ක්වොන්ටම් යාන්ත්‍ර විද්‍යාවේ 100 වන සංවත්සරය සමරන මේ වසරේ, එහි අද්භූත සහ විස්මිත සංසිද්ධියක් අපගේ එදිනෙදා ලෝකයට ගෙන ඒමට පුරෝගාමී වූ විද්‍යාඥයින් තිදෙනෙකු වෙත 2025 භෞතික විද්‍යාව සඳහා වූ නොබෙල් ත්‍යාගය පිරිනමා ඇත. ජෝන් ක්ලාක්, මයිකල් එච්. ඩෙවෝරෙට් සහ ජෝන් එම්. මාටිනිස් යන පර්යේෂකයන්ට මෙම ගෞරවණීය ත්‍යාගය හිමිවූයේ, පියවි ඇසට නොපෙනෙන ක්වොන්ටම් ලෝකයේ “ක්වොන්ටම් උමංකරණය” (Quantum Tunneling) නම් සංසිද්ධිය විශාල පරිමාණයේ ඉලෙක්ට්‍රොනික චිපයක් මත නිරීක්ෂණය කිරීමට ඔවුන් සමත් වීම හේතුවෙනි.

ක්වොන්ටම් ලෝකයේ විස්මිත හැසිරීම

ක්වොන්ටම් යාන්ත්‍ර විද්‍යාව යනු විශ්වය එහි කුඩාම, මූලිකම මට්ටමින් විස්තර කරන සිද්ධාන්තයයි. සුපිරි පරිගණකවල සිට අප අතැති ස්මාර්ට් ජංගම දුරකථනය දක්වා වූ බොහෝ නවීන තාක්ෂණයන්හි පදනම එයයි. එහෙත්, එහි ඇති සමහර සංකල්ප සාමාන්‍ය බුද්ධියට පටහැනි වේ. උදාහරණයක් ලෙස, අංශුවකට තරංගයක් ලෙසද හැසිරිය හැකිය, එකවර පරස්පර අවස්ථා කිහිපයක පැවතිය හැකිය (superposition), සහ කොතරම් දුරින් සිටියා වුවද එකිනෙක හා සම්බන්ධව පැවතිය හැකිය (entanglement).

මෙම විද්‍යාඥයින් තිදෙනා විසින් ලොවට හෙළිදරව් කළ “ක්වොන්ටම් උමංකරණය” ද එවැනිම ඇදහිය නොහැකි සංසිද්ධියකි.

සරලව තේරුම්ගනිමු: “ක්වොන්ටම් උමංකරණය” යනු කුමක්ද?

සිතන්න, ඔබ බිත්තියකට පන්දුවක් ගැසූ විට එය ආපසු පැනීම වෙනුවට, බිත්තියට කිසිදු හානියක් නොවී පන්දුව අනෙක් පසින් මතුවනවා කියා. මෙය එදිනෙදා ජීවිතයේදී කිසිසේත් සිදු නොවන, ඇදහිය නොහැකි දෙයකි. නමුත් ක්වොන්ටම් ලෝකයේදී, පරමාණුක අංශුවකට ශක්තිමය වශයෙන් තරණය කළ නොහැකි බාධකයක් “හරහා ගොස්” අනෙක් පසින් මතු විය හැකිය. මෙය හරියට බාධකය යටින් උමගකින් රිංගා යන්නාක් මෙනි. ට්‍රාන්සිස්ටර වැනි උපකරණ ක්‍රියාත්මක වීමට පදනම් වන්නේ මෙම සංසිද්ධියයි.

සාමාන්‍යයෙන් මෙම ආචරණය තනි අංශුවලට සීමා වන අතර, අංශු විශාල සංඛ්‍යාවක් එක් වූ විට එය නැති වී යයි. අප කිසිවෙකු බිත්ති හරහා ගමන් නොකරන්නේ එබැවිනි.

නොබෙල් ත්‍යාගය දිනූ පර්යේෂණය

1984 සහ 1985 වසරවලදී කැලිෆෝනියා විශ්වවිද්‍යාලයේ, බර්ක්ලිහිදී සිදුකළ පර්යේෂණ මාලාවකදී ක්ලාක්, ඩෙවෝරෙට් සහ මාටිනිස් විසින් මෙම ක්වොන්ටම් උමංකරණය, කලින් සිතුවාට වඩා විශාල පරිමාණයකින් සිදුවිය හැකි බව පෙන්වා දුන්හ.

ඔවුන් මේ සඳහා “ජෝසප්සන් සන්ධි” (Josephson junction) ලෙස හැඳින්වෙන අධිසන්නායක (superconductors) සහිත ඉලෙක්ට්‍රොනික පරිපථයක් නිර්මාණය කළහ. නොබෙල් කමිටුව සඳහන් කළ පරිදි “අතේ තබාගත හැකි තරම් විශාල” වූ මෙම චිපය තුළ, අධිසන්නායක කොටස් තුනී පරිවාරක බාධකයකින් වෙන් කර තිබුණි. ඔවුන්ගේ පර්යේෂණයෙන් පෙන්වා දුන්නේ, එම පරිපථය හරහා ගමන් කරන ඉලෙක්ට්‍රෝන බිලියන ගණනක් තනි අංශුවක් ලෙස සාමූහිකව හැසිරෙමින්, එම බාධකය හරහා උමංකරණය වෙමින් මුළු පරිපථය පුරාම ව්‍යාප්ත වන බවයි.

ටොරොන්ටෝ විශ්වවිද්‍යාලයේ භෞතික විද්‍යාඥ ඒෆ්‍රේම් ස්ටයින්බර්ග් පවසන පරිදි, “මෙම පර්යේෂණ, ක්වොන්ටම් යාන්ත්‍ර විද්‍යාව ඉතා කුඩා ලෝකයට පමණක් නොව, ඉලෙක්ට්‍රෝන බිලියන ගණනකින් සමන්විත ‘මෙසොස්කොපික්’ ලෝකයටත්, සමහරවිට අපගේ විශාල ලෝකයටත් අදාළ විය හැකි බවට වූ පළමු සාක්ෂි අතර විය.”

ක්වොන්ටම් පරිගණක විප්ලවයේ පදනම

මෙම සොයාගැනීමේ වැදගත්ම ප්‍රතිඵලය වන්නේ එය නූතන ක්වොන්ටම් පරිගණක තාක්ෂණයේ පදනම වීමයි. සාමාන්‍ය පරිගණක බිට් (bits) 0 හෝ 1 ලෙස දත්ත ගබඩා කරන අතර, ක්වොන්ටම් පරිගණකවල ඇති “කියුබිට්” (qubits) වලට 0, 1, සහ ඒ අතරමැද ඕනෑම අගයක් එකවර නිරූපණය කළ හැකිය. මෙම හැකියාව නිසා, සාමාන්‍ය පරිගණකවලට කිසිදා විසඳිය නොහැකි සංකීර්ණ ගැටලු විසඳීමට ක්වොන්ටම් පරිගණකවලට හැකියාව ලැබේ.

බොහෝ ක්වොන්ටම් පරිගණක ක්‍රියාත්මක වන්නේ මෙම විද්‍යාඥයින්ගේ පර්යේෂණය මත පදනම් වූ අධිසන්නායක කියුබිට් මගිනි. ත්‍යාග ප්‍රදානෝත්සවයේදී නොබෙල් කමිටුව විසින් දුරකථනයෙන් සම්බන්ධ කරගත් විට “සම්පූර්ණයෙන්ම විස්මයට පත් වූ” ජෝන් ක්ලාක් පැවසුවේ, “මා අතැති මේ ජංගම දුරකථනය ක්‍රියාත්මක වීමට පදනම් වූ එක් හේතුවක්” මෙම සංසිද්ධිය බවත්, “අපගේ සොයාගැනීම, එක්තරා ආකාරයකින් ක්වොන්ටම් පරිගණනයේ පදනම” බවත්ය.

මෙම සොයාගැනීම වෙනුවෙන් පර්යේෂකයන් තිදෙනා ස්වීඩන් ක්‍රෝනර් මිලියන 11ක (ඇ.ඩො. මිලියන 1.17ක් පමණ) ත්‍යාග මුදලක් සමව බෙදාගනු ඇත. ඔවුන්ගේ පර්යේෂණයෙන් මග පෑදූ ක්වොන්ටම් පරිගණක තාක්ෂණය යම් දිනක සම්පූර්ණයෙන් සාර්ථක වුවහොත්, එයින් ලැබෙන ආර්ථික ප්‍රතිලාභ හා සසඳන විට මෙම ත්‍යාග මුදල ඉතා කුඩා අගයක් වනු ඇත.

සයන්ටිෆික් මැගසින් සඟරාවෙන්