বাংলাদেশি বিজ্ঞানীর নেতৃত্বে কোয়ান্টাম পদার্থবিদ্যার গবেষণায় নতুন মাইলফলক

বাংলাদেশি গবেষক এম জাহিদ হাসান। তাঁর নেতৃত্বে প্রিন্সটন বিশ্ববিদ্যালয়ের বিজ্ঞানীরা কোয়ান্টাম ফিজিকসের গবেষণায় এক নতুন মাইলফলক গড়েছেন। গত ২০ ফেব্রুয়ারি নেচার ফিজিকস জার্নালে প্রকাশিত এই সাফল্যের খবরে বলা হয়, তুলনামূলক উচ্চ তাপমাত্রায় দীর্ঘ ব্যবধানে কোয়ান্টাম কোহেরেন্সের প্রভাব পর্যবেক্ষণ করেছেন তাঁরা।

এই উদ্ভাবন অতি উচ্চগতির কম্পিউটার এবং অত্যন্ত সুরক্ষিত যোগাযোগ নেটওয়ার্কসহ পরবর্তী প্রজন্মের প্রযুক্তি বিকাশের জন্য অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। কারণ, এই কোয়ান্টাম প্রভাব পর্যবেক্ষণের জন্য এত দিন অত্যন্ত নিম্ন তাপমাত্রার প্রয়োজন ছিল—যা গবেষণাগারে তৈরি করা গেলেও কক্ষ তাপমাত্রায় সম্ভব নয়।

কোয়ান্টাম কোহেরেন্স হলো কোয়ান্টাম ব্যবস্থার একটি বৈশিষ্ট্য যা বিভিন্ন কোয়ান্টাম দশার মধ্যে একটি স্থিতিশীল পর্যায় সম্পর্ক বজায় রাখার ক্ষমতাকে বোঝায়। কোয়ান্টাম জগতের রহস্যময় ও শক্তিশালী বৈশিষ্ট্য যেমন: উপরিপাতন এবং এনট্যাঙ্গেলমেন্টকে ব্যবহার করে উদ্দেশ্য সাধনের জন্য এই কোয়ান্টাম কোহেরেন্স অপরিহার্য, যা ভবিষ্যতের কোয়ান্টাম প্রযুক্তির জন্য জরুরি। বিশেষ করে কোয়ান্টাম কম্পিউটিংয়ের পূর্ণ সম্ভাবনাকে কাজে লাগাতে কোয়ান্টাম কোহেরেন্স বজায় রাখা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ।

গবেষক দল বিসমাথ ব্রোমাইড নামের একটি নতুন বস্তু আবিষ্কার করেছেন। এটি এক ধরনের টপোলজিক্যাল ইনসুলেটর যা তুলনামূলক উচ্চ তাপমাত্রায় কোয়ান্টাম কোহেরেন্স বজায় রাখতে সক্ষম। টপোলজিক্যাল ইনসুলেটর এবং এর উপাদানগুলো কেবল তাদের পৃষ্ঠে বিদ্যুৎ সঞ্চালন করে যখন ভেতরের অংশ বিদ্যুৎ অপরিবাহী থাকে। কোয়ান্টাম ফিজিকসের গবেষণায় প্রায় এক দশক ধরে ব্যবহৃত হচ্ছে এই টপোলজিক্যাল ইনসুলেটর। তবে বিসমাথ ব্রোমাইডের ব্যবহারে দীর্ঘ দূরত্বে এবং পরম শূন্য তাপমাত্রার চেয়ে উল্লেখযোগ্য বেশি তাপমাত্রায় কোয়ান্টাম কোহেরেন্স বজায় রাখা সম্ভব।

এই আবিষ্কারের তাৎপর্য কোয়ান্টাম কম্পিউটিং এবং বেশি কর্মদক্ষতার ইলেকট্রনিকসে প্রয়োগের মধ্যে নিহিত। কোয়ান্টাম অবস্থার সুপারপজিশন (উপরিপাতন) এবং এনট্যাঙ্গলমেন্ট দশার জন্য অপরিহার্য হচ্ছে কোয়ান্টাম কোহেরেন্স। এটি কোয়ান্টাম কম্পিউটিংয়ের জন্য গুরুত্বপূর্ণ। 

প্রথাগত ইলেকট্রনিক ডিভাইসগুলো বৈদ্যুতিক চার্জের প্রবাহের ওপর নির্ভর করে। ইলেকট্রনের কোয়ান্টাম বৈশিষ্ট্যগুলোকে ব্যবহার করে এগুলোকে ব্যাপকভাবে উন্নত বা স্পিন–ভিত্তিক ডিভাইস দিয়ে প্রতিস্থাপন করা যেতে পারে। এতে ইলেকট্রনিক ডিভাইসগুলোর কর্মদক্ষতাও বাড়বে এবং বিদ্যুৎ খরচও কমবে।

প্রিন্সটন বিশ্ববিদ্যালয়ে ১৫ বছরেরও বেশি সময়ের সম্মিলিত গবেষণার পর কোয়ান্টাম প্রভাব পর্যবেক্ষণের জন্য জাহিদ হাসান ও তাঁর দল এই কোয়ান্টাম প্রভাব পর্যবেক্ষণ ও প্রদর্শনের জন্য আহারোনভ–বোহম ইন্টারফিয়ারেন্স (ব্যতিচার) ব্যবহার করেছেন। এতে দেখা গেছে, ইলেকট্রনগুলো বিভিন্ন অভিমুখে কোহেরেন্ট দশা বজায় রাখতে পারে। তাপমাত্রা এবং কোহেরেন্স দৈর্ঘ্যের কারণে যেসব সীমাবদ্ধতা বর্তমানে রয়েছে, এই টপোলজিক্যাল ইনসুলেটর  সেসব দূর করে বাস্তব বিশ্বে কাজ করার সম্ভাবনাকে জোরালো করেছে।

জুরিখ বিশ্ববিদ্যালয় এবং বেইজিং ইনস্টিটিউট অব টেকনোলজিসহ বিভিন্ন প্রতিষ্ঠানের গবেষকদের সহযোগিতায় অধ্যাপক হাসানের দল টপোলজিক্যাল কোয়ান্টাম ফিজিকস এবং প্রকৌশলে অগ্রগতির পথ প্রশস্ত করেছেন। প্রিন্সটনের ল্যাবরেটরি ফর টপোলজিক্যাল কোয়ান্টাম ম্যাটার অ্যান্ড অ্যাডভান্সড স্পেকট্রোস্কোপির নেতৃত্ব দেন অধ্যাপক হাসান। এ ছাড়া তিনি ক্যালিফোর্নিয়ার লরেন্স বার্কলে ন্যাশনাল ল্যাবরেটরির একজন ভিজিটিং ফ্যাকাল্টি সায়েন্টিস্ট, এবং কোয়ান্টাম ফেনোমেনা ইন টপোলজিক্যাল ম্যাটেরিয়ালস ক্ষেত্রে তাঁর গবেষণার জন্য বেটি অ্যান্ড গর্ডন মুর ফাউন্ডেশন থেকে ইপিআইকিউএস–মুর ইনভেস্টিগেটর স্বীকৃতি পেয়েছেন।