যখন বড় জিনিসেও ছোট জগতের জাদু কাজ করে: ম্যাক্রোস্কোপিক কোয়ান্টাম টানেলিং-এর গল্প

আপনি কি কখনো ভেবে দেখেছেন, যদি আপনি একটি দেয়ালের সামনে দাঁড়িয়ে চোখ বন্ধ করে হাঁটতে থাকেন, তাহলে কী হবে? স্বাভাবিকভাবেই দেয়ালে ধাক্কা লেগে থেমে যাবেন। কিন্তু কোয়ান্টাম জগতে এমন একটি অদ্ভুত ঘটনা আছে, যেখানে কণারা এই দেয়াল ভেদ করে অপর পাশে চলে যেতে পারে! শুনতে বিজ্ঞান কল্পকাহিনীর মতো লাগলেও, এটি সত্য। আর আজ আমি আপনাদের বলব কীভাবে তিন বিজ্ঞানী এই অসাধারণ ঘটনাকে আমাদের চোখে দেখার মতো বড় জিনিসেও ঘটিয়ে দেখিয়েছেন।

একটি বিপ্লবী আবিষ্কারের সূচনা

১৯৮০ দশকের কথা। তখন কোয়ান্টাম পদার্থবিজ্ঞান মানেই ছিল অতি ক্ষুদ্র জগতের বিজ্ঞান। পরমাণু, ইলেকট্রন, ফোটন – এসব অদৃশ্য কণাদের নিয়েই সব গবেষণা। কিন্তু তিনজন দূরদর্শী বিজ্ঞানী – জন ক্লার্ক, মিশেল দেভোরে এবং জন মার্টিনিস – তারা একটি সাহসী প্রশ্ন করেছিলেন: “কোয়ান্টাম জগতের এই অদ্ভুত নিয়মগুলো কি শুধুই ছোট কণাদের জন্য? নাকি বড় জিনিসেও এগুলো কাজ করতে পারে?”

এই প্রশ্নের উত্তর খোঁজতে গিয়ে তারা যা আবিষ্কার করেছিলেন, তা আজকের কোয়ান্টাম কম্পিউটিং বিপ্লবের ভিত্তি। তাদের গবেষণাগারে তৈরি হয়েছিল এমন এক যন্ত্র, যা প্রমাণ করে দিয়েছিল যে কোয়ান্টাম “জাদু” আসলে কোনো জাদু নয় – এটি প্রকৃতির একটি মৌলিক নিয়ম, যা ছোট-বড় সব জায়গায়ই কাজ করে।

কোয়ান্টাম টানেলিং – প্রকৃতির এক অবিশ্বাস্য কৌশল

কোয়ান্টাম টানেলিং বুঝতে হলে আগে একটা সহজ উদাহরণ দিই। ধরুন, আপনার সামনে একটা পাহাড় আছে। আপনি যদি পাহাড়ের উপর দিয়ে যেতে চান, তাহলে আপনার যথেষ্ট শক্তি লাগবে উপরে ওঠার জন্য। কিন্তু যদি আপনার শক্তি কম থাকে, তাহলে আপনি পাহাড়ের কাছে গিয়ে ফিরে আসবেন।

কিন্তু কোয়ান্টাম জগতে ব্যাপারটা সম্পূর্ণ আলাদা। এখানে একটি কণার যদি পাহাড় পেরোনোর যথেষ্ট শক্তি না থাকে, তবুও সে একটা সম্ভাবনা নিয়ে পাহাড়ের অপর পাশে চলে যেতে পারে। যেন পাহাড়ের মধ্যে একটা অদৃশ্য সুরঙ্গ আছে। এই ঘটনাকেই বলা হয় কোয়ান্টাম টানেলিং।

এই টানেলিং ঘটনা প্রতিদিন আমাদের চারপাশে ঘটছে। সূর্যের মধ্যে যে পারমাণবিক বিক্রিয়া হয়, সেখানেও এই টানেলিং কাজ করছে। আমাদের মোবাইল ফোনের ইলেকট্রনিক্স থেকে শুরু করে কম্পিউটারের চিপ – সব জায়গায়ই এই কোয়ান্টাম টানেলিং একটা গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করছে।

তিন বিজ্ঞানীর গল্প

জন ক্লার্ক ছিলেন ক্যালিফোর্নিয়া বিশ্ববিদ্যালয়ের একজন অভিজ্ঞ পদার্থবিদ। তিনি সুপারকন্ডাক্টর নিয়ে কাজ করতেন – এমন পদার্থ যেখানে বিদ্যুৎ কোনো বাধা ছাড়াই চলাচল করতে পারে। মিশেল দেভোরে ছিলেন ফ্রান্সের একজন তত্ত্বীয় পদার্থবিদ, যিনি কোয়ান্টাম মেকানিক্সের গভীর রহস্য উন্মোচনে আগ্রহী ছিলেন। আর জন মার্টিনিস ছিলেন একজন পরীক্ষণমূলক পদার্থবিদ, যিনি পরে গুগলের কোয়ান্টাম কম্পিউটিং টিমের নেতৃত্ব দিয়েছিলেন।

এই তিনজনের সমন্বিত প্রচেষ্টায় তৈরি হয়েছিল এমন একটি পরীক্ষা, যা পদার্থবিজ্ঞানের ইতিহাসে একটি মাইলফলক। তারা বুঝেছিলেন যে, যদি কোয়ান্টাম টানেলিং সত্যিই একটি মৌলিক প্রাকৃতিক নিয়ম হয়, তাহলে এটি বড় সিস্টেমেও ঘটা উচিত। কিন্তু সমস্যা হলো, বড় জিনিসে এই প্রভাব দেখা খুবই কঠিন কারণ পরিবেশের বিভিন্ন প্রভাব এই সূক্ষ্ম কোয়ান্টাম প্রভাবকে নষ্ট করে দেয়।

জোসেফসন জাংশন – একটি কোয়ান্টাম ডিভাইস

তাদের পরীক্ষার হৃদয় ছিল জোসেফসন জাংশন নামের একটি যন্ত্র। এটি অত্যন্ত সহজ কিন্তু অসাধারণ শক্তিশালী একটি ডিভাইস। কল্পনা করুন, দুটি সুপারকন্ডাক্টর পদার্থের মাঝে একটি খুবই পাতলা অন্তরক স্তর রয়েছে। সুপারকন্ডাক্টরে বিদ্যুৎ প্রবাহ মানে আসলে ইলেকট্রনদের প্রবাহ। কিন্তু এখানে একটা বিশেষত্ব আছে – এই ইলেকট্রনরা জোড়া বেঁধে চলে। এই জোড়াগুলোকে বলা হয় কুপার পেয়ার।

একটি কুপার পেয়ার তৈরি হয় দুটি ইলেকট্রন মিলে। যদিও ইলেকট্রনরা সাধারণত একে অপরকে বিকর্ষণ করে, কিন্তু সুপারকন্ডাক্টরের বিশেষ পরিবেশে তারা একটি আকর্ষণীয় বল অনুভব করে এবং জোড়া বেঁধে চলে। যখন বিলিয়ন বিলিয়ন এমন জোড়া একসাথে কাজ করে, তখন তারা যেন একটি বিশাল কোয়ান্টাম কণার মতো আচরণ করে।

এখন, জোসেফসন জাংশনে যা ঘটে তা অবিশ্বাস্য। এই কুপার পেয়ারগুলো মাঝের অন্তরক স্তর ভেদ করে অপর পাশে চলে যেতে পারে, যদিও ক্লাসিক্যাল পদার্থবিজ্ঞান অনুযায়ী এটি অসম্ভব। এটিই হলো ম্যাক্রোস্কোপিক কোয়ান্টাম টানেলিং – লাখো কোটি কণা একসাথে কোয়ান্টাম টানেলিং করছে।

পরীক্ষার জাদুকরী ফলাফল

তিন বিজ্ঞানীর পরীক্ষায় যা দেখা গেল, তা সত্যিই বিস্ময়কর ছিল। তারা তাদের জোসেফসন জাংশনে খুব ক্ষীণ বিদ্যুৎ প্রবাহ পাঠালেন। প্রথমে কিছুই হলো না – যেন সুইচ বন্ধ আছে। কোনো ভোল্টেজ পরিমাপ যন্ত্রে দেখা যাচ্ছে না।

কিন্তু কিছু সময় অপেক্ষা করার পর, হঠাৎ করেই একটা ভোল্টেজ সিগন্যাল দেখা দিল! যেন সুইচ নিজে থেকেই চালু হয়ে গেল। এটা কী বোঝাচ্ছিল? এর মানে হলো, সিস্টেমটি একটি কোয়ান্টাম “বাধা” অতিক্রম করে নিজের অবস্থা পরিবর্তন করেছে। বিলিয়ন বিলিয়ন কুপার পেয়ার একসাথে কোয়ান্টাম টানেলিং করেছে!

এরপর তারা আরও একটি পরীক্ষা করলেন। তারা মাইক্রোওয়েভ ব্যবহার করে সিস্টেমে শক্তি যোগ করলেন। এবং দেখলেন যে সিস্টেমটি শুধুমাত্র নির্দিষ্ট পরিমাণের শক্তিই গ্রহণ করছে – ঠিক যেমনটি একটি পরমাণু বা একটি একক কোয়ান্টাম কণা করে থাকে। এটি প্রমাণ করল যে এই বড় সিস্টেমটিও কোয়ান্টাম নিয়ম মেনে চলছে।

একটি বৈজ্ঞানিক বিপ্লবের জন্ম

এই আবিষ্কার পদার্থবিজ্ঞানের জগতে একটি বিপ্লব আনল। এতদিন ধরে বিজ্ঞানীরা মনে করতেন, কোয়ান্টাম প্রভাব শুধুমাত্র অণু-পরমাণুর স্তরেই দেখা যায়। কিন্তু এই পরীক্ষা প্রমাণ করল যে সঠিক পরিস্থিতিতে বড় সিস্টেমেও কোয়ান্টাম আচরণ দেখা যেতে পারে।

এই আবিষ্কারের তাৎক্ষণিক প্রভাব ছিল তত্ত্বীয়। বিজ্ঞানীরা বুঝতে পারলেন যে কোয়ান্টাম মেকানিক্স সত্যিই একটি মৌলিক প্রাকৃতিক নিয়ম, যা ছোট-বড় সব স্কেলেই প্রযোজ্য। এটি শ্রোডিঙ্গারের বিড়াল নামের বিখ্যাত চিন্তা-পরীক্ষার একটি বাস্তব সংস্করণ ছিল।

কিন্তু আরও গুরুত্বপূর্ণ ছিল এর দীর্ঘমেয়াদী প্রভাব। এই গবেষণা থেকেই পরবর্তীতে জন্ম নিয়েছে আজকের কোয়ান্টাম কম্পিউটিং প্রযুক্তি। জন মার্টিনিস, যিনি এই গবেষণার অন্যতম অগ্রদূত ছিলেন, পরবর্তীতে গুগলের কোয়ান্টাম কম্পিউটিং টিমের নেতৃত্ব দিয়েছেন এবং “কোয়ান্টাম সুপ্রিমেসি” অর্জনে গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করেছেন।

কৃত্রিম পরমাণু থেকে কোয়ান্টাম কম্পিউটার

এই ম্যাক্রোস্কোপিক কোয়ান্টাম সিস্টেমগুলোকে কখনো কখনো “কৃত্রিম পরমাণু” বলা হয়। কেন? কারণ এগুলো প্রাকৃতিক পরমাণুর মতোই কোয়ান্টাইজড শক্তিস্তর রয়েছে, কিন্তু এগুলো মানুষের তৈরি। এবং সবচেয়ে বড় সুবিধা হলো, এগুলোকে আমরা আমাদের প্রয়োজন অনুযায়ী ডিজাইন করতে পারি।

একটি প্রাকৃতিক পরমাণুর সাথে আপনি খুব বেশি ছেড়াছেড়ি করতে পারবেন না। এর শক্তিস্তর, এর বৈশিষ্ট্য – সব কিছুই প্রকৃতি দ্বারা নির্ধারিত। কিন্তু একটি কৃত্রিম পরমাণু বা সুপারকন্ডাক্টিং কিউবিটের ক্ষেত্রে আপনি সার্কিটের ডিজাইন পরিবর্তন করে এর বৈশিষ্ট্য নিয়ন্ত্রণ করতে পারেন।

আজকের দিনে গুগল, আইবিএম, মাইক্রোসফট সহ অনেক বড় প্রযুক্তি কোম্পানি যে কোয়ান্টাম কম্পিউটার তৈরি করছে, তার অধিকাংশই এই সুপারকন্ডাক্টিং কিউবিট প্রযুক্তি ব্যবহার করে। এবং এই প্রযুক্তির মূল ভিত্তিই হলো সেই ম্যাক্রোস্কোপিক কোয়ান্টাম টানেলিং, যা প্রথম দেখিয়েছিলেন ক্লার্ক, দেভোরে এবং মার্টিনিস।

বর্তমান এবং ভবিষ্যতের প্রয়োগ

আজকের দিনে এই আবিষ্কারের প্রভাব আমরা বিভিন্ন ক্ষেত্রে দেখতে পাচ্ছি। প্রথমত, কোয়ান্টাম কম্পিউটিং। গুগলের সাইকামোর প্রসেসর, আইবিএমের কিউ সিস্টেম – এসব কিছুই মূলত সেই একই জোসেফসন জাংশন প্রযুক্তি ব্যবহার করে।

চিকিৎসা ক্ষেত্রে এমআরআই মেশিনে যে শক্তিশালী চৌম্বক ক্ষেত্র ব্যবহার করা হয়, তা তৈরি হয় সুপারকন্ডাক্টিং ম্যাগনেট দিয়ে। মহাকর্ষীয় তরঙ্গ আবিষ্কারে ব্যবহৃত LIGO ডিটেক্টরেও অত্যন্ত সংবেদনশীল সুপারকন্ডাক্টিং সেন্সর ব্যবহার করা হয়েছে।

ভবিষ্যতে আমরা আরও অসাধারণ সব প্রযুক্তির দেখা পাব। কোয়ান্টাম ইন্টারনেট, যেখানে তথ্য আদান-প্রদান হবে সম্পূর্ণ নিরাপদ কোয়ান্টাম এনক্রিপশনের মাধ্যমে। কোয়ান্টাম সেন্সর, যা অভূতপূর্ব নির্ভুলতায় বিভিন্ন ভৌত পরিমাণ পরিমাপ করতে পারবে। এমনকি ভবিষ্যতে হয়তো কোয়ান্টাম টেলিপোর্টেশন প্রযুক্তিও বাস্তবায়িত হবে।

চ্যালেঞ্জ এবং সীমাবদ্ধতা

তবে এই প্রযুক্তির পথে অনেক বাধা রয়েছে। সবচেয়ে বড় চ্যালেঞ্জ হলো, এই কোয়ান্টাম প্রভাবগুলো অত্যন্ত নাজুক। তাপমাত্রা, শব্দ, কম্পন – সামান্য কিছু হলেই কোয়ান্টাম অবস্থা নষ্ট হয়ে যায়। এ কারণে বর্তমানের কোয়ান্টাম কম্পিউটারগুলোকে প্রায় পরম শূন্য তাপমাত্রায় (-২৭৩ ডিগ্রি সেলসিয়াস) রাখতে হয়।

এছাড়া রয়েছে স্কেলিং এর সমস্যা। বর্তমানে আমরা কয়েকশো কিউবিট নিয়ে কাজ করছি, কিন্তু সত্যিকারের কার্যকর কোয়ান্টাম কম্পিউটারের জন্য প্রয়োজন লাখো কিউবিট। এবং প্রতিটি অতিরিক্ত কিউবিট যোগ করা মানেই জটিলতা বহুগুণ বৃদ্ধি।

কিন্তু এসব চ্যালেঞ্জ সত্ত্বেও গবেষকরা আশাবাদী। প্রতি বছরই নতুন নতুন প্রযুক্তি আবিষ্কার হচ্ছে যা এসব সমস্যার সমাধানের পথ দেখাচ্ছে। রুম টেম্পারেচার সুপারকন্ডাক্টর আবিষ্কার, ত্রুটি সংশোধন কৌশলের উন্নতি, নতুন ধরনের কিউবিট ডিজাইন – এসব সবকিছুই আমাদের একটি কোয়ান্টাম ভবিষ্যতের কাছাকাছি নিয়ে যাচ্ছে।

একটি নতুন যুগের সূচনা

ত্রিশ বছর আগে তিন বিজ্ঞানীর একটি কৌতূহল থেকে শুরু হওয়া গবেষণা আজ সম্পূর্ণ প্রযুক্তি জগতকে পাল্টে দিয়েছে। তারা প্রমাণ করেছেন যে কোয়ান্টাম জগতের “অসম্ভব” ঘটনাগুলো আসলে অসম্ভব নয় – এগুলো প্রকৃতির মৌলিক নিয়ম, যা সঠিক পরিস্থিতিতে যেকোনো স্কেলেই ঘটতে পারে।

জন ক্লার্ক, মিশেল দেভোরে এবং জন মার্টিনিসের এই আবিষ্কার শুধু একটি বৈজ্ঞানিক কৃতিত্ব নয়, এটি মানব সভ্যতার জন্য একটি নতুন দিগন্ত উন্মোচন করেছে। আজকের দিনে যখন আমরা কোয়ান্টাম কম্পিউটার, কোয়ান্টাম ইন্টারনেট, কোয়ান্টাম সেন্সর নিয়ে কথা বলি, তখন আমাদের মনে রাখতে হবে যে এই সবকিছুর শুরু হয়েছিল সেই ছোট্ট জোসেফসন জাংশনে দেখা ম্যাক্রোস্কোপিক কোয়ান্টাম টানেলিং থেকে।

ভবিষ্যতে হয়তো আমরা এমন প্রযুক্তির দেখা পাব যা আজকের দিনে কল্পনা করাও কঠিন। কিন্তু একটা কথা নিশ্চিত – কোয়ান্টাম জগতের এই অবিশ্বাস্য বৈশিষ্ট্যগুলো আমাদের ভবিষ্যৎ গড়তে অগ্রণী ভূমিকা পালন করবে। আর সেই ভবিষ্যতের ভিত্তি স্থাপন করেছিলেন এই তিন বিজ্ঞানী তাদের অসাধারণ আবিষ্কার দিয়ে।

কোয়ান্টাম জগত আজও রহস্যময়, কিন্তু আর অজানা নয়। আমরা এর নিয়মকানুন বুঝেছি, এর প্রয়োগ করতে শিখেছি। এবং এই জ্ঞান দিয়ে আমরা নির্মাণ করছি একটি নতুন প্রযুক্তিগত সভ্যতা – যেখানে কোয়ান্টাম জগতের “জাদু” হবে আমাদের দৈনন্দিন জীবনের অংশ।