മാന്ത്രികമായ മതിൽ ചാടൽ . ഭൗതികശാസ്ത്ര നോബൽ സമ്മാനം . 2025

2025 ലെ ഫിസിക്സിനുള്ള നോബൽ സമ്മാനം ജോൺ ക്ലാർക്ക്, മിഷേൽ ഡെവോറെറ്റ്, ജോൺ മാർട്ടിനിസ് എന്ന മൂന്ന് ശാസ്ത്രജ്ഞർക്ക് ലഭിച്ചു . 

  "ക്വാണ്ടം ടണലിങ്" എന്ന മാന്ത്രിക പ്രതിഭാസം വലിയ വസ്തുക്കളിലും പ്രവർത്തിക്കുമെന്നാണ് അവർ കണ്ടെത്തിയത്. എന്താണ് ഈ ക്വാണ്ടം ടണലിങ് ?

ഒരു ബോൾ മതിലിനെ മറികടക്കാതെ, മതിലിനുള്ളിലൂടെ "മാന്ത്രികമായി" കടന്നുപോകുന്നത് പോലെ!

ഒരു കുട്ടി ഗേറ്റ് തുറക്കാതെ വേലിയിലൂടെ ഓടിക്കയറുന്നത് പോലെ,

അല്ലെങ്കിൽ ഒരു മീൻ വെള്ളത്തിലൂടെ തടസ്സമില്ലാതെ നീന്തുന്നത് പോലെ!

നോബൽ സമ്മാനം പ്രഖ്യാപിച്ച ശേഷം, ജോൺ ക്ലാർക്ക് പറഞ്ഞു:

“ഈ കണ്ടെത്തലുകൾ എന്റെ രണ്ട് സഹപ്രവർത്തകർ ഇല്ലാതെ സാധ്യമാകുമായിരുന്നില്ല.” 40 വർഷങ്ങൾക്ക് മുൻപ്, ഈ മൂവർ സംഘം കാലിഫോർണിയയിലെ ബെർക്കലിയിൽ ഒരു ലാബിൽ ഒരുമിച്ച് പ്രവർത്തിച്ചു. ഈ ലേഖനത്തിൽ, അവരെപ്പറ്റിയും, ക്വാണ്ടം ടണലിങും (Quantum Tunnelling) ജോസഫ്സൺ ജങ്ക്ഷനും (Josephson Junction)  എന്നിവ ലളിതമായി, ഉപമകളോടെ വിശദീകരിക്കാം.

                                                                                                     ജോൺ ക്ലാർക്ക്: ക്വാണ്ടം ലോകത്തിന്റെ നായകൻ

ജോൺ ക്ലാർക്ക് 1942-ൽ ഇംഗ്ലണ്ടിലെ കേംമ്പ്രിഡ്ജിൽ ജനിച്ചു. കേംമ്പ്രിഡ്ജ് യൂണിവേഴ്സിറ്റിയിൽ ഫിസിക്സ് പഠിച്ച് 1968-ൽ ഡോക്ടറേറ്റ് (പിഎച്ച്ഡി) നേടി. ഇപ്പോൾ അമേരിക്കയിലെ യൂണിവേഴ്സിറ്റി ഓഫ് കാലിഫോർണിയയിൽ (ബെർക്കലി) പ്രൊഫസറാണ്.

അദ്ദേഹം പഠിച്ചത് "സൂപ്പർകണ്ടക്ടിവിറ്റി" എന്ന ഒരു പ്രതിഭാസമാണ്. ഇത് എന്താണ് ? വളരെ തണുപ്പിൽ (മൈനസ് 270 ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസ്!), ചില ലോഹങ്ങൾ വൈദ്യുതിയെ  തടസ്സമില്ലാതെ കടത്തിവിടുന്നു. ഒരു സൂപ്പർഹൈവേ പോലെ, അല്ലെങ്കിൽ ഒരു നദി കല്ലോ മണലോ ഇല്ലാതെ ഒഴുകുന്നത് പോലെ! 1980-കളിൽ, ക്ലാർക്ക് ഒരു ചെറിയ ഇലക്ട്രോണിക് ചിപ്പ് ഉണ്ടാക്കി, അതിൽ ടണലിങ് വലിയ വസ്തുക്കളിൽ സംഭവിക്കും എന്ന് കാണിച്ചു.  ഒരു കുഞ്ഞു തോണി വലിയ കടലിലൂടെ യാത്ര ചെയ്യുന്നത് പോലെ!  ഇത് MRI സ്കാനറുകൾ പോലുള്ള മെഡിക്കൽ ഉപകരണങ്ങൾക്ക് വഴിതുറന്നു – ഒരു ഡോക്ടർ നമ്മുടെ  ശരീരത്തിനുള്ളിൽ എന്താണ് നടക്കുന്നതെന്ന് "ഫോട്ടോ" എടുക്കുന്നത് പോലെ.

നോബൽ പ്രഖ്യാപനത്തിന് ശേഷം, ക്ലാർക്ക് പറഞ്ഞു:

“ഞാൻ ഞെട്ടിപ്പോയി. മിഷേലും ജോണും ഇല്ലാതെ ഈ സമ്മാനം ഞാൻ സ്വീകരിക്കില്ല.” 40 വർഷം മുൻപ് ബെർക്കലിയിൽ, മിഷേലും ജോണും ചേർന്നാണ് ഈ മാജിക് കണ്ടെത്തിയത്.

                                                                                                മിഷേൽ ഡെവോറെറ്റ്: ക്വാണ്ടം മെഷീനുകളുടെ കലാകാരൻ

മിഷേൽ ഡെവോറെറ്റ് 1953-ൽ ഫ്രാൻസിലെ പാരിസിൽ ജനിച്ചു. 1975-ൽ എഞ്ചിനീയറിങ് ഡിഗ്രിയും 1982-ൽ പിഎച്ച്ഡിയും നേടി. ഇപ്പോൾ അമേരിക്കയിലെ യേൽ യൂണിവേഴ്സിറ്റിയിലും ഗൂഗിളിൽ   ക്വാണ്ടം ടീമിൻ്റെ  ശാസ്ത്രജ്ഞനുമാണ്.

അദ്ദേഹം "ക്വിബിറ്റുകൾ" (quantum bits) വികസിപ്പിച്ചു – ഇത് ഭാവിയിലെ ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടറുകളുടെ "ഹൃദയം" ആണ്. ഒരു സാധാരണ കമ്പ്യൂട്ടർ 0, 1 എന്ന് പ്രവർത്തിക്കുമ്പോൾ, ക്വിബിറ്റ് 0-ഉം 1-ഉം ഒരേസമയം ആയിത്തീരുന്നു . ഒരു നാണയം ടോസ് ചെയ്യുമ്പോൾ ഹെഡ്സോ ടെയിൽസോ വരും, പക്ഷേ ക്വാണ്ടം നാണയം രണ്ടും ഒരേ സമയം ആയിത്തീരുന്നു .  നോക്കുന്നതുവരെ! ക്ലാർക്കിനൊപ്പം ചേർന്ന്, ഡെവോറെറ്റ് ടണലിങ് വലിയ കാര്യങ്ങളിൽ സംഭവിക്കുന്നത്   തെളിയിച്ചു.

                                                                                                   ജോൺ മാർട്ടിനിസ്: ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടറിന്റെ സ്വപ്നക്കാരൻ

ജോൺ മാർട്ടിനിസ് 1958-ൽ അമേരിക്കയിൽ ജനിച്ചു. 1987-ൽ യൂണിവേഴ്സിറ്റി ഓഫ് കാലിഫോർണിയയിൽ (ബെർക്കലി) പിഎച്ച്ഡി നേടി. ഇപ്പോൾ യൂണിവേഴ്സിറ്റി ഓഫ് കാലിഫോർണിയ (സാന്താ ബാർബറ)യിൽ പ്രൊഫസറാണ്. ഗൂഗിളിൻ്റെ  ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടർ ടീമിൻ്റെ  മുൻ തലവനാണ്.

അദ്ദേഹം ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടറുകൾക്ക് വേണ്ട ക്വിബിറ്റുകൾ ഉണ്ടാക്കി. ഒരു ഗ്രാജുവേറ്റ് വിദ്യാർത്ഥിയായിരിക്കെ, ക്ലാർക്കിൻ്റെ ലാബിൽ ടണലിങ് പരീക്ഷണങ്ങൾ ചെയ്തു. ഇത് ഭാവിയിൽ ഗൂഗിളിൻ്റെ ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടറുകൾക്ക് അടിത്തറയിട്ടു – ഒരു സൂപ്പർഹീറോയുടെ പവർ സ്യൂട്ട് ഉണ്ടാക്കുന്നത് പോലെ, സാധാരണ കമ്പ്യൂട്ടറുകളെക്കാൾ വേഗത്തിലുള്ളത്.

ക്വാണ്ടം ടണലിങ്: മതിലിനുള്ളിലൂടെ കടക്കുന്ന മാജിക്

നമുക്ക് ഒരു ഉപമ പറയാം. ഒരു ബോൾ മതിലിനു മുന്നിൽ വന്നാൽ, അത് മതിൽ കടക്കാൻ ശക്തി വേണം, അല്ലെങ്കിൽ തിരിച്ചുപോകും. പക്ഷേ, ക്വാണ്ടം ലോകത്ത് (അണുക്കളുടെ ചെറിയ ലോകം), ബോൾ "മതിലിനുള്ളിലൂടെ " കടന്നുപോകും – ഒരു മാന്ത്രിക ടണൽ വഴി!  ഒരു കുട്ടി ഗേറ്റ് തുറക്കാതെ വേലിയിലൂടെ ഓടിക്കയറുന്നത് പോലെ, അല്ലെങ്കിൽ ഒരു മീൻ വെള്ളത്തിലൂടെ സ്വതന്ത്രമായി നീന്തുന്നത് പോലെ, യാതൊരു തടസ്സവുമില്ലാതെ.

ഉദാഹരണം: സൂര്യൻ്റെ ഉള്ളിൽ, കണികകൾ ടണലിങ് വഴി ഒന്നിക്കുന്നു, അതാണ് സൂര്യനെ തിളങ്ങാൻ സഹായിക്കുന്നത്. സാധാരണ ടണലിങ് ചെറിയ കണികകൾക്ക് മാത്രമാണ് . പക്ഷേ,  ഒരു വലിയ ചിപ്പിൽ (1 സെന്റിമീറ്റർ) ടണലിങ്  സാധ്യമാണെന്ന് ഈ മൂന്നുപേർ തെളിയിച്ചു .  അവർ ഒരു "സൂപ്പർകണ്ടക്ടർ" ഉപയോഗിച്ചു – അതിൽ ബില്യൺ കണികകൾ ഒരുമിച്ച് "നൃത്തം" ചെയ്യുന്നു, ഒരു വലിയ കണികയെപ്പോലെ. ഒരു ഗ്രൂപ്പ് ഡാൻസ് പോലെ, എല്ലാവരും ഒരുമിച്ച് ചലിക്കുന്നു!

 ക്വാണ്ടം ടണലിങ് – ബോൾ മതിലിനുള്ളിലൂടെ കടക്കുന്ന ചിത്രം. 

 ടണലിങ് എത്ര വേഗം? – ഊർജ്ജം കൂടുമ്പോൾ വേഗം കൂടുന്നു

ജോസഫ്സൺ ജങ്ക്ഷൻ: വൈദ്യുതിയുടെ മാന്ത്രിക പാലം

ജോസഫ്സൺ ജങ്ക്ഷൻ എന്താണ്?

രണ്ട് സൂപ്പർകണ്ടക്ടറുകൾ (തണുത്ത ലോഹങ്ങൾ) എടുക്കുക. അവയ്ക്കിടയിൽ ഒരു പാളി (ഇൻസുലേറ്റർ) വയ്ക്കുക. സാധാരണയായി, വൈദ്യുതി ഈ പാളിയിൽ തടയപ്പെടും. പക്ഷേ, ക്വാണ്ടം ടണലിങ് കാരണം, വൈദ്യുതി "പാലം" കടന്ന് ഒഴുകുന്നു – ഒരു മാന്ത്രിക ബ്രിഡ്ജ്! രണ്ട് സുഹൃത്തുക്കൾ ഭിത്തിക്കിടയിലൂടെ രഹസ്യം പറയുന്നത് പോലെ, യാതൊരു ശബ്ദമില്ലാതെ വാക്കുകൾ കടക്കുന്നു. അല്ലെങ്കിൽ, രണ്ട് തടാകങ്ങൾക്കിടയിലുള്ള ഒരു ചെറിയ കനൽ, പക്ഷേ വെള്ളം സ്വതന്ത്രമായി ഒഴുകുന്നു!

 രണ്ട് നദികൾക്കിടയിൽ ഒരു മതിൽ. വെള്ളം (വൈദ്യുതി) മതിലിനുള്ളിലൂടെ ഒഴുകുന്നു! ഈ ജങ്ക്ഷൻ 1973-ലെ നോബൽ ജേതാവ് ബ്രയാൻ ജോസഫ്സൺ കണ്ടെത്തിയതാണ്. ഈ മൂന്നുപേർ ഇത് ഉപയോഗിച്ച് ഒരു ചിപ്പ് ഉണ്ടാക്കി, ടണലിങ് എങ്ങനെയെന്ന് കാണിച്ചു. ഒരു ടീം ഗെയിം പോലെ, എല്ലാ ഘടകങ്ങളും  ഒരുമിച്ച് പ്രവർത്തിക്കുന്നു.

 ജോസഫ്സൺ ജങ്ക്ഷൻ – രണ്ട് സൂപ്പർകണ്ടക്ടറുകൾക്കിടയിലുള്ള പാളി. 

അവരുടെ പരീക്ഷണം

1984-85-ൽ, ക്ലാർക്ക് (ലീഡർ), ഡെവോറെറ്റ് (പോസ്റ്റ്ഡോക്), മാർട്ടിനിസ് (വിദ്യാർത്ഥി) ഒരു ചെറിയ ചിപ്പ് ഉണ്ടാക്കി. അതിൽ ജോസഫ്സൺ ജങ്ക്ഷനുകൾ ഉണ്ടായിരുന്നു. തണുപ്പിൽ (മൈനസ് 270 ഡിഗ്രി!), വൈദ്യുതി ഒഴുകി, പക്ഷേ ചിലപ്പോൾ "കുടുങ്ങി". ടണലിങ് വഴി, വൈദ്യുതി "എസ്കേപ്പ്" ചെയ്തു, വോൾട്ടേജ് ഉണ്ടാക്കി. ഒരു പക്ഷി കൂട്ടിൽ നിന്ന് പറന്നുപോകുന്നത് പോലെ! അവർ മൈക്രോവേവ് ലൈറ്റ് ഉപയോഗിച്ച് പരീക്ഷിച്ചു – ചില പ്രത്യേക "നിറങ്ങൾ" (ഫ്രീക്വൻസി) മാത്രം ആഗിരണം ചെയ്യപ്പെട്ടു. ഇത് ഒരു "നക്‌ഷത്രം" പോലെ – ചെറുതല്ല, പക്ഷേ ക്വാണ്ടം! ഒരു പസിൽ ഗെയിം പോലെ, ശരിയായ കീകൾ മാത്രം ഫിറ്റ് ആകുന്നു.

ക്ലാർക്ക് പറഞ്ഞു: “ഞങ്ങൾ ദിവസങ്ങളോളം ചർച്ച ചെയ്തു. ഇത് കണ്ടെത്താൻ വളരെ സമയമെടുത്തു.” അവർക്ക് ആ കാലത്ത് തന്നെ ഇതിന്റെ പ്രാധാന്യം തിരിച്ചറിഞ്ഞു, പക്ഷേ 40 വർഷം കഴിഞ്ഞ് ഇത്ര വലിയ മാറ്റം ഉണ്ടാക്കുമെന്ന് അവർ ഊഹിച്ചില്ല!

 പരീക്ഷണ ഫലം – മൈക്രോവേവ് ഫ്രീക്വൻസിയിൽ പീക്കുകൾ (ലൈൻ ഗ്രാഫ്).:

ഈ കണ്ടെത്തലിന്റെ പ്രാധാന്യം

ഈ മൂവർ സംഘം ഭാവിയിലെ ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടറുകൾക്ക് വഴിയൊരുക്കിയിരിക്കുകയാണ് . സാധാരണ കമ്പ്യൂട്ടറുകൾ മണിക്കൂറുകൾ എടുത്ത് പരിഹരിക്കുന്ന  പ്രശ്നങ്ങൾ, ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടർ മിനിറ്റുകൾ കൊണ്ട് തീർക്കും! ഒരു ലൈബ്രറിയിൽ ഒരു പുസ്തകം തിരയുന്നത് പോലെ – സാധാരണ കമ്പ്യൂട്ടർ ഓരോ പുസ്തകവും തുറക്കും, പക്ഷേ ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടർ എല്ലാ പുസ്തകങ്ങളും ഒരേസമയം തുറക്കുന്നു! ഉദാഹരണം:

• പുതിയ മരുന്നുകൾ: ഒരു ഡോക്ടർ രോഗത്തിൻ്റെ  എല്ലാ വശങ്ങളും ഒരേസമയം പരിശോധിക്കുന്നത് പോലെ.
• കാലാവസ്ഥാ പ്രവചനം: മഴയുടെ എല്ലാ സാധ്യതകളും ഒരേസമയം കാണുന്നത് പോലെ.
• സുരക്ഷിത ഇന്റർനെറ്റ്: ഒരു ലോക്ക്, യാതൊരു കീയും തുറക്കാത്തത്.

MRI, മറ്റു സെൻസറുകൾ – ഇവയിലെല്ലാം ഇവരുടെ സാങ്കേതികവിദ്യ ഉണ്ട്.

                                                                                                                                                       ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടർ ചിപ്പ്. 

 ക്വാണ്ടം vs. സാധാരണ കമ്പ്യൂട്ടർ – വേഗത 

ജോൺ ക്ലാർക്ക്, മിഷേൽ ഡെവോറെറ്റ്, ജോൺ മാർട്ടിനിസ് – ഈ മൂന്നുപേർ നമ്മുടെ ലോകത്തെ മാറ്റിമറിക്കുന്ന കണ്ടെത്തലുകളാണ് നടത്തിയിട്ടുള്ളത് . . ഒരു മതിലിനുള്ളിലൂടെ വൈദ്യുതി കടക്കുമെന്ന് അവർ യുക്തിഭദ്രമായും സാങ്കേതികമായും തെളിയിച്ചു . , ഭാവി ടെക്നോളജിക്ക് വഴിയൊരുക്കി. 11 മില്യൺ സ്വീഡിഷ് ക്രോണയാണ് നോബൽ സമ്മാനം – അവർ മൂന്നുപേർക്കുമായി  പങ്കിട്ടു. നമ്മുടെ ഫോണും , കമ്പ്യൂട്ടറും  ഒക്കെ ഒരു ദിവസം ക്വാണ്ടം മാജിക് ഉപയോഗിക്കും – അത് അതുവരെയുള്ള  സങ്കേതങ്ങളെ അത്ഭുതകരമായി മാറ്റിത്തീർക്കും .  ആ വിപ്ലവത്തിന്റെ  പ്രവാചകന്മാരാണ് ഈ മൂന്നുപേരും .   വരുംകാലം  ഇവരുടെ കണ്ടെത്തലുകളാൽ  മാറിമറിയുന്നത്  നമുക്ക് കണ്ടുനിൽക്കാം .