकॉम्प्युटरपेक्षा अब्जावधी पटीने वेगवान ठरतात.

पण मित्रांनो, हा प्रवास वाटतो तितका सोपा नाही. यात वैज्ञानिकांसमोर एक हिमालयासारखे मोठे आव्हान आहे!

हे क्यूबिट्स अत्यंत लाजाळू आणि नाजूक असतात. अणूच्या जगाबाहेरील थोडी जरी उष्णता, हवेचा झोत किंवा साधी कंपने यांच्या संपर्कात हे क्यूबिट्स आले, तर त्यांचे हे अजब नाते एका सेकंदात तुटून जाते. याला वैज्ञानिक भाषेत 'डीकोहेरन्स' (Decoherence) म्हणतात. हे नाते टिकवून ठेवण्यासाठी अत्यंत कडक थंडीची म्हणजेच उणे २७३ अंश सेल्सिअस (-२७३°C) तापमानाची गरज असते, जे अंतराळापेक्षाही जास्त थंड आहे!

या आव्हानावर मात करण्यासाठी आज जगभरातील आणि आपल्या भारतातील शास्त्रज्ञ 'क्रायोजेनिक्स' (अतिशीत तंत्रज्ञान) आणि 'क्वांटम एरर करेक्शन'वर काम करत आहेत. अणूंचा हा नाजूक खेळ सुरक्षित ठेवण्यासाठी खास लेझर आणि चुंबकीय कवचांचा वापर केला जात आहे, जेणेकरून बाहेरील जगाचा डिस्टर्बन्स आत पोहोचणार नाही.

निसर्गाच्या या सर्वात गुंतागुंतीच्या रहस्याला वेठीस धरून मानवाने निसर्गावरच मात करायला सुरुवात केली आहे. पण जेव्हा हा क्वांटम कॉम्प्युटर पूर्णपणे तयार होईल, तेव्हा जगाचा चेहरामोहरा कसा बदलेल? आणि भारताचे 'नॅशनल क्वांटम मिशन' यामध्ये नक्की काय पराक्रम गाजवत आहे? पाहूया या लेखमालेच्या शेवटच्या आणि अत्यंत अभिमानास्पद अशा भागात!

पण त्यापूर्वी पुढील भागात आपण पाहू quantum physics च्या ज्ञानाचा वापर करून बनविलेली आपल्या रोजच्या वापरातील एक अत्यंत उपयुक्त वस्तू .  

प्रकाशाच्या वेगापेक्षाही वेगवान असणारे हे 'क्वांटम नाते' वाचून तुम्हाला निसर्गाच्या रचनेबद्दल काय वाटते?

©संतोष कारखानीस

#QuantumPhysics #QuantumEntanglement #QuantumComputing #EinsteinSpookyAction #MarathiScience #TechFuture