Ion trap on borosilicate substrate with integrated femtosecond-laser-written waveguide
यह शोध पत्र एक बोरोसिलिकेट सबस्ट्रेट पर एक स्केलेबल आयन-ट्रैप प्लेटफॉर्म प्रस्तुत करता है जिसमें ऑन-चिप लाइट डिलीवरी के लिए एक एकीकृत फेम्टोसेकंड-लेजर-रिटन वेवगाइड है, जिसे Ca आयनों के साथ एक क्रायोजेनिक सिस्टम में सफलतापूर्वक मान्य किया गया है ताकि 729 nm और 405 nm दोनों पर कोहेरेंट ऑपरेशन्स और लो-लॉस गाइडेंस का प्रदर्शन किया जा सके।
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एक ऐसी दुनिया की कल्पना करें जहाँ कंप्यूटर केवल संख्याओं की गणना नहीं करते, बल्कि उन रहस्यों को सुलझाते हैं जिन्हें सुलझाने में आज के सुपरकंप्यूटरों को दस लाख साल लग सकते हैं। यह क्वांटम कंप्यूटिंग का वादा है, और इन मशीनों को बनाने का सबसे आशाजनक तरीकों में से एक अदृश्य विद्युत क्षेत्रों का उपयोग करके हवा में 'आयन' नामक छोटे, आवेशित परमाणुओं को फँसाना है। इन आयनों को 'क्यूबिट्स' (qubits) के रूप में सोचें, जो इस नए प्रकार के कंप्यूटर के बुनियादी निर्माण खंड हैं। उन्हें काम करने के लिए, वैज्ञानिकों को लेजर प्रकाश की बहुत विशिष्ट किरणों का उपयोग करके उनसे बात करने की आवश्यकता होती है, जैसे कि अंधेरे जंगल में एक अकेले जुगनू पर टॉर्च की रोशनी डालकर उसे यह बताना कि उसे क्या करना है।
हालाँकि, जैसे-जैसे वैज्ञानिक इन हजारों जुगनुओं वाले बड़े क्वांटम कंप्यूटर बनाने की कोशिश करते हैं, एक बड़ी समस्या उत्पन्न होती है: आप प्रत्येक एक पर व्यक्तिगत रूप से लेजर कैसे चमका सकते हैं बिना यह सुनिश्चित किए कि किरणें एक-दूसरे के रास्ते में न आएं? वर्तमान में, वे चिप के ऊपर तैरते विशाल, भारी लेंसों और दर्पणों का उपयोग करते हैं, जो ओवन मिट्स (दस्ताने) पहनकर एक हजार टॉर्चों के साथ करतब दिखाने जैसा है। यह अव्यवस्थपूर्ण है, इसे बढ़ाना कठिन है, और यह हिलने के प्रति संवेदनशील है। लक्ष्य इस पूरे सेटअप को छोटा करना है, यानी इन "टॉर्चों" को सीधे चिप पर ही एकीकृत करना, जिससे एक सुव्यवस्थित, स्थिर प्रणाली बन सके जहाँ प्रकाश मशीन के भीतर ही बनी छोटी सुरंगों के माध्यम से यात्रा करे।
शोधकर्ताओं की एक टीम ने बिल्कुल यही हासिल किया है। उन्होंने बोरोसिलिकेट (वही प्रकार जिसका उपयोग मजबूत रसोई के बर्तनों में किया जाता है) नामक कांच का उपयोग करके आयनों के लिए एक विशेष "ट्रैप" बनाया है और पहली बार, एक अलग कांच के टुकड़े में सीधे एक सूक्ष्म प्रकाश सुरंग, या "वेवगाइड" (waveguide) बनाने में सफलतापूर्वक कामयाब रहे हैं जो सीधे ट्रैप के ऊपर स्थित है। छत से लेजर चमकाने के बजाय, वे प्रकाश को इस कांच की सुरंग के माध्यम से निर्देशित करते हैं ताकि वह ठीक फंसे हुए आयन के बगल में बाहर निकले।
टीम ने इसे केवल बनाया ही नहीं; उन्होंने इसका कड़ाई से परीक्षण भी किया। उन्होंने एक ऐसा सिस्टम बनाया जहाँ वे एक कैल्शियम आयन को फँसा सकते थे, उसे एक ट्रैक पर छोटे संगमरमर की तरह इधर-उधर घुमा सकते थे, और फिर उसे कांच की सुरंग के ठीक सामने रोक सकते थे। जब उन्होंने सुरंग के माध्यम से लेजर प्रकाश भेजा, तो इसने सफलतापूर्वक आयन से टकराया और उसे जटिल क्वांटम "नृत्य" (जिसे राबी ऑसिलेशन कहा जाता है) करने के लिए प्रेरित किया, जिससे सिद्ध हुआ कि प्रकाश वितरण पूरी तरह से काम करता है। उन्होंने यह भी जाँच की कि क्या ट्रैप पर रखे अतिरिक्त कांच के ब्लॉक ने चीजों को बिगाड़ दिया। उन्होंने पाया कि हालांकि कांच ने थोड़ा सा स्थैतिक बिजली (जैसे बालों पर रगड़ा हुआ गुब्बारा) पैदा किया, लेकिन यह अविश्वसनीय रूप से स्थिर था और इसने आयन को गर्म नहीं किया या उसे थरथराहट से परेशान नहीं किया।
शोधकर्ताओं ने यह भी पता लगाया कि सुरंग से आने वाली प्रकाश की किरण के आकार को कैसे ट्यून किया जा सकता है। एक शक्तिशाली लेजर से अपनी सुरंग को लिखकर, वे बीम को चौड़ा या संकरा बना सकते थे, यहाँ तक कि उस आकार तक भी जो नीली रोशनी के लिए काम करता है, जो आयनों को ठंडा करने के लिए महत्वपूर्ण है। उन्होंने पाया कि वे इन प्रकाश सुरंगों को काफी तीखे मोड़ पर भी मोड़ सकते हैं—केवल 6 मिलीमीटर की त्रिज्या वाले वक्र तक—बिना अधिक प्रकाश खोए, जो एक छोटे स्थान में सब कुछ पैक करने के लिए एक बड़ी बात है।
संक्षेप में, यह शोध पत्र भविष्य के क्वांटम कंप्यूटरों के लिए "वायरिंग" बनाने का एक नया, मजबूत तरीका दिखाता है। ऑप्टिकल भाग (प्रकाश सुरंगों) को इलेक्ट्रिकल भाग (ट्रैप इलेक्ट्रोड्स) से अलग करके और उन्हें आपस में जोड़कर, उन्होंने एक ऐसा प्लेटफॉर्म तैयार किया है जो बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए तैयार है और जिसे हजारों आयनों को संभालने के लिए बढ़ाया जा सकता है। यह एक विशाल, स्थिर क्वांटम कंप्यूटर के सपने को वास्तविकता में बदलने की दिशा में एक महत्वपूर्ण कदम है, जो यह सिद्ध करता है कि आप सटीकता, स्थिरता और बिना एक कमरे भर दर्पणों की आवश्यकता के, एक फंसे हुए परमाणु तक प्रकाश पहुँचा सकते हैं।
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