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Observation of disorder-induced superfluidity

क्यूट्रिट नियंत्रण वाले एक सुपरकंडक्टिंग प्रोसेसर का उपयोग करते हुए, शोधकर्ताओं ने प्रयोगात्मक रूप से प्रदर्शित किया कि विकार (disorder) स्थानीय गतिशीलता को बढ़ाने वाले अनुनाद (resonances) बनाकर सुपरफ्लुइडिटी को प्रेरित कर सकता है, जो एक रैखिक रूप से विसरित फोनन मोड (linearly-dispersing phonon mode) के उद्भव और एक मोट इंसुलेटर से भिन्न संपीड़ित चरण (compressible phase) में गैर-शून्य कंडेनसेट अंशों द्वारा प्रमाणित होता है।

मूल लेखक: Nicole Ticea, Elias Portoles, Eliott Rosenberg, Alexander Schuckert, Aaron Szasz, Bryce Kobrin, Nicolas Pomata, Pranjal Praneel, Connie Miao, Shashwat Kumar, Ella Crane, Ilya Drozdov, Yuri Lensky, Sof
प्रकाशित 2026-02-05
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CC BY 4.0

मूल लेखक: Nicole Ticea, Elias Portoles, Eliott Rosenberg, Alexander Schuckert, Aaron Szasz, Bryce Kobrin, Nicolas Pomata, Pranjal Praneel, Connie Miao, Shashwat Kumar, Ella Crane, Ilya Drozdov, Yuri Lensky, Sofia Gonzalez-Garcia, Thomas Kiely, Dmitry Abanin, Amira Abbas, Rajeev Acharya, Laleh Aghababaie Beni, Georg Aigeldinger, Ross Alcaraz, Sayra Alcaraz, Markus Ansmann, Frank Arute, Kunal Arya, Walt Askew, Nikita Astrakhantsev, Juan Atalaya, Ryan Babbush, Brian Ballard, Hector Bates, Andreas Bengtsson, Majid Bigdeli Karimi, Alexander Bilmes, Simon Bilodeau, Felix Borjans, Alexandre Bourassa, Jenna Bovaird, Dylan Bowers, Leon Brill, Peter Brooks, Michael Broughton, David A. Browne, Brett Buchea, Bob B. Buckley, Tim Burger, Brian Burkett, Jamal Busnaina, Nicholas Bushnell, Anthony Cabrera, Juan Campero, Hung-Shen Chang, Silas Chen, Zijun Chen, Ben Chiaro, Liang-Ying Chih, Agnetta Y. Cleland, Bryan Cochrane, Matt Cockrell, Josh Cogan, Paul Conner, Harold Cook, Rodrigo G. Cortiñas, William Courtney, Alexander L. Crook, Ben Curtin, Sayan Das, Martin Damyanov, Dripto M. Debroy, Stijn J. de Graaf, Laura De Lorenzo, Sean Demura, Lucia B. De Rose, Agustin Di Paolo, Paul Donohoe, Andrew Dunsworth, Valerie Ehimhen, Alec Eickbusch, Aviv Moshe Elbag, Lior Ella, Mahmoud Elzouka, David Enriquez, Catherine Erickson, Lara Faoro, Vinicius S. Ferreira, Marcos Flores, Leslie Flores Burgos, Sam Fontes, Ebrahim Forati, Jeremiah Ford, Brooks Foxen, Masaya Fukami, Alan Wing Lun Fung, Lenny Fuste, Suhas Ganjam, Gonzalo Garcia, Christopher Garrick, Robert Gasca, Helge Gehring, Robert Geiger, Élie Genois, William Giang, Dar Gilboa, James E. Goeders, Edward C. Gonzales, Raja Gosula, Alejandro Grajales Dau, Dietrich Graumann, Joel Grebel, Alex Greene, Jonathan A. Gross, Jose Guerrero, Tan Ha, Steve Habegger, Tanner Hadick, Ali Hadjikhani, Monica Hansen, Matthew P. Harrigan, Sean D. Harrington, Jeanne Hartshorn, Stephen Heslin, Paula Heu, Oscar Higgott, Reno Hiltermann, Jeremy Hilton, Hsin-Yuan Huang, Mike Hucka, Christopher Hudspeth, Ashley Huff, William J. Huggins, Evan Jeffrey, Shaun Jevons, Zhang Jiang, Xiaoxuan Jin, Cody Jones, Chaitali Joshi, Pavol Juhas, Andreas Kabel, Dvir Kafri, Hui Kang, Kiseo Kang, Amir H. Karamlou, Ryan Kaufman, Kostyantyn Kechedzhi, Julian Kelly, Tanuj Khattar, Mostafa Khezri, Seon Kim, Paul V. Klimov, Can M. Knaut, Alexander N. Korotkov, Fedor Kostritsa, John Mark Kreikebaum, Ryuho Kudo, Arun Kumar, Ben Kueffler, Vladislav D. Kurilovich, Vitali Kutsko, Nathan Lacroix, Tiano Lange-Dei, Brandon W. Langley, Pavel Laptev, Kim-Ming Lau, Emma Leavell, Loick Le Guevel, Justin Ledford, Joy Lee, Kenny Lee, Brian J. Lester, Wendy Leung, Matthew T. Lloyd, Lily L Li, Wing Yan Li, Ming Li, Alexander T. Lill, William P. Livingston, Aditya Locharla, Erik Lucero, Daniel Lundahl, Aaron Lunt, Sid Madhuk, Aniket Maiti, Ashley Maloney, Salvatore MandrÃ, Leigh S. Martin, Orion Martin, Eric Mascot, Paul Masih Das, Dmitri Maslov, Melvin Mathews, Cameron Maxfield, Jarrod R. McClean, Matt McEwen, Seneca Meeks, Anthony Megrant, Kevin C. Miao, Reza Molavi, Sebastian Molina, Shirin Montazeri, Charles Neill, Michael Newman, Anthony Nguyen, Murray Nguyen, Chia-Hung Ni, Murphy Yuezhen Niu, Nicholas Noll, Logan Oas, William D. Oliver, Raymond Orosco, Kristoffer Ottosson, Alice Pagano, Sherman Peek, David Peterson, Alex Pizzuto, Rebecca Potter, Orion Pritchard, Michael Qian, Chris Quintana, Arpit Ranadive, Ganesh Ramachandran, Matthew J. Reagor, Rachel Resnick, David M. Rhodes, Daniel Riley, Gabrielle Roberts, Roberto Rodriguez, Emma Ropes, Eliott Rosenberg, Emma Rosenfeld, Dario Rosenstock, Elizabeth Rossi, David A. Rower, Robert Salazar, Kannan Sankaragomathi, Murat Can Sarihan, Kevin J. Satzinger, Sebastian Schroeder, Henry F. Schurkus, Aria Shahingohar, Michael J. Shearn, Aaron Shorter, Vladimir Shvarts, Volodymyr Sivak, Spencer Small, W. Clarke Smith, David A. Sobel, Barrett Spells, Sofia Springer, George Sterling, Jordan Suchard, Alexander Sztein, Madeline Taylor, Jothi Priyanka Thiruraman, Douglas Thor, Dogan Timucin, Eifu Tomita, Alfredo Torres, M. Mert Torunbalci, Hao Tran, Abeer Vaishnav, Justin Vargas, Sergey Vdovichev, Benjamin Villalonga, Catherine Vollgraff Heidweiller, Meghan Voorhees, Steven Waltman, Jonathan Waltz, Shannon X. Wang, Danni Wang, Brayden Ware, James D. Watson, Yonghua Wei, Travis Weidel, Theodore White, Kristi Wong, Bryan W. K. Woo, Christopher J. Wood, Maddy Woodson, Cheng Xing, Z. Jamie Yao, Ping Yeh, Bicheng Ying, Juhwan Yoo, Noureldin Yosri, Elliot Young, Grayson Young, Adam Zalcman, Ran Zhang, Yaxing Zhang, Ningfeng Zhu, Nicholas Zobrist, Zhenjie Zou, Sergio Boixo, Hartmut Neven, Vadim Smelyanskiy, Guifre Vidal, Erich Mueller, Trond Andersen, Lev Ioffe, Andre Petukhov, Mohammad Hafezi, Pedram Roushan

मूल पेपर CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) के तहत लाइसेंस किया गया है। ✨ नीचे दिए गए पेपर की यह व्याख्या AI से तैयार की गई है। इसे लेखकों ने न तो लिखा है, न इसका समर्थन किया है। तकनीकी सटीकता के लिए मूल पेपर देखें। पूरा डिस्क्लेमर पढ़ें

मुख्य विचार: अराजकता कभी-कभी व्यवस्था भी बना सकती है

आमतौर पर, जब आप बहुत सारी चीजों को एक अव्यवस्थित वातावरण में फेंकते हैं, तो वे सुचारू रूप से चलना बंद कर देती हैं। एक भीड़ के बारे में सोचें जो एक गलियारे से गुजरने की कोशिश कर रही है। यदि गलियारा खाली है, तो वे पानी की तरह बहते हैं। लेकिन यदि आप हर जगह यादृच्छिक फर्नीचर, कचरा और बाधाएं बिखेर देते हैं (अव्यवस्था), तो लोग फंस जाते हैं, चीजों से टकराते हैं, और प्रवाह रुक जाता है। भौतिकी में, इसे "लोकलाइजेशन" (localization) कहा जाता है, और यह आमतौर पर सुपरफ्लुइडिटी (बिना घर्षण के कणों के बहने की क्षमता) को खत्म कर देता है।

आश्चर्य: यह शोध पत्र दिखाता है कि बहुत विशिष्ट परिस्थितियों में, अधिक अव्यवस्था जोड़ने से कण वास्तव में फिर से बेहतर तरीके से बह सकते हैं। यह ऐसा है जैसे आपको यह पता चल जाए कि यदि आप गलियारे में पर्याप्त यादृच्छिक फर्नीचर फेंकते हैं, तो लोग अनजाने में एक गुप्त, अनुनाद पथ (resonant path) खोज लेते हैं जो उन्हें अराजकता के बीच एक साथ नृत्य करने देता है।

सेटअप: एक डिजिटल खेल का मैदान

शोधकर्ताओं ने वास्तविक परमाणुओं या ठंडी गैसों का उपयोग नहीं किया। इसके बजाय, उन्होंने एक गूगल क्वांटम एआई प्रोसेसर (Google Quantum AI processor) का उपयोग किया।

  • खिलाड़ी: उन्होंने "ट्रांसमोन" (transmons) नामक छोटे सर्किट का उपयोग किया जो कृत्रिम परमाणुओं की तरह कार्य करते हैं।
  • नियम: उन्होंने इन सर्किटों को बोज़-हबार्ड मॉडल (Bose-Hubbard model) के नियमों का पालन करने के लिए प्रोग्राम किया। बक्सों (साइट्स) के एक ग्रिड की कल्पना करें। प्रत्येक बॉक्स के अंदर, आपके पास "गेंदों" (कणों) की एक निश्चित संख्या हो सकती है।
    • हॉपिंग (JJ): गेंदें पड़ोसी बक्सों में कूदना चाहती हैं।
    • पुशिंग (UU): गेंदें एक ही बॉक्स में होने को पसंद नहीं करतीं; वे एक-दूसरे को दूर धकेलती हैं।
    • डिसऑर्डर/अव्यवस्था (WW): प्रत्येक बॉक्स में फर्श एक यादृच्छिक कोण पर झुका हुआ है। यह गेंदों के लिए कूदना कठिन बनाता है क्योंकि वे किसी गहरे गड्ढे में फंस सकती हैं या ऊंचे शिखर पर अटक सकती हैं।

प्रयोग: पदार्थ की तीन अवस्थाएँ

शोधकर्ताओं ने यह देखने के लिए कि क्या होता है, "हॉपिंग" और "डिसऑर्डर" के नॉब (knobs) के साथ प्रयोग किया। उन्होंने तीन अलग-अलग अवस्थाएँ पाईं:

  1. मॉट इंसुलेटर (The Frozen Grid - जमा हुआ ग्रिड):

    • उपमा: एक पार्किंग स्थल की कल्पना करें जहाँ प्रत्येक स्थान पर ठीक एक कार है, और कारें जमीन से चिपकी हुई हैं। वे हिल नहीं सकतीं क्योंकि "धकेलने" वाला बल बहुत मजबूत है, और पास से गुजरने के लिए जगह नहीं है।
    • परिणाम: यह एक इंसुलेटर है। कुछ भी नहीं बहता।

  2. सुपरफ्लुइड (The Smooth Flow - सुचारू प्रवाह):

    • उपमा: अब, कल्पना करें कि कारें बर्फ पर हैं। वे स्वतंत्र रूप से एक स्थान से दूसरे स्थान पर फिसल सकती हैं। वे सभी पूर्ण तालमेल में चलते हैं, जैसे कि एक सिंक्रोनाइज्ड स्विमिंग टीम।
    • परिणाम: यह तब होता है जब "हॉपिंग" मजबूत होती है। कण बिना घर्षण के बहते हैं।

  3. बोज़ ग्लास (The Stuck Mess - फंसा हुआ ढेर):

    • उपमा: आप यादृच्छिक बाधाएं (disorder) जोड़ते हैं। कारें गड्ढों में फंस जाती हैं। वे स्वतंत्र रूप से नहीं चल सकतीं, लेकिन वे एक आदर्श ग्रिड में भी जमी हुई नहीं हैं। वे बस एक बिखरी हुई, कांच जैसी अवस्था में फंसी हुई हैं।
    • परिणाम: आमतौर पर, अव्यवस्था जोड़ने से सुपरफ्लुइड एक इस फंसी हुई अवस्था में बदल जाता है।

खोज: डिसऑर्डर-इंड्यूस्ड सुपरफ्लुइडिटी (अव्यवस्था-प्रेरित सुपरफ्लुइडिटी)

यही वह जादुई ट्रिक है जो इस शोध पत्र ने खोजी है।

शोधकर्ताओं ने मॉट इंसुलेटर (जमा हुआ ग्रिड) से शुरुआत की। उन्हें उम्मीद थी कि अव्यवस्था जोड़ने से यह और अधिक फंस जाएगा। इसके बजाय, उन्हें एक "स्वीट स्पॉट" मिला।

  • तंत्र (Mechanism): जब अव्यवस्था (यादृच्छिक झुकाव) बिल्कुल सही होती है—विशेष रूप से, जब झुकाव कणों के बीच के "धकेलने" वाले बल के लगभग बराबर होता है—तो कुछ अजीब होता है।
  • अनुनाद (Resonance): एक सी-सॉ (seesaw) पर दो लोगों की कल्पना करें। यदि एक भारी है और दूसरा हल्का, तो वे संतुलित नहीं होते। लेकिन यदि आप हल्के पक्ष में बिल्कुल सही मात्रा में वजन (अव्यवस्था) जोड़ते हैं, तो वे अचानक पूरी तरह से संतुलित हो जाते हैं।
  • परिणाम: क्वांटम दुनिया में, यह "संतुलन" कणों को विशिष्ट स्थानों के बीच बहुत आसानी से टनल (कूदने) की अनुमति देता है। ये "अनुनाद पॉकेट" (resonant pockets) प्रवाह के छोटे द्वीप बनाते हैं। जब अव्यवस्था पर्याप्त मजबूत होती है, तो ये द्वीप बढ़ते हैं और आपस में जुड़ जाते हैं, जिससे एक अराजक परिदृश्य से एक ग्लोबल सुपरफ्लुइड बन जाता है।

यह ऐसा है जैसे आपने गलियारे में पर्याप्त फर्नीचर फेंक दिया कि लोग दीवारों से टकराना बंद कर देते हैं और अराजकता के बीच एक आदर्श, लयबद्ध पथ खोजने लगते हैं।

उन्होंने इसे कैसे साबित किया

यह साबित करने के लिए कि यह केवल एक गड़बड़ी नहीं थी, उन्होंने तीन अलग-अलग "परीक्षणों" का उपयोग किया:

  1. द स्क्वीज़ टेस्ट (संपीड्यता - Compressibility):

    • उन्होंने कणों पर दबाव बदलकर सिस्टम को दबाने की कोशिश की।
    • एक "ग्लासी" अवस्था (फंसी हुई अवस्था) में, सिस्टम याद रखता है कि इसे कैसे तैयार किया गया था। यदि आप इसे एक तरफ से दबाते हैं, तो यह दूसरी तरफ से दबाने की तुलना में अलग तरह से व्यवहार करता है। इस "स्मृति" ने साबित किया कि सिस्टम एक साधारण तरल की तरह नहीं, बल्कि एक ग्लास की तरह व्यवहार कर रहा था।

  2. द वेव टेस्ट (कंडेंसेट फ्रैक्शन - Condensate Fraction):

    • उन्होंने जांचा कि क्या कण एक तरंग की तरह तालमेल में चल रहे हैं।
    • उन्होंने पाया कि अव्यवस्था के बावजूद, कणों का एक बड़ा समूह एक एकल, समन्वित लहर में एक साथ चल रहा था। यह एक सुपरफ्लुइड की पहचान है।

  3. द साउंड टेस्ट (फोनोन - Phonons):

    • सुपरफ्लुइड्स में एक विशेष ध्वनि तरंग होती है जो उनके माध्यम से यात्रा करती है (जैसे तालाब में लहर)।
    • उन्होंने सिस्टम को "हिलाया" और इस ध्वनि को सुना। उन्होंने अव्योषित सिस्टम के माध्यम से यात्रा करने वाली एक स्पष्ट, रैखिक ध्वनि तरंग पाई। इसने साबित किया कि कण केवल अपनी जगह पर कंपन नहीं कर रहे हैं, बल्कि स्वतंत्र रूप से बह रहे हैं।

निष्कर्ष

यह शोध पत्र पहला मजबूत प्रयोगात्मक प्रमाण प्रदान करता है कि अव्यवस्था वास्तव में मल्टी-लेवल सिस्टम में सुपरफ्लुइडिटी पैदा कर सकती है।

  • मुख्य निष्कर्ष: जबकि अव्यवस्था आमतौर पर चीजों को रुकने पर मजबूर करती है, यदि आपके पास पर्याप्त "लेवल" (जैसे कि किसी कण के लिए तीसरी जगह का विकल्प होना) हैं, तो अव्यवस्था "अनुनाद सुरंगें" (resonant tunnels) बना सकती है। ये सुरंगें कणों को अराजकता से बचने और फिर से एक साथ बहने की अनुमति देती हैं।

यह खोज हमें समझने में मदद करती है कि पतली सुपरकंडक्टिंग फिल्मों या ग्रेन्युलर मेटल्स जैसे पदार्थ कैसे व्यवहार करते हैं जब वे अस्त-व्यस्त या अपूर्ण होते हैं, यह दिखाते हुए कि "अव्यवस्थित" होने का मतलब हमेशा "टूटा हुआ" होना नहीं होता है।

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