শব্দকে লাফাতে দেখা গেল, একবারে একটি কোয়ান্টাম
গিটারের একটি তারে টোকা দিলে শব্দ মসৃণভাবে মিলিয়ে যায়। কোয়ান্টাম বলবিদ্যা অবশ্য পূর্বাভাস দেয় যে যেকোনো কম্পমান বস্তুর শক্তি আসে আলাদা আলাদা প্যাকেটে — ফোনন, অর্থাৎ শব্দের কোয়ান্টা। মুশকিল হলো, বস্তুটির নড়াচড়া দেখে এগুলো দেখা যায় না। অবস্থানের পরিমাপ সব সময় শুধু একটি মসৃণ সূচকীয় ক্ষয় দেখায়, ঠিক একটি চিরায়ত দোলকের মতো।
প্যাকেটগুলো উন্মোচন করতে হলে শক্তিটাকেই মাপতে হবে, এবং তা বিঘ্নিত না করে: একে বলে কোয়ান্টাম নন-ডিমোলিশন পরিমাপ। শক্তিস্তরের মধ্যে এমন লাফ প্রথম দেখা গিয়েছিল একক আটকে রাখা আয়নে, তারপর গহ্বরে আটকে রাখা আলোর কণায়। আমির সাফাভি-নাইনির নেতৃত্বে স্ট্যানফোর্ড বিশ্ববিদ্যালয় ও SLAC-এর একটি দল এখন একটি কম্পমান বস্তুর ক্ষেত্রে তা করে দেখিয়েছে।
একটি কিউবিটের ওপর ভাসমান ক্রিস্টাল
কম্পমান বস্তুটি হলো লিথিয়াম নায়োবেটের একটি ক্ষুদ্র খণ্ড, এমন একটি ক্রিস্টাল যা কম্পনকে ভোল্টেজে রূপান্তর করে। এটি বসে আছে নকশা-কাটা একটি বিমের মাঝখানে, যার পর্যাবৃত্ত ছিদ্রগুলো শাব্দিক আয়নার কাজ করে এবং কম্পনকে ভেতরে আটকে রাখে। এর কার্যকর ভর প্রায় ০.২ পিকোগ্রাম — এক গ্রামের এক লক্ষ কোটি ভাগের এক ভাগের পাঁচ ভাগের এক ভাগ।
ডিটেক্টরটি একটি অতিপরিবাহী কিউবিট, কোয়ান্টাম কম্পিউটারে ব্যবহৃত একই ধরনের বর্তনী। দুটি অংশ আলাদাভাবে তৈরি হয়, তারপর একটি নিখুঁত বন্ডিং যন্ত্র ক্রিস্টালটিকে কিউবিটের ওপর ছাপ দিয়ে বসিয়ে দেয়, যাতে খণ্ডটি তার ঠিক ৭৫ ন্যানোমিটার ওপরে ভেসে থাকে।
সংযোগটি এভাবে কাজ করে: খণ্ডের প্রতিটি ফোনন কিউবিটের কম্পাঙ্ককে ৩২৮ কিলোহার্জ সরিয়ে দেয়। একটি ছোট পালস-ক্রমের সময় মিলিয়ে, ফোননের সংখ্যা জোড় হলে কিউবিট একটি অবস্থায় পৌঁছায়, আর বিজোড় হলে অন্যটিতে। যেহেতু বাস্তবে খণ্ডটিতে বড়জোর একটি ফোনন থাকে, ব্যাপারটা একটি সরল প্রশ্নে দাঁড়ায়: শূন্য, না এক? প্রতিটি যাচাইয়ে প্রায় ১২ মাইক্রোসেকেন্ড লাগে।
লাফগুলো
প্রথমে দলটি একটি একক ফোনন চিনতে শেখে। একটি একক যাচাই মাত্র প্রায় ৬৮% ক্ষেত্রে সঠিক হয়, তাই তাঁরা এটি বারবার করেন: পরপর ছয়বার “একটি ফোনন” উত্তর পাওয়ার পর ৮৫% সম্ভাবনায় খণ্ডটিতে ঠিক একটি ফোনন থাকে।
তারপর তাঁরা জিজ্ঞেস করেই চললেন — পরপর ২৯৪ বার। কাঁচা উত্তরগুলো খালি চোখেই তা দেখায়: বেশির ভাগ “এক”-এর একটি দীর্ঘ পর্ব, তারপর হঠাৎ বেশির ভাগ “শূন্য”-তে বদল। খণ্ডটি তার শক্তি ধীরে ধীরে চুইয়ে হারায়নি; সে তার একমাত্র ফোননটি হারিয়েছে একটি লাফে, একটি দৈব মুহূর্তে, যা এক রান থেকে আরেক রানে ভিন্ন। এই লাফগুলোর সময় একটি সূচকীয় নিয়ম মেনে চলে, যা একটি স্বতঃস্ফূর্ত, স্মৃতিহীন প্রক্রিয়ার চিহ্ন।
যে সংখ্যাগুলো এটি সম্ভব করে
- এই খণ্ডে একটি ফোনন ২.১ মিলিসেকেন্ড টেকে, যাকে লেখকেরা গিগাহার্জ কম্পাঙ্কে এ ধরনের অনুনাদকের জন্য ব্যতিক্রমী রকম দীর্ঘ বলেন। তাঁরা এর কৃতিত্ব দেন দুটি সিদ্ধান্তকে: কোনো ধাতু অনুনাদকটিকে স্পর্শ করে না, আর এটিকে খোদাই করতে ব্যবহৃত আয়ন-রশ্মি কখনো এর ওপরের পৃষ্ঠে পড়ে না।
- এতে একটি ফোননের আয়ুষ্কালের মধ্যে প্রায় ১৭০টি যাচাইয়ের জায়গা থাকে।
- প্রতিটি যাচাই প্রায় ৯৯% ক্ষেত্রে ফোননটিকে অক্ষত রাখে। এই সামান্য বিঘ্ন পর্যবেক্ষণের সময় ফোননের আয়ু কমিয়ে প্রায় ০.৬৫ মিলিসেকেন্ডে নামিয়ে আনে।
- সম্মিলিত মান-সূচক, যাকে বলে কোঅপারেটিভিটি, ৩০ লক্ষ ছাড়িয়ে যায়, যাকে লেখকেরা অন্যান্য কোয়ান্টাম শাব্দিক প্ল্যাটফর্মের চেয়ে দশ গুণ ভালো বলে বর্ণনা করেন।
শব্দ দিয়ে তৈরি কোয়ান্টাম বিটের দিকে
লেখকদের পরের পদক্ষেপ একটি “ডুয়াল-রেল” কোয়ান্টাম বিট, যা একটি কিউবিট ভাগাভাগি করা দুটি যান্ত্রিক অনুনাদক দিয়ে তৈরি, যেখানে একটি ফোনন হারানো একটি শনাক্তযোগ্য ত্রুটিতে পরিণত হয়। তাঁদের ছাপ-কৌশল একই চিপে একাধিক অনুনাদক রাখার সুযোগ দেয়। তাঁরা সেন্সরের দিকেও ইঙ্গিত করেন: এত হালকা, এত দীর্ঘ সময় কম্পমান একটি বস্তুই একটি একক অণু ওজন করতে দরকার।
আপাতত পরিমাপের সীমাবদ্ধতা রয়ে গেছে: একটি একক যাচাই নিখুঁত হওয়া থেকে অনেক দূরে, আর এটি শূন্য ফোননকে দুটি থেকে আলাদা করতে পারে না। দুজন লেখক Amazon Scholar, আর Amazon Web Services এই কাজের অর্থায়নে সাহায্য করেছে।
কোয়ান্টাম লাফ এখন দেখা গেছে পরমাণুতে, আলোতে, আর এই পরীক্ষার মাধ্যমে, শব্দে।