भारतको रामन रिसर्च इन्स्टिच्युट का अनुसन्धानकर्ताहरूले क्वान्टम संसारलाई अध्ययन गर्ने क्रममा लामो समयदेखि रहेको एउटा ठूलो चुनौती समाधान गर्ने नयाँ र सौम्य प्रविधि विकास गरेका छन्। यस प्रविधिबाट अत्यन्त संवेदनशील क्वान्टम अवस्थालाई नबिगारीकन परमाणुहरू कति घना रूपमा थुप्रिएका छन् भन्ने जानकारी लिन सकिन्छ। क्वान्टम सामग्रीहरू आफ्नो विशिष्ट गुणका कारण अत्यन्त नाजुक हुन्छन्, र तिनलाई हेर्ने वा मापन गर्ने प्रयासले नै ती गुण नष्ट हुने खतरा रहन्छ। यही समस्यालाई ध्यानमा राख्दै रामन रिसर्च इन्स्टिच्युट का वैज्ञानिकहरूले ‘रामन ड्राइभन स्पिन न्वाइज स्पेक्ट्रोस्कोपी’ नामक नयाँ विधि प्रयोग गरी क्वान्टम प्रणालीलाई न्यूनतम असर पार्दै वास्तविक समयमा उच्च शुद्धताका साथ परमाणुको स्थानीय घनत्व मापन गर्न सफल भएका छन्। यो प्रविधि भविष्यमा क्वान्टम कम्प्युटिङ र क्वान्टम सेन्सिङलाई प्रयोगशालाबाट व्यावहारिक प्रयोगतर्फ लैजान महत्वपूर्ण आधार बन्न सक्ने अपेक्षा गरिएको छ।
अहिलेका धेरै क्वान्टम प्रयोगहरू अत्यन्त कम तापक्रम, लगभग शून्य केल्भिन नजिक, चिस्याइएका परमाणुहरूको बादलमा गरिन्छन्, जहाँ परमाणुहरू निकै बिस्तारै चल्छन् र क्वान्टम गुणहरू स्पष्ट रूपमा देखापर्छन्। यस्ता अवस्थाहरू न्युट्रल–एटम क्वान्टम कम्प्युटर र अति संवेदनशील सेन्सरका लागि उपयोगी हुन्छन्। तर समस्या के छ भने, परमाणुलाई हेर्ने वा मापन गर्ने क्रममा प्रयोग हुने प्रकाशले तिनलाई तताउने, तितरबितर पार्ने वा चाहिएको क्वान्टम अवस्थाबाट बाहिर धकेल्ने गर्छ। परम्परागत ‘एब्जोर्प्सन इमेजिङ’ विधि परमाणु बादल धेरै घना हुँदा असफल हुन सक्छ, किनकि प्रकाश समान रूपमा पास हुन सक्दैन। ‘फ्लोरेसेन्स इमेजिङ’ तुलनात्मक रूपमा भरपर्दो भए पनि लामो समयसम्म तीव्र प्रकाश चाहिने भएकाले क्वान्टम अवस्था नै बिग्रिन सक्छ। विशेष गरी तीव्र गतिमा परिवर्तन भइरहेका वा अत्यन्त सानो क्षेत्रमा सीमित प्रणालीमा यी विधिहरू झन् सीमित साबित हुन्छन्। रामन रिसर्च इन्स्टिच्युट का अनुसन्धानकर्ताहरूले भने यस समस्याको वैकल्पिक समाधान प्रस्तुत गरेका छन्। ‘रामन ड्राइभन स्पिन न्वाइज स्पेक्ट्रोस्कोपी विधिले परमाणुलाई बलपूर्वक प्रतिक्रिया दिन बाध्य पार्दैन, बरु परमाणुहरूले स्वाभाविक रूपमा देखाउने स्पिनको सानो–सानो उतारचढाव ‘सुन्छ’।
कमजोर लेजर किरण परमाणु बादलबाट गुज्रँदा ती स्पिन उतारचढावले प्रकाशको ध्रुवीकरणमा सूक्ष्म परिवर्तन ल्याउँछन्। ती परिवर्तनको सावधानीपूर्वक विश्लेषण गरेर परमाणुको गुण र घनत्वबारे जानकारी निकाल्न सकिन्छ। यो संकेतलाई अझ प्रबल बनाउन अनुसन्धानकर्ताहरूले दुई अतिरिक्त लेजर किरण प्रयोग गरी छिमेकी स्पिन अवस्थाबीच परमाणुलाई हल्का रूपमा स्थानान्तरण गराए, जसले संकेतलाई करिब दस लाख गुणासम्म बढाइदियो। यस प्रवर्धनले अत्यन्त सानो क्षेत्रमा समेत अध्ययन सम्भव बनाएको छ। केवल ३८ माइक्रोमिटर चौडाइको प्रोब किरण प्रयोग गरी करिब ०.०१ घन मिलिमिटर क्षेत्रभित्र रहेका करिब १० हजार परमाणुको घनत्व मापन गर्न सकियो। यसले सम्पूर्ण बादलको औसत घनत्व मात्र नभई, त्यही स्थानमा परमाणुहरू कसरी थुप्रिएका छन् भन्ने विस्तृत जानकारी दिन्छ। पोटासियम परमाणुहरूलाई म्याग्नेटो–अप्टिकल ट्र्यापमा राखेर गरिएको प्रयोगमा रोचक नतिजा देखियो। बादलको केन्द्रमा परमाणुको घनत्व करिब एक सेकेन्डमै अधिकतममा पुग्यो, तर फ्लोरेसेन्स विधिबाट हेर्दा कुल परमाणु संख्या भने लगभग दोब्बर समयसम्म बढिरह्यो। यसले देखायो कि समग्र मापनले स्थानीय र छिटो हुने गतिशील परिवर्तनहरू छुटाउन सक्छ।
‘रामन ड्राइभन स्पिन न्वाइज स्पेक्ट्रोस्कोपी मा प्रयोग हुने प्रकाश परमाणुको प्राकृतिक अनुनादबाट धेरै टाढा र कम शक्तिको भएकाले यो विधि लगभग गैर–आक्रामक छ। माइक्रोसेकेन्ड स्तरमै मापन गर्न सकिने भएकाले छिटो परिवर्तन भइरहेका क्वान्टम प्रणाली अध्ययन गर्न यो अत्यन्त उपयोगी हुन्छ। यसको शुद्धता जाँच्न वैज्ञानिकहरूले ‘रामन ड्राइभन स्पिन न्वाइज स्पेक्ट्रोस्कोपी बाट प्राप्त नतिजालाई फ्लोरेसेन्स इमेजिङबाट गणितीय पुनर्निर्माण गरी निकालिएको घनत्व प्रोफाइलसँग तुलना गरेका थिए, जसमा दुवैबीच उच्च स्तरको मेल देखियो। यसले नयाँ विधि भरपर्दो मात्र नभई, परम्परागत सममिती जस्ता मान्यताहरू लागू नहुने अवस्थामा पनि प्रभावकारी हुने पुष्टि गर्यो। यस अनुसन्धानका प्रभावहरू व्यापक हुन सक्छन्। ग्राभिमिटर, म्याग्नेटोमिटर जस्ता धेरै क्वान्टम उपकरणहरू परमाणुको घनत्वमा निर्भर हुन्छन्। साथै, अब यो प्रविधिले क्वान्टम पदार्थको वहन गुणहरू प्रयोगात्मक रूपमा अध्ययन गर्न मार्ग खोल्न सक्छ, किनकि यसले सूक्ष्म घनत्व उतारचढावसमेत पत्ता लगाउन सक्छ। भारतको राष्ट्रिय क्वान्टम मिसनको सहयोगमा सम्पन्न यो अनुसन्धानले एउटा सरल तर गहिरो सन्देश दिन्छ—क्वान्टम संसारलाई बुझ्न कहिलेकाहीँ गहिरो हेर्नु होइन, नरम र संवेदनशील ढंगले हेर्नु नै सबैभन्दा प्रभावकारी उपाय हुन्छ।
