ක්වොන්ටම් සම්ප්‍රේෂණය: අනාගතයේ තාක්ෂණික විප්ලවය

ඔබ කවදා හෝ තාරකා යුද්ධ (Star Wars) හෝ තාරකා පථය (Star Trek) වැනි විද්‍යා ප්‍රබන්ධ චිත්‍රපටයක ටෙලිපෝර්ටේෂන් තාක්ෂණය දැක තිබෙනවාද? එක් ස්ථානයක සිට තවත් ස්ථානයකට මිනිසුන් හෝ වස්තු එකවරම චලනය කිරීමේ හැකියාව එහිදී පෙන්වනවා. මේ ටෙලිපෝර්ටේෂන් යනු බොහෝ දෙනාගේ සිහිනයක්. නමුත්, ඔබ දන්නවාද, මෙවැනි තාක්ෂණයේ ආරම්භයක් ඇත්ත වශයෙන්ම විද්‍යාඥයන් විසින් සොයාගෙන තිබෙනවා? ඒ තමයි ක්වොන්ටම් සම්ප්‍රේෂණය (Quantum Teleportation).

ක්වොන්ටම් සම්ප්‍රේෂණය යනු කුමක්ද?

ක්වොන්ටම් සම්ප්‍රේෂණය යනු එක් ස්ථානයක ඇති අංශුවක (particle) තොරතුරු තවත් ස්ථානයකට එකවරම යැවීමේ ක්‍රියාවලියයි. මෙහිදී, භෞතික වස්තුවක් (උදාහරණයක් ලෙස, ඔබ හෝ මම) එක් තැනකින් තවත් තැනකට ගමන් කරන්නේ නැත. ඒ වෙනුවට, එම වස්තුවේ හෝ අංශුවේ තොරතුරු (quantum state) පමණක් යවනවා. මේ තොරතුරු ලැබුණු පසු, ඒවා භාවිතා කරමින් අනිත් පැත්තේ ඒ හා සමාන තත්ත්වයක් නිර්මාණය කරනවා.

සරලව කිව්වොත්, ඔබේ ගෙදර ඇති රෝස මලක තොරතුරු (එහි වර්ණය, හැඩය, ගන්ධය ආදිය) ලබාගෙන, ඒ තොරතුරු යම් තාක්ෂණයකින් වෙනත් ගෙදරකට යවා, එහිදී ඒ හා සමාන රෝස මලක් නිර්මාණය කිරීමට උත්සාහ කිරීමක් මෙයට සමානයි. නමුත්, මේ උදාහරණය තරමක් සරල බවත්, ක්වොන්ටම් ලෝකයේ මෙය ඉතා සංකීර්ණ බවත් මතක තබා ගන්න.

ක්වොන්ටම් යනු මොකක්ද?

මේ ගැන කතා කිරීමට පෙර, “Quantum” යන වචනය ගැන ටිකක් තේරුම් ගනිමු. මෙය ඉතා කුඩා මට්ටමක, එනම් පරමාණු (atoms) සහ ඊටත් කුඩා අංශු (subatomic particles) මට්ටමේ සිදුවන භෞතික විද්‍යාවේ එක් ක්ෂේත්‍රයකි. මෙහිදී, අපිට එදිනෙදා ජීවිතයේ දකින සාමාන්‍ය භෞතික රීති (උදාහරණයක් ලෙස, ගුරුත්වාකර්ෂණය) එතරම් වැදගත් නොවෙයි. ඒ වෙනුවට, අංශුවලට එකවර එක තැනකට වඩා සිටීම, එකිනෙකට බැඳීම (entanglement), සහ ඒවායේ තත්ත්වයන් බැලීමෙන් වෙනස් වීම වැනි අමුතු හැසිරීම් දකින්න ලැබෙනවා.

විරුද්ධාභාෂය හෙවත් පැරඩොක්ස් (Paradox) යනු කුමක්ද?

ක්වොන්ටම් සම්ප්‍රේෂණයේ මූලික ක්‍රියාවලිය

මෙම ක්‍රියාවලිය සිදු කිරීමට යම් යම් විශේෂ තත්ත්වයන් අවශ්‍ය වෙනවා. ඒවා තේරුම් ගැනීමට, අපි එය පියවරෙන් පියවර බලමු.

1. එකිනෙකට බැඳුණු අංශු (Entangled Particles):
   ක්වොන්ටම් සම්ප්‍රේෂණයේ ආරම්භය එකිනෙකට බැඳුණු (entangled) අංශු දෙකකින් ආරම්භ වෙනවා. මේ අංශු දෙක එකිනෙකට බැඳුණු විට, එකක තත්ත්වය වෙනස් කිරීමෙන් අනෙකත් එකවර වෙනස් වෙනවා, ඒවා එකිනෙකට කොතරම් දුරින් තිබුණත්. මෙය එකිනෙකට බැඳුණු දුරකථන දෙකකට සමානයි; එකකින් යමක් කිව්වොත්, අනෙකටත් එකවරම එය ලැබෙනවා.
2. තොරතුරු යැවීමට අංශුවක්:
   ඔබට යැවීමට අවශ්‍ය තොරතුරු ඇති අංශුවක් (quantum state) තිබෙනවා. මෙය ඔබේ “රෝස මල” හෝ යම් තොරතුරක් විය හැකියි.
3. මැනීම (Measurement):
   ඔබ යැවීමට අවශ්‍ය අංශුවේ තත්ත්වය එකිනෙකට බැඳුණු අංශුවක් සමඟ මනිනවා. මෙම මැනීමෙන් ලැබෙන තොරතුරු (bits) සාමාන්‍ය ක්‍රමයකින් (උදාහරණයක් ලෙස, ඉන්ටර්නෙට් හෝ දුරකථනයක් හරහා) අනිත් පැත්තට යවනවා.
4. තත්ත්වය නැවත නිර්මාණය කිරීම:
   අනිත් පැත්තේ ඇති එකිනෙකට බැඳුණු අංශුව, ලැබුණු තොරතුරු භාවිතා කරමින්, ඔබ යැවූ අංශුවේ තත්ත්වයට සමාන තත්ත්වයක් නිර්මාණය කරනවා. මේ අවස්ථාවේදී, ඔබේ මුල් අංශුවේ තත්ත්වය “විනාශ” වෙනවා, එනම් එය තවදුරටත් එම තත්ත්වයේ නැත.

මෙය ඇත්තටම ටෙලිපෝර්ටේෂන් ද?

බොහෝ දෙනෙක් හිතන්නේ ක්වොන්ටම් සම්ප්‍රේෂණය යනු මිනිසුන් හෝ වස්තු එක් තැනකින් තවත් තැනකට යැවීම බවයි. නමුත්, එය එසේ නොවෙයි. මෙහිදී යවන්නේ තොරතුරු පමණයි. උදාහරණයක් ලෙස, ඔබේ ශරීරයේ සෑම පරමාණුවකම තොරතුරු ලබාගෙන ඒවා යවා, අනිත් පැත්තේ ඔබව නැවත නිර්මාණය කිරීමට මේ තාක්ෂණය භාවිතා කළ හැකි වුවත්, එය තවමත් විද්‍යා ප්‍රබන්ධයකි. මේ වන විට, විද්‍යාඥයන් මෙය භාවිතා කරන්නේ ඉතා කුඩා අංශු, එනම් ෆෝටෝන (photons) හෝ ඉලෙක්ට්‍රෝන (electrons) වැනි දේවල් සම්ප්‍රේෂණය කිරීමට පමණයි.

ක්වොන්ටම් සම්ප්‍රේෂණයේ වැදගත්කම

මෙම තාක්ෂණය අනාගතයේ බොහෝ ක්ෂේත්‍රවලට බලපෑම් කළ හැකියි. ඒවායින් සමහරක් බලමු:

1. ක්වොන්ටම් පරිගණක:
   ක්වොන්ටම් පරිගණක ඉතා වේගවත් ගණනය කිරීම් සඳහා තොරතුරු ගබඩා කිරීමට සහ යැවීමට මෙය භාවිතා කළ හැකියි. මෙමගින්, සාමාන්‍ය පරිගණකවලට වඩා බොහෝ ගුණයකින් වේගවත් ගණනය කිරීම් සිදු කළ හැකි වෙනවා.
2. ආරක්ෂිත සන්නිවේදනය:
   ක්වොන්ටම් සම්ප්‍රේෂණය භාවිතා කරමින්, කිසිවෙකුටත් හොරෙන් බලා ගත නොහැකි ආරක්ෂිත සන්නිවේදන ජාල නිර්මාණය කළ හැකියි. මෙය “ක්වොන්ටම් යතුරු බෙදාහැරීම” (Quantum Key Distribution) ලෙස හඳුන්වනවා.
3. අන්තර්ජාලයේ අනාගතය:
   අනාගතයේදී, ක්වොන්ටම් අන්තර්ජාලයක් (Quantum Internet) නිර්මාණය කිරීමට මෙම තාක්ෂණය භාවිතා විය හැකියි. එවිට තොරතුරු ඉතා වේගවත්ව, ආරක්ෂිතව යැවිය හැකි වෙනවා.

මේ තාක්ෂණයේ ඉතිහාසය

ක්වොන්ටම් සම්ප්‍රේෂණය පිළිබඳ අදහස මුලින්ම 1993දී විද්‍යාඥයන් පිරිසක් විසින් ඉදිරිපත් කළා. ඔවුන්ගේ නම් ලැයිස්තුවේ චාල්ස් බෙනට් (Charles Bennett), ජිල්ස් බ්‍රසාඩ් (Gilles Brassard) වැනි පුද්ගලයන් සිටියා. 2004 වන විට, විද්‍යාඥයන් මුලින්ම ෆෝටෝන භාවිතා කරමින් ක්වොන්ටම් සම්ප්‍රේෂණය සාර්ථකව සිදු කළා. ඉන් පසු, මේ තාක්ෂණය බොහෝ දුර ගමන් කර තිබෙනවා. 2017දී, චීන විද්‍යාඥයන් පෘථිවියේ සිට අභ්‍යවකාශයේ චන්ද්‍රිකාවකට ක්වොන්ටම් තත්ත්වයක් යැවීමට සමත් වුණා. මෙය ඉතා වැදගත් සන්ධිස්ථානයක් වුණා.

අභියෝග සහ සීමාවන්

මෙම තාක්ෂණය ඉතා ආකර්ෂණීය වුවත්, තවමත් බොහෝ අභියෝග තිබෙනවා.

1. දුර:
   තොරතුරු යැවීමට භාවිතා කරන එකිනෙකට බැඳුණු අංශු ඉතා දුර ගමන් කිරීමේදී ඒවායේ බැඳීම නැති විය හැකියි. මේ නිසා, දිගු දුරකට මෙය භාවිතා කිරීම තවමත් අපහසුයි.
2. සංකීර්ණ උපකරණ:
   ක්වොන්ටම් සම්ප්‍රේෂණය සඳහා ඉතා සංකීර්ණ උපකරණ සහ රසායනාගාර තත්ත්වයන් අවශ්‍ය වෙනවා. එය එදිනෙදා භාවිතයට ගැනීමට තවමත් බොහෝ දුර යා යුතුයි.
3. තොරතුරු ප්‍රමාණය:
   මේ වන විට, ඉතා කුඩා තොරතුරු ප්‍රමාණයක් (එක් ෆෝටෝනයක තත්ත්වයක්) යැවීමට පමණක් මෙය භාවිතා වෙනවා. විශාල වස්තුවක තොරතුරු යැවීම තවමත් සිහිනයක්.

අනාගතයේ අපේක්ෂාවන්

අනාගතයේදී, ක්වොන්ටම් සම්ප්‍රේෂණය බොහෝ ආකාරයෙන් අපේ ජීවිත වෙනස් කරන්න පුළුවන්. උදාහරණයක් ලෙස, ඔබේ ගෙදර සිට ලෝකයේ ඕනෑම තැනකට තොරතුරු ආරක්ෂිතව යැවීම, ඉතා වේගවත් පරිගණක ජාල නිර්මාණය කිරීම, සහ බැංකු හෝ රාජ්‍ය ආයතනවල තොරතුරු ආරක්ෂාව ඉහළ නැංවීම වැනි දේවලට මෙය උපකාරී වෙනවා. ඒ වගේම, අභ්‍යවකාශ ගවේෂණයේදීත් මෙය භාවිතා කළ හැකි වෙයි.

නිගමනය

ක්වොන්ටම් සම්ප්‍රේෂණය යනු විද්‍යාවේ ඉතා ආකර්ෂණීය සහ බලගතු තාක්ෂණයක්. එය තවමත් ආරම්භක අවධියේ තිබුණත්, එය අනාගතයේ ලෝකය වෙනස් කරන බව නිසැකයි. මිනිසුන් එක් තැනකින් තවත් තැනකට යැවීම තවමත් විද්‍යා ප්‍රබන්ධයක් වුවත්, තොරතුරු යැවීමේ මෙම අමුතු ලෝකය අපට බොහෝ අලුත් අවස්ථා ගෙන එනවා. ඉතින්, මේ ගැන තවත් ඉගෙන ගන්න, විද්‍යාවේ මේ සුන්දර ලෝකය ගවේෂණය කරන්න!