اکو سپرکنڈکٹنگ بھنور دا بنیا اک میموری بِٹ

1961 وچ، لینڈاؤر (Landauer) نے جانکاری نوں گرمی نال جوڑیا: میموری دا اک بِٹ نہ مُڑن والے طریقے نال مٹاؤنا گھٹو گھٹ اک خاص مقدار دی گرمی، k_B T ln 2، چھڈے گا، جتھے T تاپ اے تے k_B بولٹزمان دا مستقل (Boltzmann’s constant)، فزکس دا اک پکا عدد: ایہہ قیمت صرف تاپ اُتے منحصر اے۔ ایس حد دے نیڑے پہلاں وی اپڑیا گیا اے: آپٹیکل چِمٹیاں (optical tweezers) نال ہلائے گئے خوردبینی منکیاں نال، وڈے سپرکنڈکٹنگ سرکٹاں نال تے اکلے مالیکیول والے مقناطیساں نال۔

اک بِٹ کسے سپرکنڈکٹنگ ورٹیکس (superconducting vortex) دی تھاں وچ وی سانبھیا جا سکدا اے — سپرکنڈکٹر اندر اک نِکا جیہا بھنور جیہنوں مقناطیسی سوئی (probe) مقناطیسی میدان دے اک بہت نِکے دھبے وانگ ویکھدی اے۔ اجیہے بِٹ بہت کفایتی میموریاں دے امیدوار نیں جو اوس ڈونگھی ٹھنڈ وچ کم کر سکن جتھے اج دے کوانٹم کمپیوٹر چلدے نیں۔ پر اک ورٹیکس نوں چند نینو میٹر ہلاؤن اُتے کِنی توانائی لگدی اے؟ پہلاں دے تجربیاں نے اکلے ورٹیکساں نوں توانائی گنواؤندیاں ویکھیا سی پر کدی ایہدا انکڑا نہیں کڈھیا، تے کوئی وی تھرمامیٹر اینی تھوڑی گرمی پھڑن جِنا حساس نہیں۔

بنا تھرمامیٹر دے اک سرگوشی تولنا

یروشلم دی عبرانی یونیورسٹی (Hebrew University of Jerusalem) دے نوفر فریڈمین (Nofar Fridman)، ہدر سٹائنبرگ (Hadar Steinberg)، یوناتن انہوری (Yonathan Anahory) تے ساتھیاں نے، امریکہ، سوئٹزرلینڈ تے جرمنی دے ساتھیاں نال رل کے، اک ہور رستہ پھڑیا۔ اوہناں نے 55 نینو میٹر موٹی نائیوبیم (niobium) دی تہہ نوں 10 مائیکرو میٹر چوڑی اک پٹی دی شکل دتی تے ایہنوں 4.2 کیلون تیکر ٹھنڈا کیتا۔ اک سکیننگ خوردبین، جیہدی نوک اُتے اک سپرکنڈکٹنگ سینسر لگا سی (اک «SQUID-on-tip»، لگ بھگ 250 نینو میٹر چوڑے چھلے نال)، 300 نینو میٹر اُتے منڈلاؤندی رہی، مقناطیسی میدان دا نقشہ بناؤندی رہی جد تیکر ایہنوں اک اکلا، وکھرا ورٹیکس نہ لبھ گیا۔

فیر اک ڈولدی کرنٹ نے ورٹیکس نوں فیمٹو نیوٹناں (femtonewtons) (اک نیوٹن دے ارب ویں حصے دا دس لکھواں حصہ) وچ گِنیاں جان والیاں طاقتاں نال، 4 توں 100 توں ودھ تیکر، اگے پچھے دھکیا — اَدھے ملی ایمپیئر دی کرنٹ لگ بھگ 65 دیندی اے۔ خوردبین نے لگ بھگ 0.3 نینو میٹر دی حساسیت نال حرکت دا پچھا کیتا۔ کُنجی ویلا اے: حرکت دا اوہ حصہ جو دھکے توں پچھڑدا اے، ہر چکر وچ ورٹیکس اُتے کیتا گیا کم ناپدا اے، تے ایس لئی اوہ توانائی جو ایہہ گنواؤندا اے۔ تاپ پڑھن دی کوئی لوڑ نہیں۔

دو ٹوئے، اک بِٹ

تہہ ٹوئیاں دا اک نقشہ پیش کردی اے جتھے ورٹیکس اٹک جاندا اے («پِننگ»، pinning)۔ اکلے ٹوئے وچ، ورٹیکس اینی تھوڑی توانائی گنواؤندا اے کہ پھڑی نہیں جا سکدی۔ دلچسپ تھاواں دوہرے کھوہ (double wells) نیں: نال نال دو ٹِکن والیاں تھاواں، جیہناں وچکار توانائی دی اک نِکی رکاوٹ اے۔ کھبے یا سجے — ایہو اک بِٹ اے۔ ٹیم نے اجیہیاں تھاواں اک سِدھی کرنٹ نال نقشے نوں ہولی جیہی جھکا کے لبھیاں، تے اک پچھان والے سگنل نال اوہناں دی تصدیق کیتی: جدوں کلا چھڈیا جاندا، ورٹیکس بے ترتیب طور اُتے دو تھاواں وچکار ٹمٹماؤندا سی۔

اک نازک (critical) طاقت توں تھلے، دھکیا ورٹیکس اپنے ٹوئے وچ رہندا اے تے کوئی کم نظر نہیں آؤندا۔ اوس طاقت دے نیڑے، ایہہ کدی کدائیں دوجے پاسے ٹپن لگدا اے، تے کم اچانک اُتے چڑھ جاندا اے۔ ایہدے توں کتے اُتے، ورٹیکس ہر اَدھے چکر وچ رکاوٹ ٹپدا اے تے کم پدھرا ہو جاندا اے۔ دوہرے کھوہ مطابق، ایہہ قیمت بہت بدلدی رہی — اک پورے اگے پچھے چکر لئی لینڈاؤر دی حد دے چار گُنا تیکر تھلے۔

بہت نیویاں رکاوٹاں والے دو دوہرے کھوہاں وچ، اکلی گرمی ای ورٹیکس نوں ٹپاؤندی سی، جدوں ایہنوں دھکیا نہیں جا رہیا سی تے لگ بھگ 7,000 تے 3,000 واری فی سکنٹ۔ اوس ٹمٹماہٹ توں ناپیاں دراں دھکے والی حرکت توں فِٹ کیتیاں دراں نال میل کھاندیاں سن، تے رکاوٹ اُتوں ٹپدے ورٹیکس دے اک کمپیوٹر ماڈل نے ناپاں نوں دوبارہ بنا دتا۔

حد توں تھلے — تے ایہدی اجازت کیوں اے

گھٹ دھکن فریکوئنسیاں اُتے، ہر چکر وچ ناپیا کم لینڈاؤر دی حد توں تھلے ڈِگ گیا۔ لکھاری دسدے نیں کہ کوئی قانون کیوں نہیں ٹٹدا۔ لینڈاؤر دی حد اجیہے بِٹ نوں مٹاؤن بارے اے جیہدی قدر پتہ نہ ہووے: اَدھے ویلے اوہ پہلاں ای نشانے والی حالت وچ ہوندا اے۔ اک پکا اگے پچھے جھولنا وکھری گل اے: ہر دھکا اک چنگی طرحاں پتہ تھاں توں شروع ہوندا اے۔

ایس لئی اوہناں نے اک سچا مٹاؤنا سمولیٹ کیتا: ورٹیکس بے ترتیب طور اُتے کسے وی ٹوئے وچ شروع ہوندا اے، تے نقشہ اک واری، چکر دے چوتھائی حصے وچ، جھکایا جاندا اے، 1,000 دوڑاں دی اوسط کڈھ کے۔ اُچی فریکوئنسی اُتے، ایہدی قیمت پورے اگے پچھے چکر توں چار گُنا گھٹ اے: اک چکر دو چھالاں ماردا اے جتھے مٹاؤنا اک ماردا اے، تے اَدھے ویلے مٹاؤن نوں کسے چھال دی لوڑ ای نہیں ہوندی۔ گھٹ فریکوئنسی اُتے، سچا مٹاؤنا حد توں اُتے رہندا اے، جیویں لینڈاؤر منگدا اے۔ پکا جھولنا ایس لئی تھلے جاندا اے کہ بِٹ سیٹ ہون ویلے گرمی دی شکل وچ نکلی بے ترتیبی (اینٹروپی، entropy) ورٹیکس مڑ واپس لے لیندا اے جدوں گرمی ایہنوں فیر رلا ملا دیندی اے — اک لین دین جیہدا لکھاری اوس طرحاں نال مقابلہ کردے نیں جیویں کوئی گیس پھیلدیاں ٹھنڈی ہو جاندی اے۔ پر جیہڑا ورٹیکس اپنے آپ اینی واری ٹپدا اے، اوہ اُنج وی کوئی بِٹ نہیں سانبھ سکدا۔

کسے ورتن جوگ بِٹ لئی تت، اوہناں دی سمولیشن مطابق: 150 کلو ہرٹز اُتے، جو آلے دی سب توں تیز دھکن رفتار سی، لگ بھگ لینڈاؤر دی حد دا پنج گُنا — اک اجیہی فریکوئنسی جیہدے اُتے اوہو دوہرا کھوہ گھٹ فریکوئنسی نالوں ہر چکر وچ ودھ قیمت لیندا اے۔

ایہہ کِنا تیز جا سکدا اے؟

کھوجیاں دا اندازہ اے کہ اک ورٹیکس نوں ٹویا بدلن وچ لگ بھگ 4 نینو سکنٹ لگدے نیں، جو فی سکنٹ 250 ملین کماں لئی کافی اے، لینڈاؤر دی حد دے لگ بھگ دس گُنا دی قیمت اُتے۔ ہور مادے تے گھڑیاں ہوئیاں اٹکاؤ دیاں تھاواں ہور وی تیز جا سکدیاں نیں۔ اوہ ورٹیکس بِٹاں نوں کوانٹم پروسیسراں دے عین نال پئی کلاسیکی میموری وانگ ویکھدے نیں، تے ہور اگے، ورٹیکساں نوں اِدھر اُدھر ہلاؤن اُتے ٹِکیاں کوانٹم کمپیوٹنگ سکیماں لئی اک اوزار وانگ۔

اک قدم باقی اے: اوہناں دا ناپ اک پکے جھولن اُتے ٹِکیا اے، ایس لئی ایہہ اجے کسے اکلے، سچے مٹاؤن دی قیمت سِدھی نہیں ناپ سکدا — اوہ انکڑا اجے وی سمولیشن اُتے ٹِکیا اے۔