நீ என்ன! துகளா? அலையா? | குவாண்டம் கணிமை – 3
ஹைசன்பர்க்(Heisenberg) வகுத்துக் கொடுத்த விதியானது என்னதான் ஒரே நேரத்தில் இயக்கத்தில் இருக்கும் ஒரு பொருளின் முடுக்கம் மற்றும் இருப்பிடத்தை சரியாக கணிக்க முடியாது என சொன்னாலும், குவாண்டம் உலகத்தை அடுத்த நிலைக்கு எடுத்துச் செல்வதற்கு இது மட்டும் போதுமானதாக இருந்திருக்கவில்லை.
Scientist Werner Heisenberg
இந்த இடத்தில்தான் எலக்ட்ரான்கள் பற்றிய முக்கியமான ஆராய்ச்சிகள் தேவையாக தொடங்கின. ஆரம்பத்தில் எலக்ட்ரான்கள் எனும் பெயரை யாரும் பயன்படுத்தவே இல்லை. கேத்தோடு கதிர்கள் என்று தான் எலக்ட்ரான்கள் ஆரம்பத்தில் அறியப்பட்டன. கேத்தோடு பரிசோதனைகளின் போது நேர்மின்முனையை நோக்கி வேகமாக பயணிக்க கூடிய கதிர்கள் காத்தோடு கதிர்கள் என அறியப்பட்டு வந்தது.
ஜே ஜே தாம்சன்(J J Thomson) தான் அணுவில் எலக்ட்ரான்களும் இருப்பதை கண்டு உணர்ந்தார். உண்மையில், எல்லா இடத்திலும் எலக்ட்ரான்கள் இருக்கிறது. அணுவை விடவும் ஒப்பீட்டு அளவில் மிக மிகச் சிறிய துகள்தான் எலக்ட்ரான். இந்த அணுவானது தன்னுடைய புரோட்டான்களின் எண்ணிக்கைக்கு சமமான அளவில் எலக்ட்ரான்களை கொண்டிருந்தால் அந்த அணு மின்சுமையற்ற அணு என அறியப்படுகிறது.
Scientist J J Thomson
ஆனால், நாம் பள்ளிகளில் படித்தது போலவே அணுவின் பண்புக்கு ஏற்ப அவை எலக்ட்ரான்களை பெறுவதும் விடுவதுமாக வேதிவினைகளில் ஈடுபட்டுக் கொண்டுதான் இருக்கும். ஆனால், உண்மையில் எலக்ட்ரான்களுக்கும் ஒளிக்கும் ஒரு சம்பந்தம் இருக்கிறது. ஆரம்பத்தில் எப்படி ஒலி அலைகள் பயணிக்கிறதோ! வானொலி அலைகள் பயணிக்கிறதோ அதுபோல கண்ணால் பார்க்கக்கூடிய ஒளியும் அலை வடிவத்தில் மட்டுமே இருப்பதாக நம்பினார்கள்.
ஆனால்,மேக்ஸ் பிளாங்க்(Max plank) வந்ததுக்கு பிறகு தான், போட்டான்கள் எனும் துகளை கண்டுபிடித்தார். ஆனால் அதை இயற்பியல் உலகம் எளிமையாக ஏற்றுக் கொள்ளவில்லை. ஒளியானது அலையாகத்தான் பயணம் செய்கிறது. இதை Double slit experiment, டேவிசன் ஜெர்மர் பரிசோதனைகள் மற்றும் ஐன்ஸ்டீன்(Einstein) வகுத்துக் கொடுத்த ஒளிமின் விளைவு ( photo electric effect) என வேறு வேறு பரிசோதனைகளின் மூலம் சோதித்துப் பார்த்தார்கள். முடிவில் தெரிய வந்தது கொஞ்சம் குதர்க்கமானது தான். இயற்பியல் உலகம் தர்க்கவாதம் நிறைந்தது என்பது நாம் அறிந்தது தான்.
2015 ஆம் ஆண்டு EPFL விஞ்ஞானிகள் உயர் தொழில்நுட்பத்தை பயன்படுத்தி ஒளியின் அலை வடிவம் மற்றும் போட்டான்களின் அமைப்பு ஆகிய இரண்டையும் ஒரே படமாக காட்சிப்படுத்தினர்.
ஒரு பரிசோதனையில் நாம் கண்ணால் பார்க்கும் ஒளியானது அலை என்றும், மற்றொரு பரிசோதனையில் நம் கண்ணால் பார்ப்பது ஒரு துகள் என்றும் முடிவு வந்திருக்கிறது. இதை எப்படி ஏற்றுக் கொள்ள முடியும். ஒரே பொருள் இரண்டு நிலைகளில் இருப்பது சாத்தியமே இல்லாத ஒன்று. ஆனால் ஒளியின் கதை அதுதான். ஒளி ஆனது அலை போல பயணிக்கிறது. ஆனால் அது உண்மையில் போட்டான் எனும் ஒரு துகள். நீங்கள் விண்வெளியில் பார்க்கக்கூடிய நட்சத்திரங்கள் மின்னுகிறது அல்லவா? அந்த ஒளிக்கற்றைகள் அனைத்தும் நீங்கள் கற்பனை செய்து பார்க்க முடியாத பில்லியன் வருடங்களுக்கு முன்பு அந்த நட்சத்திரங்களில் இருந்து வெளிவிடப்பட்ட போட்டான் துகள்கள்தான். அவை வினாடிக்கு மூன்று லட்சம் கிலோமீட்டர் எனும் சராசரி வேகத்தில் பயணித்து நம் கண்களை வந்து அடைகிறது.
கொஞ்சம் சீக்கிரமாக வரக்கூடிய ஒளி எது என்று கேட்டால், சூரியன் உமிழக்கூடிய போட்டான்கள் நம் கண்களை வந்தடைய சுமார் 500 வினாடிகள் எடுத்துக் கொள்கிறது. இதே போல 500 மில்லியன் வருடங்கள் எடுத்துக் கொள்ளக்கூடிய போட்டான் துகள்களும் இருக்கத்தான் செய்கிறது. ஒளியின் இந்த இரு வேறுபட்ட பண்புக்கு Dual nature of light என்று பெயர். இயற்பியல் புத்தகங்களில் மிகவும் ஆர்வமாக படித்து கற்றுக் கொள்வதற்கு இந்த தலைப்பும் சிறந்த தேர்வாக இருக்கும்.
இப்படி ஒளி வருவதற்கும் ஒரு குவாண்டம் கணினிக்கும் என்ன சம்பந்தம் இருக்க முடியும். குவாண்டம் கணினிகள் ஒரே நேரத்தில் இரண்டு வேலைகளை பகுத்து ஆய்வு செய்யக்கூடிய வல்லமை கொண்டது. எப்படி ஒளியானது ஒரே நேரத்தில் துகளாகவும் அலையாகவும் பயணிக்கிறதோ அதே போல குவாண்டம் கணினியால் இருக்கக்கூடிய அனைத்து வாய்ப்புகளையும் ஒரே நேரத்தில் சரி பார்த்து வெளியீடுகளை வழங்க முடியும். இவை நேரடியாக இரு வேறு வாய்ப்புகளை பரிசோதித்து இயங்குகிறது. இதை குவாண்டம் கணினிகளில் சூப்பர் பொசிஷன் என அழைக்கிறார்கள் என முன்பே பார்த்திருந்தோம்.
இப்படி இயங்குவதன் மூலம் குவாண்டம் கணினிகள் குறைவான வினாடி பொழுதில் மின்னல் வேக கணக்கீடுகளை செய்து முடிக்கும். ஆனால், இயற்பியல் புத்தகங்களில் இருந்த ஒரு விதியை, சோதனை அடிப்படையில் இருந்த இந்த கருத்துக்களை எப்படி ஒரு கணினி சில்லு தட்டுக்குள் அடைத்தார்கள்? அடுத்த கட்டுரையில் குவாண்டம் விதியிலிருந்து இருக்கின்ற சில சிக்கல்கள் பற்றி பார்ப்போம்.
கட்டுரையாளர்:
ஸ்ரீ காளீஸ்வரர் செ,
அறிவியல் எழுத்தாளர்,
முதுகலை இயற்பியல் மாணவர்,
ஸ்காட் கிருத்தவ கல்லூரி.
நாகர்கோவில்.
#quantumComputing