प्रकाश गोठला आणि क्रांती झाली!

सध्या विज्ञान, माहिती तंत्रज्ञान, कॉन्टम फिजिक्स, फायबर ऑप्टिक्स, सायबर सिक्युरिटी आणि एआय या सर्वच क्षेत्रांवर प्रभाव टाकणारा आणि त्यात अभूतपूर्व बदल घडवणारा एक शोध शास्त्रज्ञांनी लावला आहे. चला तर जाणून घेऊया, या सर्व क्षेत्रांचा परस्परसंबंध आणि या अद्भुत शोधाबद्दल!

"नेचर" नावाच्या विज्ञान मासिकात एप्रिल 2025 मध्ये एक बातमी आली होती की, शास्त्रज्ञांनी प्रकाश यशस्वीपणे "गोठवला" आहे. हे कसे केले आणि कशासाठी केले ते आपण समजून घेऊच, पण त्याआधी काही संकल्पना जाणून घेऊ!

आपल्याला माहित आहे की, पाणी गोठवल्यावर बर्फ तयार होतो. पण अलीकडे शास्त्रज्ञांनी प्रकाशालाच तात्पुरता "गोठवण्यात" यश मिळवले आहे. म्हणजेच त्यांनी प्रकाश थांबवून ठेवला आणि नंतर पुन्हा तो मूळ स्वरूपात बाहेर सोडला. हे ऐकायला जरी विचित्र वाटत असले, तरी सत्य आहे. हा शोध विज्ञानासाठी फार मोठा टप्पा आहे. क्रांती आहे.

आपण शाळेत शिकलो आहे की, पदार्थाच्या तीन मुख्य अवस्था असतात: घन (सॉलिड), द्रव (लिक्विड) आणि वायू (गॅस). याशिवाय प्लाझ्मा ही चौथी अवस्था असते म्हणजे खूप गरम आणि ऊर्जायुक्त वायू. यात इलेक्ट्रॉन्स आणि आयन्स वेगळे होऊन फिरतात!

आता आपण पदार्थांच्या सुपरफ्लुइड आणि सुपरसॉलिड या आणखी दोन अवस्था म्हणजे काय आहेत ते बघू!

"सॉलिड" म्हणजे पदार्थाची अशी अवस्था असते, जिथे गोष्टी घट्ट आणि एका जागी असतात. त्यांचा आकार बदलत नाही. अणू एकमेकांना चिकटलेले असतात आणि फक्त थोडेसे हलतात (कंपन करतात). उदाहरण: बर्फ, लोखंड, लाकूड.

"सुपरफ्लुइड" ही द्रवाची एक खास अवस्था आहे, जी खूप थंड तापमानात येते. यात द्रव कोणत्याही अडथळ्याशिवाय, घर्षण न होता, अगदी सहज वाहतो.

"सुपरसॉलिड" ही सॉलिड आणि सुपरफ्लुइड यांचे मिश्रण आहे. यात पदार्थाची रचना सॉलिडसारखी असते, पण तरीही तो द्रवासारखा घर्षणाविना वाहू शकतो. यात अणू जाळीसारखे रचलेले असतात, पण ते सरकू शकतात. हेही खूप थंड तापमानात घडते.

आता प्रकाश कसा गोठवला ते बघू!

शास्त्रज्ञांनी काही अणूंना अत्यंत कमी तापमानाला आणून थंड केले. अशा थंड अणूंच्या समूहाला बोस आइनस्टाईन कंडेनसेट (BEC) म्हणतात. या थंड अणूंवर लेझर टाकल्यावर, अणूंनी प्रकाशातील कण (फोटॉन्स) स्वतःमध्ये अडकवले. त्यामुळे प्रकाशाची गती थांबली, म्हणजे तो "गोठला". नंतर गरज पडल्यावर तेच फोटॉन्स पुन्हा प्रकाशाच्या स्वरूपात बाहेर सोडले. हा गोठवलेला प्रकाश "सुपरसॉलिड" या अवस्थेसारखा वागला.

आता याचा उपयोग काय ते बघू!

क्वांटम फिजिक्स हे विज्ञानाचे असे एक क्षेत्र आहे जे खूप सूक्ष्म कणांचा अभ्यास करते, जसे की अणू, इलेक्ट्रॉन्स आणि प्रकाश कण (फोटॉन).

सामान्य फिजिक्स हे मोठ्या वस्तूंसाठी (जसे गाड्या, ग्रह) नियम सांगते, पण छोट्या कणांसाठी क्वांटम नियम लागू होतात. क्वांटम कॉम्प्युटिंगमध्ये गणना खूप वेगवान होते. त्यासाठी क्यूबिट्स (क्वांटम बिट्स) ची गरज असते. हे क्यूबिट्स बनवण्यात सुपरसॉलिड प्रकाश (गोठलेला प्रकाश) मदत करतो. सामान्य कॉम्प्युटरमध्ये माहिती बायनरी (0 किंवा 1) मध्ये साठवली जाते. क्वांटम कॉम्प्युटरमध्ये माहिती क्यूबिट्समध्ये साठवली जाते. म्हणजे, त्यात 0 किंवा 1 आणि एकाच वेळी दोन्ही (0 आणि 1) असू शकतात, ज्यामुळे गणना खूप वेगवान होते!

पुढे आपण क्वांटम फिजिक्स आणि फायबर ऑप्टिक्सचे नाते काय आहे ते समजून घेऊ!

फायबर ऑप्टिक्स केबल्स म्हणजे बारीक काचेच्या किंवा प्लास्टिकच्या तारा (केबल्स) ज्यातून प्रकाशाच्या मदतीने माहिती (डेटा) पाठवली जाते. यात विजेऐवजी प्रकाशाचा वापर होतो. प्रकाश आतल्या काचेच्या तारेत आरशासारखा परावर्तित होत पुढे पुढे जातो. त्यामुळे डेटा खूप वेगाने आणि लांब अंतरावर आणि सुरक्षितरित्या पाठवता येतो. हा डेटा मध्येच कुणीही कॉपी करु शकत नाही, जसे इलेक्ट्रिक तारेला दुसरी इलेक्ट्रिक तार जोडून डेटा कॉपी होतो.

तसेच, क्वांटम की डिस्ट्रिब्यूशन (Quantum Key Distribution) मुळे डेटा सुरक्षित होतो. हॅकिंगचा प्रयत्न झाला तर समजते. कसे? सांगतो!!

त्यासाठी क्वांटम एंटँगलमेंट ही संकल्पना आहे. यात दोन फोटॉन्स एकमेकांशी जोडलेले असतात. एकात बदल झाला की दुसऱ्यातही होतो, ते एकमेकांपासून कितीही दूर असले तरी. आहे ना अद्भुत! या क्वांटम एंटँगलमेंटचा वापर क्वांटम की डिस्ट्रिब्यूशन मध्ये होतो. क्वांटम की डिस्ट्रिब्यूशन हा पूर्ण वेगळा विषय आहे पण येथे एवढेच लक्षात ठेवा की, त्याच्या मदतीने डेटा सुरक्षितपणे एका ठिकाणाहून दुसऱ्या ठिकाणी पाठवता येतो, तसेच योग्य आणि नेमून दिलेला व्यक्तीच तो डेटा पाहू शकतो. डेटा एन्क्रिप्शन आणि डिक्रिप्शन मध्ये याचा वापर होतो. म्हणजे डेटा हा कोड लँग्वेज मध्ये रूपांतरित करून पुन्हा मूळ रूपात आणणे आणि तो ठरलेल्या व्यक्तींनीच बघू शकणे!

प्रकाश गोठवून क्वांटम कम्युनिकेशन अधिक सुरक्षित होईल, ज्याने हॅकिंग-प्रूफ नेटवर्क किंवा क्वांटम इंटरनेट येईल. हे ऑप्टिकल डेटा स्टोरेजसाठीही उपयुक्त होईल, ज्यामुळे डेटा अतिशय वेगवान पद्धतीने आणि सुरक्षितपणे साठवता येईल. भविष्यात हे सध्याच्या हार्ड ड्राइव्हपेक्षा सरस ठरेल. प्रकाश गोठवणे हे क्वांटम कॉम्प्युटिंग, सुरक्षित संवाद, सेन्सर्स आणि मेडिकल इमेजिंगमध्ये क्रांती आणेल.

प्रकाश गोठवण्याचे भविष्यातील अनेक वैज्ञानिक फायदे आहेत जे आपले जीवन बदलू शकतात. प्रकाश गोठवणे किंवा सुपरसॉलिड रूपात बदलणे हे तंत्रज्ञान भविष्यात अनेक क्षेत्रांत क्रांती घडवू शकते. हे फायदे इतके मोठे असतील की ते आपले दैनंदिन जीवन पूर्णपणे बदलतील. काही मुख्य फायदे सोप्या भाषेत सांगतो.

क्वांटम कॉम्प्युटर्स: आजचे कॉम्प्युटर्स मर्यादित आहेत, पण क्वांटम कॉम्प्युटर्स जटिल गणना सेकंदात करतील.

सुरक्षित इंटरनेट आणि कम्युनिकेशन: क्वांटम एंटँगलमेंट वापरून हॅकिंग-प्रूफ नेटवर्क बनतील. तुमचा बँक डेटा, वैयक्तिक माहिती कधीच चोरली जाणार नाही. सायबर हल्ले थांबतील, ज्याने अर्थव्यवस्था मजबूत होईल.

क्वांटम इंटरनेट: यामुळे जगभरातील संवाद वेगवान आणि सुरक्षित होईल.

अधिक अचूक सेन्सर्स आणि मोजणी: अल्ट्रा-प्रिसाईज एटॉमिक क्लॉक्स (खूप अचूक अणू घड्याळे) आणि क्वांटम गायरोस्कोप्स (गायरोस्कोप हा वस्तू किती आणि कोणत्या दिशेने फिरत आहे किंवा तिरकस होत आहे हे सांगते) बनतील. हे जीपीएस प्रणालीला अधिक अचूक करतील, ज्यामुळे कार, विमाने आणि जहाजे सुरक्षित चालतील. वैद्यकीय क्षेत्रात सेन्सर्स रोग लवकर ओळखतील, जसे की कॅन्सरची सुरुवातीची चिन्हे!

वेगवान डेटा स्टोरेज आणि ट्रान्सफर: प्रकाशावर आधारित मेमरी बनेल, जी आजच्या हार्ड डिस्कपेक्षा हजारो पट वेगवान असेल. क्लाउड स्टोरेज सुरक्षित आणि जलद होईल. यामुळे एआय आणि बिग डेटा प्रक्रिया वेगवान करेल, ज्याने व्यवसाय, शिक्षण आणि मनोरंजन क्षेत्र बदलतील.

मेडिकल इमेजिंग आणि उपचार: प्रकाश गोठवून उच्च रिझॉल्यूशन इमेजिंग शक्य होईल. डॉक्टर शरीरातील छोट्या आणि सूक्ष्म समस्या स्पष्ट पाहू शकतील. त्यामुळे ऑपरेशन्स अधिक सुरक्षित होतील.

ऊर्जा आणि पर्यावरण संबंधीत फायदे: क्वांटम टेक्नॉलॉजी ही ऊर्जेची बचत करेल आणि नवीन सोलर सेल्स बनवेल. हवामान बदल रोखण्यासाठी मॉडेलिंग वेगवान होईल.

क्वॉन्टम कॉम्प्युटिंग मुळे आर्टिफिशियल इंटेलिजन्स क्षेत्रात काय फायदे होतील?

क्वॉन्टम कॉम्प्युटर्स अनेक संभाव्यता एकाच वेळी तपासू शकतात (सुपरपोजिशन आणि एंटॅंगलमेंटच्या मदतीने). यामुळे डेटा प्रोसेसिंग आणि एआय मॉडेल ट्रेनिंग खूप जलद होते. उदाहरणार्थ, मोठ्या न्युरल नेटवर्क्सना ट्रेन करताना क्लासिकल कॉम्प्युटर्सना जे अनेक दिवस लागतात, ते क्वॉन्टम कॉम्प्युटर्स काही तासांत करू शकतात.

क्वॉन्टम अल्गोरिदम्स हे सध्याच्या नेटवर्कपेक्षा अधिक अचूक आणि शक्तिशाली असतील. यामुळे पॅटर्न रिकग्निशन, नॅचरल लँग्वेज अंडरस्टँडिंग, आणि डिसिजन मेकिंग मध्ये क्वॉन्टम AI खूप पुढे जाऊ शकते.

क्लासिकल म्हणजे सध्याच्या AI ला हाय डायमेन्शनल डेटा प्रोसेस करताना मर्यादा येतात. क्वॉन्टम कॉम्प्युटिंगमध्ये हिल्बर्ट स्पेसेस वापरून अशा डेटावर सहज काम करता येते. यामुळे जिनोमिक्स, क्लायमेट मॉडेलिंग, आणि फायनान्शियल फोरकास्टिंग सारख्या क्षेत्रात क्वॉन्टम AI उपयुक्त ठरेल.

क्वॉन्टम क्रिप्टोग्राफीचा वापर करून AI सिस्टीम्स अधिक सुरक्षित बनवता येतात. यामुळे डेटा प्रायव्हसी, सिक्युअर मॉडेल शेअरिंग, आणि टॅम्पर-प्रूफ (डेटाची अवैध छेडछाड रोखणे) लर्निंग शक्य होते.

क्वॉन्टम AI मुळे ड्रग डिस्कव्हरी, नवीन मटेरियल्स, आणि केमिकल सिम्युलेशन्स अधिक अचूक आणि जलद होतात.
उदाहरणार्थ, एखाद्या औषधाचा प्रभाव शरीरावर कसा होईल हे अधिक अचूकपणे सांगता येईल. तर याप्रमाणे प्रकाश गोठवण्यात यश आल्याने विज्ञानातील अनेक क्षेत्रात क्रांती होणार आहे.

निमिष सोनार, पुणे
(लेखक आयटी आणि टेलिकॉम क्षेत्रात कार्यरत आहेत)