‘क्वांटम टनेलिंग’ हे क्रांतिकारी संशोधन ‘नोबेल’ ने सन्मानित

नोबेल पारितोषिक 2025 मध्ये भौतिकशास्त्र क्षेत्रातील जॉन क्लार्क, मिशेल डेवोरेट आणि जॉन मार्टिनिस यांना त्यांच्या ‘क्वांटम टनेलिंग’ या क्रांतिकारी संशोधनासाठी गौरवण्यात आले. या तिघांना हे पारितोषिक इलेक्ट्रिक सर्किटमध्ये मोठ्या प्रमाणावर मॅक्रोस्कोपिक क्वांटम टनेलिंग आणि ऊर्जा स्तरांचा शोध लावल्याबद्दल प्रदान करण्यात आले आहे. त्यांना पदार्थातील इलेक्ट्रॉन गतिशीलतेचा अभ्यास केल्याबद्दल आणि प्रकाशाच्या अॅटोसेकंद स्पंदन निर्माण करणाऱ्या प्रायोगिक पद्धतींसाठी हा पुरस्कार देण्यात आला. त्यांची सुपरकंडक्टिंग विद्युत प्रणाली एका अवस्थेतून दुसऱ्या अवस्थेत बोगदा करू शकते, जणू ती भिंतीतून सरळ जात आहे. त्यांनी हे देखील दाखवून दिले की ही प्रणाली विशिष्ट आकारांच्या डोसमध्ये ऊर्जा शोषून घेते आणि उत्सर्जित करते, जसे क्वांटम मेकॅनिक्सने भाकीत केले होते.

क्वांटम टनेलिंग ही अशी अद्भुत प्रक्रिया आहे ज्यात एखादा सूक्ष्म कण कोणत्याही अडथळ्याला उडी मारून नव्हे, तर त्याच्या आरपार जाऊन पार करतो. सामान्य भौतिकशास्त्रानुसार हे अशक्य वाटते. आपण दैनंदिन जीवनात पाहतो की, एखादा चेंडू भिंतीवर आपटला तर तो परत येतो. पण क्वांटम जगात, सूक्ष्म कण कधी कधी त्या भिंतीला पार करून दुसऱ्या बाजूला निघून जातात, यालाच क्वांटम टनेलिंग म्हणतात. त्यांनी 1980 च्या दशकात सुपरकंडक्टिंग इलेक्ट्रॉनिक सर्किट्स वापरून क्वांटम भौतिकशास्त्र प्रत्यक्षात कसे लागू होते हे दाखवले. त्यांच्या संशोधनामुळे क्वांटम संगणक, क्रिप्टोग्राफी आणि सेन्सर्ससारख्या आधुनिक तंत्रज्ञानाचा पाया घातला गेला. त्यांनी विद्युत सर्किटमध्ये क्वांटम यांत्रिकीचे गुणधर्म सिद्ध करून विज्ञानाच्या क्षेत्रात नवा अध्याय लिहिला आहे. या संशोधनात त्यांनी सुपरकंडक्टिंग सर्किट वापरून असे दाखवले की क्वांटम टनेलिंग आणि ऊर्जा क्वांटायझेशन हे केवळ सूक्ष्म कणांपुरते मर्यादित नसून, मोठ्या यंत्रणांमध्येही लागू होऊ शकतात. या प्रयोगांमुळे क्वांटम संगणक, सेन्सर्स आणि सुरक्षित संप्रेषणासाठी नवीन शक्यता निर्माण झाल्या आहेत.

‘मी पूर्णपणे स्तब्ध झालो आहे, मला कधीच वाटले नव्हते की हा शोध नोबेल पुरस्काराचा मानकरी असेल.’ असं पुरस्कार विजेते जॉन क्लार्क यांनी म्हटलं आहे. भौतिकशास्त्रातील नवीन पुरस्कार विजेते जॉन क्लार्क यांना जेव्हा कळले की त्यांना यावर्षीचा भौतिकशास्त्रातील नोबेल पुरस्कार मिळाला आहे तेव्हा ते पूर्णपणे आश्चर्यचकित झाले. ‘आपला शोध हा एक प्रकारे क्वांटम संगणनाचा आधार आहे.’ असे नोबेल पुरस्कार समितीने आपल्या ट्वीटमध्ये म्हटलं आहे. नोबेल कमिटीचे अध्यक्ष ओले एरिक्सन यांनी सांगितले की- शंभर वर्षांपूर्वी शोधलेले क्वांटम मेकॅनिक्स अजूनही नवनवीन शोधांनी आपल्याला थक्क करते. हे विज्ञान केवळ रंजक नाही, तर अत्यंत उपयोगी आहे. आज आपल्या कॉम्प्युटर, स्मार्टफोन आणि इंटरनेटसारख्या सर्व डिजिटल साधनांचे मूळ हेच क्वांटम सायन्स आहे. रॉयल स्वीडिश अकॅडमी ऑफ सायन्सेसने सांगितले की या वैज्ञानिकांनी सिद्ध केले आहे की क्वांटम इफेक्ट्स केवळ अणु आणि सूक्ष्मकणांच्या जगातच नव्हे, तर मानवी स्तरावर देखील दिसू शकतात. भौतिकशास्त्रात नेहमी एक मूलभूत प्रश्न विचारला जातो जे क्वांटम इफेक्ट्स फक्त अणू-इलेक्ट्रॉनच्या जगात दिसतात, ते मोठ्या वस्तूंमध्येही संभव आहेत का? याचे उत्तर शोधण्यासाठी जॉन क्लार्क, मिशेल डेवोरेट आणि जॉन मार्टिनिस यांनी 1984 आणि 1985 मध्ये कॅलिफोर्निया विद्यापीठात एक अद्भुत प्रयोग केला. रॉयल स्वीडिश अकॅडमीने असेही स्पष्ट केले की- कंप्युटर चिप्समध्ये वापरले जाणारे ट्रांझिस्टर हे क्वांटम तंत्रज्ञानाचे सुंदर उदाहरण आहे. या वर्षीच्या नोबेल विजेत्यांच्या शोधामुळे भविष्यात अत्यंत सुरक्षित कोडिंग, अत्यंत जलद संगणक आणि अत्यंत अचूक सेन्सर तयार करणे शक्य होईल. 1984-85 मध्ये जॉन क्लार्क, मिशेल डेवोरेट आणि जॉन मार्टिनिस यांनी कॅलिफोर्निया विद्यापीठात हा प्रयोग केला होता. त्यांनी दोन सुपरकंडक्टरना जोडून एक विशेष सर्किट तयार केले होते, ज्याच्या मधोमध एक पातळ अडथळा होता. तरीही त्यांनी पाहिले की सर्किटमधील इलेक्ट्रॉन एकत्रितपणे जणू एकाच क्वांटम अवस्थेत वागत आहेत. हे क्वांटम टनेलिंगचे प्रत्यक्ष उदाहरण ठरले. या प्रयोगाने मोठ्या सिस्टीममध्ये क्वांटम वर्तन समजणे आणि नियंत्रित करणे शक्य असल्याचे सिद्ध केले.

क्वांटम मेकॅनिक्सचे नियम प्रामुख्याने सूक्ष्म कणांवर जसे इलेक्ट्रॉन, फोटॉन लागू होतात. हे कण इतके सूक्ष्म असतात की त्यांना साध्या मायक्रोस्कोपनेही पाहता येत नाही. परंतु आता या वैज्ञानिकांनी पहिल्यांदाच “मोठ्या प्रमाणावर” क्वांटम टनेलिंग आणि ऊर्जा स्तरांचे क्वांटीकरण हे दोन्ही घटक विद्युत सर्किटमध्ये दाखवून दिले आहेत. हे भौतिकशास्त्रातील एक अभूतपूर्व पाऊल मानले जात आहे.

प्रा. डॉ. गिरीश नाईक