ரேடியோ அலைகளை அவற்றின் குவாண்டம் அடிமட்ட நிலைக்கு குளிர்விப்பதனால் என்ன நிகழும்?

டெல்ஃப்ட் யுனிவர்சிட்டி ஆஃப் டெக்னாலஜியின் ஆராய்ச்சியாளர்கள், ரேடியோ அலைகளை அவற்றின் குவாண்டம் அடிமட்ட நிலை வரை குளிர்விக்க ஒரு புதிய வழியைக் கண்டுபிடித்துள்ளனர். அவ்வாறு செய்ய, அணு மாதிரிகளை குளிர்விக்க அடிக்கடி பயன்படுத்தப்படும் லேசர் குளிரூட்டும் நுட்பத்தின் அனலாக்ஸ் சுற்றுகளைப் பயன்படுத்தினர். ஃபோட்டான் பிரஷர் கப்ளிங் என அழைக்கப்படும் சாதனம் சமீபத்தில் உருவாக்கப்பட்ட  நுட்பத்தைப் பயன்படுத்தியது. இது அல்ட்ரா-வீக் மேக்னடிக் ரெசோனன்ஸ் (MRI- ultra-weak magnetic resonance) சிக்னல்களைக் கண்டறிவதில் அல்லது இருண்ட பொருளைத் தேட உதவும் குவாண்டம்-சென்சிங் பயன்பாடுகளுக்குப் பயன்படும் என்று கணிக்கப்பட்டுள்ளது.

அன்றாட வாழ்வில் நாம் வழக்கமாக சந்திக்கும் ரேடியோ அலைகள், அதாவது நம் காரில் கேட்பது அல்லது நம் வீட்டில் உள்ள குழந்தை மானிட்டர்களுக்கு சிக்னல்களை அனுப்புவது போன்றவை. அவை அணுக்களின் சீரற்ற இயக்கத்தால் வரும் சத்தத்தைக் கொண்டிருக்கின்றன. அவை உமிழப்படும் மற்றும் ஆண்டெனாவில் கூட கேட்கப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. ரேடியோ ஸ்டேஷன் இல்லாத அதிர்வெண்ணில் உங்கள் காரில் ரேடியோவை டியூன் செய்யும்போது நிலையானதாகக் கேட்பதற்கு இதுவும் ஒரு காரணம்.

குளிரூட்டும் அலைகள்

இந்த இரைச்சலைக் குறைப்பதற்கான ஒரு வழி, ரேடியோ அலைகளை குளிர்விப்பதாகும், எடுத்துக்காட்டாக, ஆண்டெனாவை குளிர்விப்பதன் மூலம் முழுமையான பூஜ்ஜிய வெப்பநிலைக்கு அவற்றை கொண்டு செல்லலாம். ஆன்டென்னாவில் உள்ள அணுக்கள் இனிமேல் ஜிக்லிங் செய்யாது, சத்தம் குறையும். இது உண்மையில் ஒரு மீக்கடத்தி குவாண்டம் கணினியில் செய்யப்படுகிறது, இது 10 mK-க்கு குளிரூட்டப்படுகிறது, இந்த ஜிகிங் அணுக்கள் அவை வேலை செய்யும் GHz சிக்னல்களில் சத்தத்தை உருவாக்குவதைத் தடுக்கிறது.

“இருப்பினும், NMR, டார்க் மேட்டர் கண்டறிதல் அல்லது ரேடியோ வானியல் போன்ற சில பயன்பாடுகள் மெகா ஹெர்ட்ஸ் அதிர்வெண்களில் தீவிர பலவீனமான சிக்னல்களில் ஆர்வமாக உள்ளன” என்று TU Delft இன் ஆராய்ச்சியாளர் Ines Rodrigues கூறுகிறார். இந்த சமிக்ஞைகளுக்கு, 10 mK-க்கு குளிர்விப்பது போதாது. இந்த மிகக் குறைந்த வெப்பநிலையில் கூட, ஒரு சாதனம் அல்லது ஆண்டெனாவில் உள்ள அணுக்களின் சீரற்ற இயக்கம் ரேடியோ அலை சமிக்ஞையில் சத்தத்தை சேர்க்க போதுமானது. எஞ்சியிருக்கும் சத்தத்திலிருந்து விடுபட, ரேடியோ அலைகளை இன்னும் குளிர்விப்பது அவசியம். ஆனால் எப்படி?

ஃபோட்டான்களை இணைத்தல்

இந்த வேலையில், டெல்ஃப்ட் ஆராய்ச்சியாளர்கள் ஜிகிங் அணுக்களின் சத்தத்தை எதிர்கொள்ள ஒரு புதிய வழியைக் கண்டுபிடித்துள்ளனர். அணுக்களை குளிர்விக்க பெரும்பாலும் பயன்படுத்தப்படும் லேசர் குளிரூட்டும் நுட்பத்தின் ஒப்புமையைப் பயன்படுத்தும் சுற்றுகளைப் பயன்படுத்தி, ஆசிரியர்கள் தங்கள் சாதனத்தில் உள்ள ரேடியோ அலை சமிக்ஞைகளை குவாண்டம் தரை நிலைக்கு குளிர்வித்தனர். “சர்க்யூட்டில் எஞ்சியிருக்கும் ஆதிக்க சத்தம் குவாண்டம் ஏற்ற இறக்கங்களால் மட்டுமே ஏற்படுகிறது, குவாண்டம் மெக்கானிக்ஸ் மூலம் கணிக்கப்பட்ட விசித்திரமான குவாண்டம் ஜம்ப்ஸிலிருந்து வரும் சத்தம்” என்று TU டெல்ஃப்டின் குழுத் தலைவர் கேரி ஸ்டீல் கூறுகிறார். ஸ்டீலின் குழுவானது மீக்கடத்தி குவாண்டம் சுற்றுகளைப் பயன்படுத்தி குவாண்டம் உணர்தலில் நிபுணத்துவம் பெற்றது.

ஃபோட்டான் பிரஷர் கப்ளிங் என்று ஆசிரியர்கள் அழைக்கும் சமீபத்தில் உருவாக்கப்பட்ட நுட்பத்தை சாதனம் பயன்படுத்தியது. தீவிர பலவீனமான காந்த அதிர்வு (MRI) சிக்னல்களைக் கண்டறிவதில் இந்த முறை உற்சாகமான பயன்பாடுகளைக் கொண்டிருக்கும் என்று கணிக்கப்பட்டுள்ளது. வேகமாக வளர்ந்து வரும் குவாண்டம் கணக்கீட்டுத் துறையை உள்ளடக்கிய பல குவாண்டம் தகவல் செயலாக்க பயன்பாடுகளுக்கு இது பயன்படுத்தப்படலாம். மேலும், இது குவாண்டம் உணர்திறன் பயன்பாடுகள் என்று அழைக்கப்படுபவற்றில் பயன்படுத்தப்படலாம் மற்றும் இருண்ட பொருளின் தேடலுக்கு உதவக்கூடும், இது இன்னும் கண்டறியப்படாத துகள்களின் விசித்திரமான வகை, இது புவியீர்ப்பு மற்றும் அண்டவியல் ஆகியவற்றில் கேள்விகளை விளக்குகிறது.

References:

• Chan, J., Alegre, T. M., Safavi-Naeini, A. H., Hill, J. T., Krause, A., Gröblacher, S., & Painter, O. (2011). Laser cooling of a nanomechanical oscillator into its quantum ground state. Nature, 478(7367), 89-92.
• Martin, I., Shnirman, A., Tian, L., & Zoller, P. (2004). Ground-state cooling of mechanical resonators. Physical Review B, 69(12), 125339.
• Heinzen, D. J., & Wineland, D. J. (1990). Quantum-limited cooling and detection of radio-frequency oscillations by laser-cooled ions. Physical Review A, 42(5), 2977.
• Wilson-Rae, I., Zoller, P., & Imamoḡlu, A. (2004). Laser cooling of a nanomechanical resonator mode to its quantum ground state. Physical Review Letters, 92(7), 075507.
• Wilson-Rae, I., Nooshi, N., Zwerger, W., & Kippenberg, T. J. (2007). Theory of ground state cooling of a mechanical oscillator using dynamical backaction. Physical review letters, 99(9), 093901.