उलझी हुई परमाणु घड़ियाँ

उलझी हुई परमाणु घड़ियाँ- यूपीएससी परीक्षा के लिए प्रासंगिकता

• सामान्य अध्ययन III- सूचना प्रौद्योगिकी, अंतरिक्ष, कंप्यूटर, रोबोटिक्स, नैनो-प्रौद्योगिकी, जैव-प्रौद्योगिकी, औषधि क्षेत्र एवं स्वास्थ्य विज्ञान के क्षेत्र में जागरूकता।

परमाणु घड़ियाँ चर्चा में क्यों है? 

पहली बार, ऑक्सफोर्ड विश्वविद्यालय के वैज्ञानिक दो उलझी हुई प्रकाशीय (ऑप्टिकल) परमाणु घड़ियों के नेटवर्क का प्रदर्शन करने में सक्षम हुए हैं।

• उच्च परिशुद्धता परमाणु घड़ियों एवं परिमाण (क्वांटम) उलझाव को पूर्ण रूप से प्राप्त कर लिया गया है।
• इसका तात्पर्य है कि उनकी आवृत्तियों को एक साथ मापने में अंतर्निहित अनिश्चितता अत्यधिक कम हो जाती है।

परमाणु घड़ियां क्या हैं?

• एक परमाणु घड़ी एक ऐसी घड़ी है जो परमाणुओं की अनुनाद आवृत्तियों को अपने अनुनादक के रूप में उपयोग करती है।
• सीज़ियम समय निर्धारण प्रक्रिया (टाइमकीपिंग) में अविश्वसनीय रूप से परिशुद्ध है एवं इसका उपयोग परमाणु घड़ियों में किया जाता है।

उलझाव

• उलझाव (एंटेंगलमेंट) एक क्वांटम घटना है जिसमें दो या दो से अधिक कण एक साथ जुड़ जाते हैं, यहां तक ​​​​कि विशाल दूरी पर भी जुड़ जाते हैं ताकि उन्हें अब स्वतंत्र रूप से वर्णित नहीं किया जा सकता है।
• यह क्वांटम सिद्धांत द्वारा निर्धारित परिशुद्धता की मूलभूत सीमा तक पहुंचने की कुंजी है।
• पिछले प्रयोगों ने प्रदर्शित किया है कि मापन की गुणवत्ता में सुधार के लिए एक ही प्रणाली में दो परमाणु घड़ियों के मध्य उलझाव का उपयोग किया जा सकता है।
• यह प्रथम अवसर है जब शोधकर्ता दो पृथक पृथक, सुदूर से उलझी हुई प्रणालियों में घड़ियों के मध्य इसे प्राप्त करने में सक्षम हुए हैं।

अंतरिक्ष में दिशा ज्ञान हेतु घड़ियों का उपयोग करें

• पृथ्वी से अंतरिक्ष यान की दूरी निर्धारित करने के लिए, मार्गनिर्देशक अंतरिक्ष यान को एक संकेत भेजते हैं, जो  पुनः उसे पृथ्वी पर वापस भेज देता है।
• संकेत (सिग्नल) को उस दो-तरफा यात्रा के लिए आवश्यक समय पृथ्वी से अंतरिक्ष यान की दूरी को प्रकट करता है, क्योंकि सिग्नल एक ज्ञात गति (प्रकाश की गति) से यात्रा करता है।
• यद्यपि यह जटिल प्रतीत हो सकता है, हम में से अधिकांश प्रत्येक दिन इस अवधारणा का उपयोग करते हैं। किराने की दुकान आपके घर से 30 मिनट की पैदल दूरी पर हो सकती है।
• यदि आप जानते हैं कि आप 20 मिनट में लगभग एक मील चल सकते हैं, तो आप स्टोर की दूरी की गणना कर सकते हैं।
• अनेक संकेत भेजकर एवं समय के साथ कई माप लेकर, मार्गनिर्देशक (नेविगेटर) अंतरिक्ष यान के प्रक्षेपवक्र की गणना कर सकते हैं: यह कहां है एवं यह कहां जा रहा है।

परमाणु घड़ियों की आवश्यकता

• एक मीटर के भीतर अंतरिक्ष यान की स्थिति जानने के लिए, मार्ग निर्देशकों को परिशुद्ध समय विश्लेषण के साथ घड़ियों की आवश्यकता होती है – ऐसी घड़ियाँ जो एक सेकंड के अरबवें हिस्से को माप सकती हों।
• मार्ग निर्देशक को ऐसी घड़ियों की भी आवश्यकता होती है जो अत्यधिक स्थिर हों।
• स्थिरता से तात्पर्य है कि कैसे एक घड़ी लगातार समय की एक इकाई को मापती है; उदाहरण के लिए, एक सेकंड की लंबाई का इसका माप दिनों एवं हफ्तों में समान (एक सेकंड के अरबवें हिस्से से बेहतर) होना चाहिए।

एक घड़ी में एक दोलित्र क्या होता है?

• अधिकांश आधुनिक घड़ियाँ, कलाई घड़ी से लेकर उपग्रहों पर उपयोग की जाने वाली घड़ियों तक, क्वार्ट्ज क्रिस्टल दोलित्र (ऑसिलेटर) का उपयोग करके समय का निर्धारण हैं।
• ये उपकरण इस तथ्य का लाभ उठाते हैं कि क्वार्ट्ज क्रिस्टल एक परिशुद्ध आवृत्ति पर कंपन करते हैं जब उन पर विद्युत संचालन शक्ति (वोल्टेज) उन पर आरोपित किया जाता है।
• क्रिस्टल के कंपन दादाजी की घड़ी के पेंडुलम की तरह कार्य करते हैं, जिससे पता चलता है कि कितना समय बीत चुका है।

घड़ियों में परमाणुओं की भूमिका

• अंतरिक्ष नेविगेशन मानकों के अनुसार, क्वार्ट्ज क्रिस्टल घड़ियां अत्यधिक स्थिर नहीं हैं।
• मात्र एक घंटे के बाद, यहां तक ​​कि सर्वोत्तम प्रदर्शन करने वाले क्वार्ट्ज दोलित्र को एक नैनो सेकंड (एक सेकंड का एक अरबवां) द्वारा बंद किया जा सकता है।
• छह सप्ताह के बाद, वे एक पूर्ण मिली सेकंड (एक सेकंड का एक हजारवां) या 185 मील (300 किलोमीटर) की दूरी की त्रुटि से बंद हो सकते हैं।
• तीव्र गति से चलने वाले अंतरिक्ष यान की स्थिति को मापने पर इसका बहुत बड़ा प्रभाव पड़ेगा।
• परमाणु घड़ियाँ अधिक स्थिरता प्राप्त करने के लिए परमाणुओं के एक समूह के साथ एक क्वार्ट्ज क्रिस्टल दोलित्र को जोड़ती हैं।