क्वान्टम सुपरपोजिशन के हो? यसले क्वान्टम कम्प्युटिङमा के अर्थ राख्छ, जान्नुहोस्

काठमाडौं ।

गत वैशाख १ गते अर्थात् अप्रिल १४ लाई वर्ल्ड क्वान्टम डे का रुपमा संसारभर क्वान्टम विज्ञानप्रति जनचेतना बढाउन अन्तर्राष्ट्रिय रूपमा मनाइन्छ।

यो मिति, ४/१४, प्लाङ्कको नियताङ्क अर्थात् प्लाङ्क्स कन्स्ट्यान्टका प्रारम्भिक तीन अंक (४.१४) का आधारमा रोजिएको हो। प्लाङ्कको नियताङ्क 4.135667696 x 10⁻¹⁵ इलेक्ट्रोन भोल्ट प्रति हर्ज हो, जसलाई गोलाएर 4.14 x 10⁻¹⁵ बनाइन्छ। यो संख्या क्वान्टम भौतिकशास्त्रमा निकै महत्वपूर्ण मानिन्छ।
क्वान्टम भौतिकशास्त्र यस्तो शाखा हो जसले ब्रह्माण्डका सबैभन्दा साना कणहरू — जस्तै परमाणु, इलेक्ट्रोन, प्रकाशकण (फोटोन), र क्वार्कजस्ता अन्य उप-परमाणविक कणहरूको अध्ययन गर्छ।

हाम्रो दैनन्दिन जीवनमा देखिने वस्तुहरू प्रायः शास्त्रीय भौतिकशास्त्रका नियमहरूअनुसार चल्छन्। तर जब हामी अत्यन्त साना कणहरूको स्तरमा पुग्छौं, त्यहाँ शास्त्रीय नियमहरू पर्याप्त हुँदैनन्, र त्यहाँ क्वान्टम यान्त्रिकीका नियमहरू लागू हुन्छन्।

क्वान्टम भौतिकशास्त्रका केही प्रमुख अवधारणाहरूमा समावेश छन्:

• वेभ-पार्टिकल द्वैधता: इलेक्ट्रोनजस्ता कणहरू तरंगजस्तै व्यवहार गर्न सक्छन्, र उल्टो पनि।
• क्वान्टम इन्ट्याङ्गलमेन्ट: दुई कणहरू एक-अर्कासँग यस्तो तरिकाले गाँसिएका हुन्छन् कि एउटा मापन गर्दा अर्कोको बारेमा पनि तत्काल थाहा पाइन्छ।
• क्वान्टम सुपरपोजिसन: कुनै क्वान्टम कण एकैपटक धेरैवटा अवस्थामा रहन सक्छ — जबसम्म त्यो मापन गरिएको हुँदैन।

क्वान्टम सुपरपोजिसन के हो?

सामान्य जीवनमा कुनै कुरा एकपटकमा एकै अवस्थामा मात्र हुन्छ — जस्तै बत्ती बालिएको वा निभेको, बिरालो बाँचेको वा मरेको। तर क्वान्टम संसारमा त्यस्तो हुँदैन।

क्वान्टम सुपरपोजिसन भन्नाले एउटा क्वान्टम कण (जस्तै इलेक्ट्रोन, फोटोन वा परमाणु) एकैपटक धेरैवटा अवस्थाहरूमा रहन सक्ने अवस्था हो — जबसम्म त्यो कण मापन गरिएको हुँदैन।

यस अवस्थामा त्यो कण बीचको स्थितिमा नभई सबै अवस्थाहरूको संयोजन अर्थात् सुपरपोजिशनमा हुन्छ।

क्वान्टम भौतिकशास्त्रमा, कुनै कणको अवस्था एउटा तरंग समीकरणले वर्णन गर्छ, जसले कण कहाँ हुन सक्छ भन्ने सम्भावनाको अनुमान दिन्छ। यो सम्भाव्यता तरंगले विभिन्न अवस्थाहरूको संयोजनमा रहन सक्छ।

श्रेडिङ्गर्स क्याट के हो?

श्रेडिङ्गर्स क्याट एउटा प्रसिद्ध विचार प्रयोग हो जसले सुपरपोजिसन कसरी काम गर्छ भन्ने देखाउँछ। कल्पना गर्नुहोस् — एउटा बन्द बाकसमा बिरालो छ, जसमा एउटा यस्तो संयन्त्र छ जसले ५०/५० सम्भावनामा बिरालोलाई मार्न सक्छ। यो कुनै क्वान्टम कण स्वतः रेडियोधर्मी रूपान्तरण हुन्छ कि हुँदैन भन्नेमा भर पर्छ।

जबसम्म कोहीले बाकस खोलेर हेर्दैन, बिरालो ‘बाँचेको र मरेको’ दुबै अवस्थाको सुपरपोजिसनमा मानिन्छ। जब कसैले प्रणालीलाई मापन गर्छ वा उक्त अवस्थामा बाकस खोलेर हेर्छ त्यसबेला सुपरपोजिसन एक निश्चित अवस्थामा झर्छ र बिरालोको भाग्य थाहा हुन्छ।

वैज्ञानिकहरूले क्वान्टम सुपरपोजिसनलाई विभिन्न समयमा प्रयोगशालामा प्रमाणित गरेका छन्। यसको एउटा प्रसिद्ध उदाहरण हो डबल-स्लिट प्रयोग। यसमा फोटोनहरू (प्रकाशकणहरू) एउटा दुईवटा प्वाल भएको अवरोधमा प्रक्षेपण गरिन्छ, र त्यसको पछाडि पर्दा राखिन्छ जसले कणहरू कहाँ खस्यो भन्ने रेकर्ड गर्ने लाइभसाइन्सले उल्लेख गरेको छ।

यदि तपाईं एउटा प्वाल मात्र खोल्नुहुन्छ भने पर्दामा एउटा मात्र ब्यान्ड देखिन्छ। तर जब दुवै प्वाल खोलिन्छ, पर्दामा तरंग-जस्तो इन्टरफेरेन्स ढाँचा देखा पर्छ — जसमा धेरैवटा ब्यान्ड हुन्छन्। यसले कणहरूले तरंगझैं व्यवहार गर्छन् भन्ने देखाउँछ।

एक-एक कण पठाउँदा त्यो कण या त एउटा प्वाल वा अर्को प्वालबाट जान्छ भन्ने तपाईंलाई लाग्न सक्छ। तर एकल कण आफैसँगै ठक्कर खाइरहे झैं पर्दामा इन्टरफेरेन्स ढाँचा बिस्तारै बन्न थाल्छ।

यसको अर्थ प्रत्येक कण दुईवटै प्वालबाट एकैपटक जान्छ र त्यसैले यो दुवै सम्भावनाको सुपरपोजिसनमा हुन्छ भन्ने लाग्छ।

तर यदि तपाईं कण कुन प्वालबाट गयो भनेर मापन गर्न खोज्नुहुन्छ भने, सुपरपोजिसन टुट्छ। त्यसबेला कण एउटा निश्चित प्वालबाट गएको देखिन्छ, र इन्टरफेरेन्स ढाँचा गायब भइदिन्छ — पर्दामा केवल दुईवटा ब्यान्ड मात्र देखिन्छन्।

यसका अतिरिक्त वैज्ञानिकहरूले आयनहरू र ठूलो अणुहरूलाई पनि सुपरपोजिसन अवस्थामा राख्न सफल भएका छन्। रुखका पातमा पाइने क्लोरोफिलले पनि सूर्यको प्रकाश राम्रोसँग सोस्न सुपरपोजिसनको प्रयोग गर्छ भन्ने तथ्य पत्ता लागेको छ।

क्वान्टम कम्प्युटिङमा सुपरपोजिसन किन महत्वपूर्ण छ?

क्वान्टम सुपरपोजिसन क्वान्टम कम्प्युटिङमा एक महत्वपूर्ण उपकरण हो, र यही कारणले गर्दा क्वान्टम कम्प्युटरहरू अत्यधिक शक्तिशाली हुन सक्छन्।
लाइभसाइन्सका अनुसार सामान्य कम्प्युटरमा प्रयोग हुने बिट (बाइनरी बिट) एकपटकमा या त ० हुन्छ या १। यस्ता बिटहरू ट्रान्जिस्टरहरूमा आधारित हुन्छन्, जुन सिलिकन, जर्मेनियम वा अन्य सेमिकन्डक्टरबाट बनाइन्छ।

तीनवटा बिट भएमा, तिनले ८ सम्भाव्य अवस्थाहरू (०००, ००१, ०१०, ०११, १००, १०१, ११०, १११) लिन सक्छन्। तर एउटा क्लासिकल कम्प्युटरले ती सबै अवस्थाहरू एक-एक गरेर मात्र प्रक्रिया गर्न सक्छ।

तर क्वान्टम कम्प्युटरमा इलेक्ट्रोन वा फोटोनजस्ता कणहरू क्वान्टम बिट (क्युबिट) को रूपमा प्रयोग हुन्छन्, जसले ० र १ दुबै अवस्थाको सुपरपोजिसनमा रहन सक्छन्।

तीनवटा क्युबिटले यी ८ वटै सम्भावनाको सुपरपोजिसनमा एकैपटक रहन सक्छन्, जसको अर्थ हो — तीन क्युबिट भएको क्वान्टम कम्प्युटरले ती सबै ८ अवस्था एकसाथ प्रक्रिया गर्न सक्छ।

यो अत्यधिक कम्प्युटिङ क्षमताले क्वान्टम कम्प्युटरलाई भविष्यमा औषधि अनुसन्धान, जलवायु मोडलिङ र उत्पादन क्षेत्रमा अत्यन्त जटिल सिमुलेसनहरू गर्न प्रयोग गर्न सकिने सम्भावना छ।

सिद्धान्ततः पर्याप्त शक्तिशाली क्वान्टम कम्प्युटरले केही सेकेन्डमा ती गणनाहरू गर्न सक्छ जुन हालको सबैभन्दा शक्तिशाली सुपरकम्प्युटरले गर्न लाखौँ वर्ष लाग्नेछ।