The speed of quantum entanglement is a startling discovery

 কোয়ান্টাম এনট্যাংগলমেন্টের গতি একটি চমকপ্রদ আবিষ্কার | The speed of quantum entanglement is a startling discovery

কোয়ান্টাম এনট্যাংগলমেন্টের কথা শুনলেই মনে হয় আমরা যেন এক বিজ্ঞান কল্পকাহিনীর জগতে প্রবেশ করেছি! এটি এমন এক রহস্যময় ঘটনা, যেখানে দুটি কণা একে অপরের সঙ্গে এত নিবিড়ভাবে সংযুক্ত বা বিজড়িত থাকে যে, একটির অবস্থা জানা মাত্রই অন্যটির অবস্থা তৎক্ষণাৎ জানা যায়—এমনকি তারা মহাবিশ্বের দুই প্রান্তে অবস্থান করলেও! 

সেকারণেই কোয়ান্টাম এনট্যাংগলমেন্টেকে বাংলায় বলা হয় কোয়ান্টাম বিজড়ন। কণাগুলি পরস্পরের থেকে অতিবৃহৎ দূরত্বে অবস্থান করলেও বিজড়িত অবস্থা বজায় থাকে। 

বিজ্ঞানী আলবার্ট আইনস্টাইন এই ঘটনাকে "দূর থেকে ভুতুড়ে ক্রিয়া" (spooky action at a distance) বলে আখ্যায়িত করেছিলেন, কারণ তার মনে হয়েছিল এটি আলোর গতির সীমাবদ্ধতা লঙ্ঘন করছে। কিন্তু সম্প্রতি এক যুগান্তকারী গবেষণায় বিজ্ঞানীরা আবিষ্কার করেছেন যে এই এনট্যাংগলমেন্ট ঠিক তাৎক্ষণিক নয়, বরং এটি ঘটতে একটি অতি ক্ষুদ্র সময় নেয়—মাত্র ২৩২ অ্যাটোসেকেন্ড। এই আবিষ্কার কোয়ান্টাম জগত সম্পর্কে আমাদের বোঝাপড়াকে আরও বিস্তৃত করেছে।

.

অ্যাটোসেকেন্ড কী?

অ্যাটোসেকেন্ড হল এমন একটি সময়ের একক, যা আমাদের কল্পনারও বাইরে। এটি এক সেকেন্ডের এক কুইন্টিলিয়ন ভাগের এক ভাগ, অর্থাৎ 10⁻¹⁸ সেকেন্ড। অন্যভাবে বললে, ১-এর পর ১৮টি শূন্য বসালে যে সংখ্যাটি (১,০০০,০০০,০০০,০০০,০০০,০০০) হয়, সেই সংখ্যা দিয়ে এক সেকেন্ডকে ভাগ করলে যে সময় পাওয়া যায়, সেটাই অ্যাটোসেকেন্ড। 

এই সময়ে আলো আপনার ল্যাপটপের এক ইঞ্চিও অতিক্রম করতে পারবে না। আমাদের চোখের পলক ফেলতে যেখানে প্রায় ১০০ মিলিসেকেন্ড সময় লাগে, অ্যাটোসেকেন্ড তার তুলনায় কোটি কোটি গুণ দ্রুত!

.

আইনস্টাইনের 'ভূতুড়ে' প্রশ্নের সহজ ব্যাখ্যা

আমরা যেই জগতে বাস করি, সেই সাধারণ জগৎ আর পরমাণুর ভেতরের ক্ষুদ্র কণার জগৎ একেবারেই আলাদা। ক্ষুদ্র কণাগুলির আচরণ এতটাই অদ্ভুত যে বিজ্ঞানীদেরও এক সময় চোখ কপালে উঠেছিল! বিজ্ঞানীরা যখন দেখতে পেলেন শক্তি ছোট ছোট অংশে বা ‘কোয়ান্টা’য় বিভক্ত, তখন থেকেই কোয়ান্টাম মেকানিক্স নামে এক নতুন বিজ্ঞানশাখার সূচনা হয়।

তবে এই কোয়ান্টা কণার থেকেও বেশি রহস্যময় একটি ঘটনা হল কোয়ান্টাম এনট্যাংগলমেন্ট। এর মানে হল—দুটি কণা এমনভাবে জড়িয়ে যায় যে, একটার ওপর যেই মুহূর্তে কিছু ঘটে, অন্যটার ওপরও তখনই কিছু ঘটে—তারা যত দূরেই থাকুক না কেন!

এই বিষয়টি প্রথম আলোচনায় আসে ১৯৩৫ সালে, আলবার্ট আইনস্টাইন ও তার দুই সহকর্মী বরিস পোডলস্কি ও নাথান রোজেনের মাধ্যমে। তারা বলেছিলেন, এই এনট্যাংগলমেন্ট ব্যাপারটা কিছুটা “জাদুর কয়েনের” মত। 

ভাবুন, আপনার কাছে দুটি কয়েন আছে, যেগুলি সব সময় বিপরীত রেজাল্ট দেয়। আপনি একটি কাছে রাখলেন, আরেকটি বন্ধুকে দিলেন, যিনি অনেক দূরে চলে গেলেন। আপনি আপনার কয়েনটি ছুঁড়ে দেখলেন—‘হেড’! সঙ্গে সঙ্গে আপনি নিশ্চিত জানলেন, আপনার বন্ধুর কয়েন ‘টেইল’।

আইনস্টাইন এই ঘটনাটিকে “দূর থেকে ভূতুড়ে প্রভাব” (spooky action at a distance) বলতেন, কারণ এটি তার আপেক্ষিকতা তত্ত্বের সঙ্গে খাপ খায় না। আলোর গতির চেয়েও যেন দ্রুত তথ্য আদান-প্রদান হচ্ছে! তিনি মনে করতেন, কোয়ান্টাম তত্ত্ব কিছু একটা মিস করছে—কণাগুলির মধ্যে হয়ত আগে থেকেই কিছু গোপন নিয়ম (hidden variables) ঠিক করা থাকে।

এই রহস্য আরও গভীর হল ১৯৬৪ সালে, যখন বিজ্ঞানী জন বেল দেখালেন, এই লুকানো নিয়মগুলি আসলেই আছে কিনা তা পরীক্ষার জন্য কিছু গাণিতিক নিয়ম বানানো যায়—এটি পরিচিত ‘বেলের অসমতা’ নামে।

তারপর আসে ১৯৮০-এর দশক। বিজ্ঞানী অ্যালাইন অ্যাসপেক্ট ও তার সহকর্মীরা এই পরীক্ষাগুলি করে দেখেন, এবং তারা খুঁজে পান—বেলের নিয়ম ভেঙে যাচ্ছে! অর্থাৎ, কণাগুলির মধ্যে আগে থেকে কোনো গোপন চুক্তি ছিল না। বরং সত্যিই, এনট্যাংগলমেন্ট নামক এই "তাৎক্ষণিক প্রভাব" বাস্তবে ঘটে এবং এটি আলোর গতির সীমার মধ্যে বাঁধা পড়ে না।

এই আবিষ্কার কোয়ান্টাম মেকানিক্সকে আরও শক্ত ভিত্তি দেয়। যদিও এনট্যাংগলমেন্ট ঠিক কত দ্রুত কাজ করে, তা নিয়ে এখনও গবেষণা চলছে।

.

আগে কী ভাবা হত?

আগে বিজ্ঞানীরা মনে করতেন, কোয়ান্টাম এনট্যাংগলমেন্ট সম্পূর্ণ তাৎক্ষণিকভাবে ঘটে। যেমন, একটি পরমাণু থেকে যখন একটি ইলেকট্রন আলোর আঘাতে বেরিয়ে আসে, তখন ধরে নেওয়া হত যে এই প্রক্রিয়াটি কোনো পরিমাপযোগ্য সময় নেয় না। একইভাবে, যখন দুটি কণা এনট্যাংগল্ড হয়, তাদের মধ্যে সম্পর্কও অবিলম্বে তৈরি হয় বলেই মনে করা হত। কিন্তু এই নতুন গবেষণা দেখিয়েছে যে এই ঘটনাগুলির জন্য একটি নির্দিষ্ট সময় লাগে—যদিও তা অবিশ্বাস্যভাবে অল্প সময়।

.

গবেষণাটি কীভাবে করা হয়েছে?

অস্ট্রিয়ার টেকনিক্যাল ইউনিভার্সিটি অফ ভিয়েনা (TU Wien) এবং চীনের কিছু বিজ্ঞানী এই যুগান্তকারী গবেষণা চালিয়েছেন। তারা অত্যন্ত শক্তিশালী ও উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সির লেজার ব্যবহার করে অ্যাটোসেকেন্ড পালস তৈরি করেছেন। এই পালস দিয়ে তারা একটি পরমাণুর ওপর আঘাত করেন, যার ফলে একটি ইলেকট্রন পরমাণু থেকে বেরিয়ে যায় এবং আরেকটি ইলেকট্রন পরমাণুর মধ্যে উচ্চ শক্তির স্তরে ওঠে। এই দুটি ইলেকট্রন তখন একে অপরের সঙ্গে এনট্যাংগল্ড হয়ে যায়।

গবেষকরা এই এনট্যাংগলমেন্ট তৈরির মুহূর্তটি ধরতে সক্ষম হয়েছেন এবং দেখেছেন যে এটি গড়ে ২৩২ অ্যাটোসেকেন্ড সময় নেয়। এই ফলাফল নেচার ফিজিক্স জার্নালে প্রকাশিত হয়েছে (প্রকাশ: ২০২৪, DOI: 10.1038/s41567-024-02777-8)। গবেষণায় ক্রিপটন পরমাণু ব্যবহার করা হয়েছিল, কারণ এর ইলেকট্রন কাঠামো সুনির্দিষ্টভাবে পরিমাপ করা সম্ভব এবং এটি এই ধরনের সূক্ষ্ম পরীক্ষার জন্য আদর্শ।

.

এনট্যাংগলমেন্টের আচরণ কেমন?

কোয়ান্টাম জগতের একটি অদ্ভুত বৈশিষ্ট্য হল সুপারপজিশন। এর অর্থ হল, একটি কণা একই সঙ্গে একাধিক অবস্থায় থাকতে পারে, যেমন একটি মুদ্রা একই সাথে হেড ও টেইল উভয় অবস্থাতেই থাকতে পারে যতক্ষণ না আমরা এটিকে দেখি। যখন আমরা একটি ইলেকট্রনের অবস্থা পরিমাপ করি, তখন এই সম্ভাবনার তরঙ্গ একটি নির্দিষ্ট অবস্থায় "স্থির" হয়ে আসে।

এই গবেষণায় দেখা গেছে, যে ইলেকট্রনটি পরমাণুতে রয়ে যায়, তার শক্তির স্তরের উপর নির্ভর করে বোঝা যায় যে বেরিয়ে যাওয়া ইলেকট্রনটি কখন বেরিয়েছিল। উচ্চ শক্তির স্তরে থাকলে বোঝা যায় ইলেকট্রনটি আগে বেরিয়েছিল, আর কম শক্তির স্তরে থাকলে বোঝা যায় পরে বেরিয়েছিল। এই সময়ের পার্থক্যই হল সেই ২৩২ অ্যাটোসেকেন্ড।

.

কেন এটি গুরুত্বপূর্ণ?

এই আবিষ্কার শুধু কোয়ান্টাম জগতের রহস্য উন্মোচনের জন্যই নয়, ভবিষ্যতের প্রযুক্তির জন্যও বিশাল সম্ভাবনা তৈরি করেছে। কিছু সম্ভাব্য প্রয়োগ হল:

১. কোয়ান্টাম কম্পিউটার: কোয়ান্টাম কম্পিউটার সাধারণ কম্পিউটারের চেয়ে অনেক দ্রুত জটিল হিসাব করতে পারে। এনট্যাংগলমেন্টের সময় জানা গেলে কোয়ান্টাম বিট (কিউবিট) তৈরির প্রক্রিয়া আরও নিয়ন্ত্রিত ও ত্রুটিমুক্ত করা সম্ভব হবে।

২. নিরাপদ যোগাযোগ: কোয়ান্টাম এনক্রিপশন, যেমন কোয়ান্টাম কী ডিস্ট্রিবিউশন (QKD), ব্যবহার করে হ্যাক-প্রুফ তথ্য আদান-প্রদান সম্ভব। এটি ব্যাংকিং বা সামরিক যোগাযোগের মত সংবেদনশীল ক্ষেত্রে ব্যবহার করা যেতে পারে।

৩. অতি সংবেদনশীল সেন্সর: এই প্রযুক্তি দিয়ে এমন সেন্সর তৈরি করা যেতে পারে, যা পরিবেশের অতি সূক্ষ্ম পরিবর্তন ধরতে সক্ষম, যেমন চিকিৎসা সরঞ্জামে রোগ নির্ণয়ের জন্য।

এই সময় পরিমাপের মাধ্যমে এনট্যাংগলমেন্ট কখন এবং কীভাবে তৈরি হয়, তা নিয়ন্ত্রণ করা সহজ হবে। এটি কোয়ান্টাম প্রযুক্তিকে আরও বাস্তবসম্মত করে তুলবে।

.

ভবিষ্যতের সম্ভাবনা

গবেষকরা এখন আরও উন্নত লেজার প্রযুক্তি ব্যবহার করে এই ঘটনাগুলি বিশদভাবে পর্যবেক্ষণ করতে চান। যখন একটি ইলেকট্রন পরমাণু থেকে বেরিয়ে আসে, তখন এটি একটি তরঙ্গের মত ছড়িয়ে পড়ে। এই তরঙ্গের ছড়িয়ে পড়ার সময়েই এনট্যাংগলমেন্ট তৈরি হয়। ভবিষ্যতে এই প্রক্রিয়া আরও সুনির্দিষ্টভাবে নিয়ন্ত্রণ করা গেলে কোয়ান্টাম ইন্টারনেট (দ্রুত ও নিরাপদ তথ্য স্থানান্তরের নেটওয়ার্ক) এবং কোয়ান্টাম সিমুলেশন (নতুন উপাদান বা ওষুধের নকশা) এর মত ক্ষেত্রে বিপ্লব ঘটতে পারে।

.

এই গবেষণা আমাদের দেখিয়েছে যে, যে ঘটনাগুলিকে আমরা তাৎক্ষণিক মনে করতাম, তাদেরও একটি নির্দিষ্ট সময়সীমা রয়েছে। ২৩২ অ্যাটোসেকেন্ড হল এমন একটি সময়, যা কোয়ান্টাম জগতের নতুন দরজা খুলে দিয়েছে। এই আবিষ্কার শুধু বিজ্ঞানের পাঠ্যবইয়ে নতুন অধ্যায় যোগ করেনি, বরং ভবিষ্যতের প্রযুক্তির জন্য একটি নতুন পথ তৈরি করেছে।