क्वांटम तंत्रज्ञान : भविष्यातील जगाची किल्ली

   सध्याचे जग हे तंत्रज्ञांचे म्हणायला सुरवात होऊन आता सुमारे अडीच पिढ्यांचा काळ उलटून गेला आहे . आताचे जग आहे क्वांटम तंत्रज्ञानाचे.२१ व्या   शतकातील विज्ञानतंत्रज्ञान क्षेत्राचे चित्र पूर्णतः बदलवून टाकणारा शोध म्हणजे क्वांटम फिजिक्स 

 नेहमीच्या कम्पुटरच्या मर्यादा ओलांडणारी ही संकल्पना प्रत्यक्षात आणण्यासाठी अनेक शास्त्रज्ञांनी अनेक वर्ष  प्रयत्न केले  या शास्त्रज्ञांमध्ये प्रामुख्याने नाव घ्यावेच  लागेल ते म्हणजे जॉन क्लार्क, मिशेल एच. डेवोरेट आणि जॉन एम. मार्टिनिस. यांचे नाव घ्यावेच लागेल किंबहुना या शासत्रज्ञांचे नाव न घेता क्वांटम कम्पुटिंग चा विचार केला तर हाती फक्त आणि फक्त शून्य राहील इतके मोठे योगदान या शास्त्रज्ञाचे आहे.या तीन शास्त्रज्ञांचे योगदान अत्यंत मोलाचे ठरले आहे,आणि याच योगदांबद्दल त्यांना २०२५ चा फिजिक्सचा नोबेल पुरस्कार मिळाला आहे.
                        

 जॉन क्लार्क हे प्रायोगिक भौतिकशास्त्रातील अग्रगण्य शास्त्रज्ञ म्हणून ओळखले जातात. त्यांनी सुपरकंडक्टिंग इलेक्ट्रॉनिक्स आणि विशेषतः SQUID (Superconducting Quantum Interference Device) या अतिसंवेदनशील उपकरणाच्या विकासात मोलाचे योगदान दिले.SQUID च्या माध्यमातून अत्यंत सूक्ष्म चुंबकीय क्षेत्र मोजणे शक्य झाले. या संशोधनामुळे केवळ क्वांटम फिजिक्सलाच नव्हे, तर वैद्यकीय निदान, geo physics  आणि मूलभूत संशोधनालाही नवी दिशा मिळाली. क्वांटम मोजमापातील नॉईज आणि मर्यादा समजून घेण्यात क्लार्क यांचे कार्य  मार्गदर्शक ठरते.

 मिशेल एच. डेवोरेट हे क्वांटम इलेक्ट्रॉनिक्स आणि सुपरकंडक्टिंग क्वांटम सर्किट्स क्षेत्रातील आघाडीचे संशोधक आहेत. येल विद्यापीठात कार्यरत असताना त्यांनी क्वांटम बिट्स म्हणजेच क्यूबिट्स यांचा स्थिर व नियंत्रित वापर कसा करता येईल यावर सखोल संशोधन केले. क्वांटम अॅम्प्लिफायर्स, क्वांटम मोजमाप सिद्धांत आणि माहिती प्रक्रियेतील त्यांच्या कार्यामुळे क्वांटम कॉम्प्युटर थेरॉटिकल्स न राहता  प्रयोगशाळेत  प्रत्यक्षात तयारकरता आला . आज वापरल्या जाणाऱ्या अनेक क्वांटम सर्किट्सच्या रचनेत डेवोरेट यांच्या संकल्पनांचा ठसा स्पष्टपणे दिसून येतो.
 या संशोधनाचा प्रत्यक्ष कॉम्प्युटर रूपात विकास करणारे शास्त्रज्ञ म्हणजे जॉन एम. मार्टिनिस. त्यांनी कॅलिफोर्निया विद्यापीठ (UCSB) आणि नंतर Google Quantum AI मध्ये कार्य करत सुपरकंडक्टिंग क्यूबिट्सवर आधारित क्वांटम संगणक विकसित केला. २०१९ साली Google ने जाहीर केलेल्या “Quantum Supremacy” प्रयोगात मार्टिनिस यांची प्रमुख भूमिका होती. या प्रयोगातून क्वांटम संगणकाने काही सेकंदांत अशी गणना केली, जी पारंपरिक संगणकांना हजारो वर्षे लागली असती, असा दावा करण्यात आला. यामुळे क्वांटम संगणन हे केवळ संकल्पना न राहता वास्तव असल्याचे सिद्ध झाले.
 थोडक्यात सांगायचे झाले तर, जॉन क्लार्क यांनी अतिशय सूक्ष्म क्वांटम घटना अचूकपणे मोजता येतील अशी मजबूत पद्धत विकसित केली. मिशेल डेवोरेट यांनी या मोजमापांवर आधार घेत क्वांटम सर्किट्स कशी काम करतात याची सैद्धांतिक तसेच प्रायोगिक मांडणी केली. पुढे जॉन मार्टिनिस यांनी या संकल्पनांचा उपयोग करून

प्रत्यक्ष कार्यक्षम क्वांटम कॉम्प्युटर उभारण्याचे काम केले. त्यामुळे आधुनिक क्वांटम कॉम्प्युटरच्या क्रांतीत या तिघांचाही वाटा अत्यंत महत्त्वाचा असून त्यांना या क्षेत्राचे शिल्पकार मानले जाते.
आता वळूया त्यांच्या संशोधनाकडे
 क्वांटम फिजिक्समध्ये  अतिशय लहान कण जसे  इलेक्ट्रॉन, फोटॉन यावर संशोधन केले जाते.  या कणांचे फिजिक्सचे नियम नेहमीपेक्षा मोठ्या प्रमाणात वेगळे असतात.  कण एका भिंतीतून दुसरीकडे प्रवास करू शकतात , त्यांची ऊर्जा ठराविक व्हॅल्यूजमध्येच बदलते, आणि कण एका वेळी दोन स्थितीत असू शकतात! परंतु  ट्रॅडिशनल फिजिक्सनुसार हे फक्त अतिशय लहान पातळीवरच शक्य आहे. या बाबत मोठे परिणाम करणारे संशोधन केल्याने त्यांना यावेळचा फिजिक्सचा नोबेल त्यांना मिळाला आहे .कोणत्या कारणामुळे यंदाचा  नोबेलजॉन क्लार्क, मिशेल एच. डेवोरेट आणि जॉन एम. मार्टिनिस  याना मिळाला हे  सविस्तर माहिती करायचे झाल्यास आपणास  क्वांटम टनेलिंग (Quantum Tunnelling), एनर्जी  क्वांटाइज़ेशन (Energy Quantisation) या दोन संकल्पना माहिती असणे आवश्यक आहे
१. क्वांटम टनेलिंग (Quantum Tunnelling)
ट्रॅडीशनल फिजिक्स नुसार जर कणासमोर इंजारी विषयक अडथळा असेल, तर तो त्या अडथळ्याला पार करू शकत नाही जसे पाणबुड्याची गोळा भिंतीतून बाहेर निघू शकत नाही. परंतु क्वांटम नियम सांगतात की, कण विशिष्ट स्थितीत त्या अडथळ्याला थेट पार करण्यात सक्षम असतो ज्याला  क्वांटम टनेलिंग म्हणतात. हे नेहमीच्या  नियमांपेक्षा वेगळे  आणि खूपच आश्चर्यकारक आहे.
२.एनर्जी  क्वांटाइज़ेशन (Energy Quantisation)
 कण विशिष्टएनर्जी लेव्हल मध्ये दुसऱ्या कांकडून एनर्जी घेतात किंवा सोडतात  ऊर्जा घेतात किंवा सोडतात. यालाच क्वांटाइज़ेशन म्हणतात.हा एक बेसिक क्वांटम इफेक्ट आहे ज्यामुळे एनर्जी लेव्हल भिंतीच्या पायऱ्याप्रमाणे बदलते. याबाबत क्लार्क, डेवोरेट आणि मार्टिनिस यांनी 1980 च्या दशकात अतिशय वेगळे प्रयोग केले.त्यावेळी  क्वांटम इफेक्ट  अतिशय लहान, अविष्मयकारी जगावर लागू होतो, हे मानले जात  होते. परंतु त्यांनी मॅक्रोस्कोपिक (macroscopic), म्हणजेच आपल्या दृष्टीने दिसणाऱ्या किंवा स्पर्श करता येणाऱ्या वस्तूंवर हे दाखवून दिले .त्यांनी विशिष्ट प्रकारचा सुपरकंडक्टिंग सर्किट तयार केला (सुपरकंडक्टिंग म्हणजे कोणत्याही रेझिट्न्स शिवाय ज्या पदार्थतून इलेतर्कसिटी सहजतेने फ्लो होते ) त्या सर्किटमधील घटकांना जोसिफ्सन जंक्शन म्हणतात हे सर्किट तयार करून त्यांनी शोधले की:टनेलिंग फक्त एका इलेक्ट्रॉनच नाही, तर संपूर्ण सर्किटमध्ये देखील होत आहे  हे फार महत्त्वाचे आहे कारण पूर्वी क्वांटम नियम लहान कणांसाठीच आणि

अतिसूक्ष्म जगासाठीच लागू होती असे मानले जायचे. आता हेसिद्ध झाले की अत्यंत नियोजित परिस्थितीत, भौतिक प्रणाली मोठ्या पातळीवरही क्वांटम आयुष्य जगू शकतात.

य संशोधनाचा काय फायदा होणार ?
 
१. क्वांटम कम्प्युटिंग
या शोधामुळे सुपरकंडक्टिंग क्यूबिट्स (qubits) तयार करण्याची दिशा स्पष्ट झाली. Qubit हे क्वांटम संगणकाचे मूलभूत ब्लॉक्स आहेत. पारंपरिक कॉम्पुटर बिट्स फक्त 0 किंवा 1 असू शकतात, परंतु क्वांटम क्यूबिट्स एकाच वेळी 0 आणि 1 मध्ये असू शकतात जॉन मार्टिनिस नंतर गूगलच्या क्वांटम एआय लॅबमध्ये पुढे काम केले आणि काही वेळा “क्वांटम सुप्रीमेसी” सारखे ऐतिहासिक क्षण साध्य केला
 
 Quantum Sensors यामुळे SQUIDs (Superconducting Quantum Interference Devices) अशा उपकरणांचा विकास झाला आहे या उपकरणामुळे अतिशय सूक्ष्म चुंबकीय क्षेत्र मोजता येणे शक्य झाले . हे मेंदूतील क्रियाकलाप किंवा पृथ्वीच्या चुंबकीय बदलांसारखे सूक्ष्म घटक शोधण्यासाठी उपयोगी पडते Quantum Cryptography)क्वांटम तत्त्वांवर आधारित प्रणाली खूप सुरक्षित डेटा ट्रान्समिशन सुनिश्चित करतात. हे क्वांटम क्रिप्टोग्राफी किंवा अत्याधुनिक सुरक्षा तंत्रज्ञानाचा पाया आहेत.
       थोडक्यात जॉन क्लार्क, मिशेल एच. डेवोरेट आणि जॉन एम. मार्टिनिस यांच्या संशोधनाचा प्रभाव भौतिकशास्त्राच्या क्वांटम जगाचे मोठ्या प्रमाणात विस्तार आणि तंत्रज्ञानाच्या नव्या युगात प्रवेश या दोन्ही दृष्टीकोनातून फार खोल आणि महत्त्वाचा आहे. त्यांनी साध्या विद्युत सर्किटमध्ये क्वांटम नियम प्रकट करून दाखवले, ज्यामुळे आज क्वांटम संगणक, क्वांटम सेन्सर आणि सुरक्षित संपर्काविषयीची संशोधने शक्य झाली आहेत. त्यांच्या या मूलभूत शोधामुळे फिजिक्स आणि टेक्नॉलॉजी क्षेत्रांत  क्रांतिकारी बदल झाले आहेत.