इलेक्ट्रॉन मूवमेंट कैप्चर ट्रेडिशनल और क्वांटम कंप्यूटिंग को अधिकतम करने में मदद करता है

मिशिगन विश्वविद्यालय और रेजेन्सबर्ग विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं की एक टीम ने इलेक्ट्रॉन मूवमेंट को सबसे तेज़ गति से कैप्चर किया है। टीम ने इसे अटोसेकंड में कैप्चर किया, और यह नई खोज पारंपरिक या क्वांटम कंप्यूटिंग की गति को अधिकतम करने में मदद कर सकती है। यह शोध ठोस में इलेक्ट्रॉन के व्यवहार के बारे में नई जानकारी प्रदान करता है।

अध्ययन नेचर में प्रकाशित किया गया था।

प्रोसेसिंग स्पीड बढ़ाना

इन छोटे इंक्रीमेंट्स में इलेक्ट्रॉन को देखकर, जो एक क्विंटिलियनवें हिस्से में एक सेकंड है, विशेषज्ञ प्रोसेसिंग स्पीड को वर्तमान क्षमताओं की तुलना में एक अरब गुना तेजी से बढ़ा सकते हैं।

मैकिलो किरा, जिन्होंने अध्ययन के सैद्धांतिक पहलुओं का नेतृत्व किया, मिशिगन विश्वविद्यालय के इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग और कंप्यूटर साइंस के प्रोफेसर हैं।

“आपके वर्तमान कंप्यूटर का प्रोसेसर गीगाहर्ट्ज में काम करता है, जो एक अरबवें हिस्से में एक सेकंड है,” किरा ने कहा। “क्वांटम कंप्यूटिंग में, यह बहुत धीमा है क्योंकि कंप्यूटर चिप में इलेक्ट्रॉन एक सेकंड में लाखों बार टकराते हैं और प्रत्येक टकराव क्वांटम कंप्यूटिंग चक्र को समाप्त कर देता है।”

“हमें आगे बढ़ने के लिए, हमें इलेक्ट्रॉन मूवमेंट के स्नैपशॉट की आवश्यकता थी जो एक अरब गुना तेजी से हो। और अब हमारे पास यह है।”

रूपर्ट हüber, जो रेजेन्सबर्ग विश्वविद्यालय के भौतिकी के प्रोफेसर हैं और अध्ययन के सह-लेखक हैं, के अनुसार परिणाम कई-शरीर भौतिकी के क्षेत्र पर बहुत अधिक प्रभाव डाल सकते हैं, कंप्यूटिंग से भी अधिक।

हüber ने अध्ययन का नेतृत्व किया।

“बहुत-सारे इंटरैक्शन ठोस के सबसे प्रतिष्ठित गुणों के पीछे सूक्ष्म ड्राइविंग बल हैं – जो ऑप्टिकल और इलेक्ट्रॉनिक कारनामों से लेकर आकर्षक चरण संक्रमण तक हैं – लेकिन वे बहुत मुश्किल से पहुंच योग्य रहे हैं,” हüber ने कहा। “हमारा ठोस-राज्य अटोक्लॉक वास्तव में एक गेम चेंजर बन सकता है, जो हमें नए क्वांटम सामग्री को अधिक सटीक रूप से डिज़ाइन करने और भविष्य की क्वांटम जानकारी प्रौद्योगिकी के लिए नए सामग्री प्लेटफ़ॉर्म विकसित करने में मदद कर सकता है।”

इलेक्ट्रॉन मूवमेंट का अवलोकन

शोधकर्ताओं ने पारंपरिक रूप से दो-आयामी क्वांटम सामग्री में इलेक्ट्रॉन मूवमेंट देखने के लिए अत्यधिक पराबैंगनी (एक्सयूवी) प्रकाश के छोटे बुर्स्ट्स पर भरोसा किया है। एक्सयूवी बुर्स्ट एक परमाणु के नाभिक से जुड़े इलेक्ट्रॉन की गतिविधि को प्रकट करते हैं। हालांकि, बुर्स्ट में ले जाने वाली बड़ी मात्रा में ऊर्जा सेमीकंडक्टर के माध्यम से यात्रा करने वाले इलेक्ट्रॉनों के स्पष्ट अवलोकन को मुश्किल बना देती है, जो वर्तमान कंप्यूटर और क्वांटम कंप्यूटिंग के लिए अन्वेषण की जा रही सामग्री का मामला है।

इन चुनौतियों को पार करने के लिए, टीम ने पहले दो लाइट पल्स का उपयोग किया जिनकी ऊर्जा सेमीकंडक्टर इलेक्ट्रॉनों के साथ मेल खाती थी। पहली पल्स इन्फ्रारेड लाइट थी, जो इलेक्ट्रॉनों को सामग्री के माध्यम से यात्रा करने में सक्षम बनाने की स्थिति में रखती थी। दूसरी पल्स एक कम-ऊर्जा टेराहर्ट्ज पल्स थी, जो इलेक्ट्रॉनों को नियंत्रित हेड-ऑन कोलिजन ट्रेजेक्टरी में मजबूर करती थी। जब इलेक्ट्रॉन टकराते हैं, तो वे प्रकाश के बुर्स्ट उत्पन्न करते हैं, जो क्वांटम जानकारी और विदेशी क्वांटम सामग्री के पीछे के इंटरैक्शन को प्रकट करता है।

“हमने दो पल्स का उपयोग किया – एक जो इलेक्ट्रॉन की स्थिति के साथ ऊर्जात्मक रूप से मेल खाता था, और फिर एक दूसरा पल्स जो स्थिति को बदल देता था,” किरा ने समझाया। “हम वास्तव में देख सकते हैं कि ये दो पल्स इलेक्ट्रॉन की क्वांटम स्थिति को कैसे बदलते हैं और फिर इसे समय के कार्य के रूप में व्यक्त कर सकते हैं।”

यह नई क्रम समय के साथ उच्च सटीकता के साथ माप करने में सक्षम बनाता है।

“यह वास्तव में अद्वितीय है और हमें कई वर्षों के विकास में लगा,” हüber ने कहा। “यह बहुत अप्रत्याशित है कि इतनी उच्च-सटीक माप संभव है, यदि आप एक प्रकाश के एकल ऑसिलेशन चक्र की अविश्वसनीय रूप से छोटी अवधि को याद रखते हैं – और हमारा समय संकल्प एक सौ गुना तेजी से है।”

क्वांटम कंप्यूटिंग पारंपरिक कंप्यूटिंग के लिए बहुत जटिल समस्याओं का समाधान कर सकती है, और क्वांटम क्षमताओं में प्रगति कई समाधानों को जन्म दे सकती है।

मार्कस बोर्स्च मिशिगन विश्वविद्यालय में इलेक्ट्रिकल और कंप्यूटर इंजीनियरिंग में एक पीएचडी छात्र हैं और अध्ययन के सह-लेखक हैं।

“अब तक किसी ने भी एक स्केलेबल और फॉल्ट-टोलरेंट क्वांटम कंप्यूटर नहीं बनाया है और हमें यह भी नहीं पता कि यह कैसा दिखेगा,” बोर्स्च ने कहा। “लेकिन ठोस में इलेक्ट्रॉनिक मूवमेंट का अध्ययन करने जैसी बुनियादी अनुसंधान हमें एक विचार दे सकता है जो हमें सही दिशा में ले जा सकता है।”