Remote entanglement of massive oscillators via wire-mediated Coulomb interaction
यह शोध पत्र एक चालक तार (conducting wire) का उपयोग करके विशाल आवेशित दोलकों (massive charged oscillators) के बीच कूलम्ब-मध्यस्थता वाले एंटैंगलमेंट (Coulomb-mediated entanglement) की सीमा को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ाने और विस्तारित करने की एक विधि प्रस्तावित करता है, जो अंतःक्रिया स्केलिंग (interaction scaling) को से बदलकर कर देता है, जिससे मुक्त-स्थान क्षमताओं की तुलना में एक क्रम अधिक दूरी पर भी अवलोकन योग्य स्थिर-अवस्था एंटैंगलमेंट (steady-state entanglement) सक्षम होता है।
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एक ऐसी दुनिया की कल्पना करें जहाँ हमारे द्वारा बनाए जा सकने वाले सबसे छोटे, भारी वस्तुएं—जैसे सूक्ष्म ड्रम या नन्हे पेंडुलम—बिना छुए एक-दूसरे से बात कर सकें। यह कोई जादू नहीं है; यह क्वांटम भौतिकी का एक क्षेत्र है, जिसे विशेष रूप से 'ऑप्टोमैकेनिक्स' कहा जाता है। वैज्ञानिक इन "भारी" वस्तुओं (जो परमाणुओं की तुलना में विशाल हैं लेकिन हमारे लिए सूक्ष्म हैं) को क्वांटम कणों की तरह व्यवहार करने के लिए प्रेरित करने की कोशिश कर रहे हैं, जो कि अजीब है क्योंकि क्वांटम नियम आमतौर पर केवल इलेक्ट्रॉन या फोटॉन जैसी चीजों पर लागू होते हैं। यह क्यों मायने रखता है? क्योंकि यदि हम बड़ी चीजों को क्वांटम की तरह व्यवहार करना सिखा सकें, तो हम अंततः ब्रह्मांड के कुछ गहरे रहस्यों, जैसे कि गुरुत्वाकर्षण क्वांटम स्तर पर कैसे काम करता है, का परीक्षण कर सकते हैं। लेकिन एक समस्या है: ये बड़ी वस्तुएं भारी होती हैं, और वे बल जो आमतौर पर क्वांटम चीजों को एक साथ नचाते हैं (जैसे गुरुत्वाकर्षण का खिंचाव या बिजली का धक्का), वे दूरी के साथ अविश्वसनीय रूप से कमजोर हो जाते हैं। यह एक फुटबॉल मैदान दूर खड़े अपने दोस्त की फुसफुसाहट सुनने की कोशिश करने जैसा है जब वहां तूफान चल रहा हो; संकेत आपके पास पहुँचने से पहले ही शोर में खो जाता है।
यहीं पर लोरेन्ज़ो पापा, ओनुर होस्टन और कार्लोस गोंजालेज-बैलेस्टेरो के नेतृत्व वाली भौतिकविदों की एक टीम एक चतुर तरकीब के साथ आती है। वे दो आवेशित (charged), भारी यांत्रिक दोलकों (mechanical oscillators)—सोचिए कि वे छोटे, झूलते हुए वजन हैं—को पहले से कहीं अधिक लंबी दूरी तक एक-दूसरे से "बात" कराने का एक तरीका प्रस्तावित करते हैं। उनका गुप्त हथियार? उनके ठीक बीच में रखी गई एक साधारण, सुचालक तार।
आमतौर पर, दो आवेशित वस्तुओं के बीच विद्युत बल दो वस्तुओं के दूर जाने पर बहुत तेजी से कम हो जाता है। यदि आप दूरी को दोगुना करते हैं, तो बल केवल आधा नहीं होता; यह आठ गुना कमजोर हो जाता है ( स्केलिंग नामक एक नियम)। यह उन्हें कुछ मिलीमीटर दूर होने पर भी क्वांटम रूप से परस्पर क्रिया करने के लिए लगभग असंभव बना देता है। हालाँकि, लेखक सुझाव देते हैं कि यदि आप पास में एक धातु का तार रखते हैं, तो वह तार विद्युत आवेशों के लिए एक दर्पण की तरह कार्य करता है। जब दोलक हिलते हैं, तो वे तार में "इमेज चार्जेस" (प्रतिबिंब आवेश) पैदा करते हैं, जो बदले में दोलकों पर खिंचाव डालते हैं। शोध पत्र दिखाता है कि यह तार खेल के नियमों को बदल देता है। बल के तेजी से कम होने के बजाय, यह बहुत धीरे-धीरे कम होता है, जो एक नए पैटर्न का पालन करता है।
इसे इस तरह सोचें: तार के बिना, दोलक एक विशाल, खाली घाटी में चिल्ला रहे हैं, और उनकी आवाज तुरंत खत्म हो जाती है। तार के साथ, यह ऐसा है जैसे घाटी में एक विशेष ध्वनिक सुरंग (acoustic tunnel) है जो कमरे के पार उनकी फुसफुसाहट को स्पष्ट रूप से ले जाती है। लेखकों ने गणना की कि वास्तविक, मिलीग्राम-स्केल के दोलकों के लिए (जो क्वांटम दुनिया में भारी होते हैं), यह तार उन्हें कई सौ माइक्रोन की दूरी पर "एंटैंगल्ड" (entangled)—एक स्पूकी क्वांटम संबंध जहाँ उनकी गति पूरी तरह से जुड़ी होती है—होने की अनुमति दे सकता है। यह खाली स्थान में संभव दूरी से दस गुना से भी अधिक है।
यह शोध पत्र केवल यह सुझाव नहीं देता कि ऐसा होता है; उन्होंने गणित को सिद्ध किया है कि यह काम करता है। उन्होंने दिखाया कि जबकि यह तार जुड़ाव को बढ़ाता है, यह बहुत अधिक "शोर" या भ्रम (डिकोहेरेंस) पैदा नहीं करता है जो क्वांटम अवस्था को खराब कर दे, विशेष रूप से धीमी गति से चलने वाले दोलकों के लिए। इस एंटैंगलमेंट को बनाए रखने के लिए, उन्होंने इस सेटअप को निरंतर स्थिति माप (continuous position measurement) नामक एक तकनीक के साथ जोड़ा, जो एक निरंतर, कोमल धक्के की तरह काम करता है ताकि सिस्टम को साफ और केंद्रित रखा जा सके। उनके परिणाम बताते हैं कि वर्तमान तकनीक के साथ, हम लगभग 0.1 मिलीमीटर की दूरी पर इस एंटैंगलमेंट को देख सकते हैं, और भविष्य के बेहतर सिस्टम में, हम इस दूरी को लगभग सौ गुना तक बढ़ा सकते हैं। यह केवल एक सैद्धांतिक जिज्ञासा नहीं है; यह मौलिक बलों, जैसे कि बिजली और गुरुत्वाकर्षण, के कैसे मैक्रोस्कोपिक दुनिया में क्वांटम संबंध बना सकते हैं, इसे समझने के द्वार खोलता है, जो संभावित रूप से नई क्वांटम प्रौद्योगिकियों और हमारे ब्रह्मांड के काम करने के तरीके के गहरे परीक्षणों का मार्ग प्रशस्त करता है।
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