Tag: Innovation

کہتے ہیں کہ آپ اپنے پیٹیو اور کچن تھرمامیٹر دونوں پر درجہ حرارت میں اچانک کمی محسوس کرتے ہیں۔ سب سے پہلے، آپ کو لگتا ہے کہ یہ سردی کی وجہ سے ہے، لہذا آپ اپنے گھر میں گرمی کو تیز کر دیتے ہیں۔ تب آپ کو احساس ہوتا ہے کہ جب باہر واقعی ٹھنڈا ہو گیا ہے، اندر، کسی نے فریج کا دروازہ کھلا چھوڑ دیا ہے۔

ابتدائی طور پر، آپ نے سوچا کہ درجہ حرارت کے قطرے آپس میں منسلک ہیں۔ بعد میں، آپ نے دیکھا کہ وہ نہیں تھے۔

جب ریڈنگز کو آپس میں منسلک کیا جاتا ہے تو اس کو پہچاننا نہ صرف آپ کے گھر کے حرارتی بل کے لیے بلکہ تمام سائنس کے لیے ضروری ہے۔ ایٹموں کی خصوصیات کی پیمائش کرتے وقت یہ خاص طور پر مشکل ہوتا ہے۔

اب سائنسدانوں نے ایک طریقہ تیار کیا ہے، جس میں رپورٹ کیا گیا ہے۔ سائنس، جو انہیں یہ دیکھنے کے قابل بناتا ہے کہ آیا ایٹم پیمانے کے کوانٹم سینسر کے جوڑے کے ذریعہ پائے جانے والے مقناطیسی فیلڈز باہم مربوط ہیں یا نہیں۔

\”جہاں تک میں جانتا ہوں، یہ وہ چیز ہے جسے لوگوں نے کرنے کی کوشش نہیں کی تھی، اور اسی وجہ سے ہم یہ باہمی تعلق دیکھتے ہیں جہاں کوئی اور نہیں کر سکتا تھا۔ آپ واقعی اس سے جیت جاتے ہیں۔\” — شمعون کولکووٹز، یونیورسٹی آف وسکونسن-میڈیسن

تحقیق کو جزوی طور پر Q-NEXT کی حمایت حاصل تھی، جو کہ DOE کی Argonne نیشنل لیبارٹری کی قیادت میں امریکی محکمہ توانائی (DOE) نیشنل کوانٹم انفارمیشن سائنس ریسرچ سینٹر ہے۔

جوہری پیمانے پر اسٹینڈ اور متعلقہ ماحول کے درمیان فرق کرنے کی صلاحیت طب، نیویگیشن اور دریافت سائنس میں بہت زیادہ اثرات مرتب کرسکتی ہے۔

کیا ہوا

پرنسٹن یونیورسٹی اور وسکونسن میڈیسن یونیورسٹی کے سائنسدانوں کی ایک ٹیم نے یہ چھیڑنے کے لیے ایک نئی تکنیک تیار کی اور اس کا مظاہرہ کیا کہ آیا متعدد کوانٹم سینسر کے ذریعے اٹھائے گئے مقناطیسی میدان ایک دوسرے کے ساتھ منسلک ہیں یا آزاد۔

ٹیم نے ڈائمنڈ پر مبنی سینسر کی ایک قسم پر توجہ مرکوز کی جسے نائٹروجن ویکینسی سینٹر، یا NV سینٹر کہا جاتا ہے، جس میں کاربن ایٹموں کے کرسٹل میں ایٹم کے سائز کے سوراخ کے ساتھ ایک نائٹروجن ایٹم ہوتا ہے جو ہیرے کو بناتا ہے۔

عام طور پر، سائنسدان ایک ہی NV مرکز میں ایک سے زیادہ ریڈنگز کی اوسط سے مقناطیسی فیلڈ کی طاقت کی پیمائش کرتے ہیں۔ یا وہ ایک ساتھ کئی NV مراکز کی اوسط پڑھ سکتے ہیں۔

مددگار ہونے کے باوجود، اوسط قدریں صرف اتنی معلومات فراہم کرتی ہیں۔ یہ جانتے ہوئے کہ وسکونسن میں کل اوسط درجہ حرارت 42 ڈگری فارن ہائیٹ رہے گا آپ کو اس بارے میں بہت کم بتاتا ہے کہ رات یا ریاست کے شمالی حصے میں کتنی سردی ہوگی۔

\”اگر آپ نہ صرف ایک مقام پر یا وقت کے ایک مقام پر مقناطیسی میدان کی قدر سیکھنا چاہتے ہیں، بلکہ یہ بھی جاننا چاہتے ہیں کہ آیا ایک مقام پر مقناطیسی میدان اور دوسرے قریبی جگہ پر مقناطیسی میدان کے درمیان کوئی تعلق ہے – واقعی ایسا نہیں تھا۔ ان NV مراکز کے ساتھ ایسا کرنے کا ایک اچھا طریقہ ہے،\” پیپر کے شریک مصنف شمعون کولکووٹز، یونیورسٹی آف وسکونسن-میڈیسن کے ایسوسی ایٹ پروفیسر اور Q-NEXT کے ساتھی نے کہا۔

ٹیم کا نیا طریقہ دو NV مراکز کی متعدد بیک وقت ریڈنگ کا استعمال کرتا ہے۔ نفیس کمپیوٹیشن اور سگنل پروسیسنگ تکنیک کا استعمال کرتے ہوئے، انہوں نے دونوں پوائنٹس پر مقناطیسی فیلڈز کے درمیان تعلق کے بارے میں معلومات حاصل کیں اور یہ کہہ سکتے ہیں کہ آیا دونوں ریڈنگز کا نتیجہ ایک ہی ذریعہ سے ہوا ہے۔

\”کیا وہ ایک ہی مقناطیسی میدان دیکھ رہے تھے؟ کیا وہ ایک مختلف مقناطیسی میدان دیکھ رہے تھے؟ ہم ان پیمائشوں سے یہی حاصل کر سکتے ہیں،\” کولکووٹز نے کہا۔ \”یہ مفید معلومات ہے جس تک پہلے کسی کی رسائی نہیں تھی۔ ہم عالمی فیلڈ کے درمیان فرق بتا سکتے ہیں جو دونوں سینسر دیکھ رہے تھے اور جو مقامی تھے۔\”

یہ کیوں اہمیت رکھتا ہے۔

کوانٹم سینسر چھوٹے سگنلز کو لینے کے لیے ایٹم یا ایٹم جیسے نظام کی کوانٹم خصوصیات کا استعمال کرتے ہیں – جیسے کہ ایک الیکٹران کی حرکت سے پیدا ہونے والے مقناطیسی میدان۔ یہ فیلڈز چھوٹے ہیں: فریج مقناطیس کے مقابلے میں 100,000 گنا کمزور۔ صرف انتہائی حساس ٹولز جیسے کوانٹم سینسر ہی فطرت کے چھوٹے پیمانے پر پیمائش کر سکتے ہیں۔

کوانٹم سینسر کے طاقتور ہونے کی امید ہے۔ NV مراکز، مثال کے طور پر، انسانی بالوں کی چوڑائی کے محض ایک دس ہزارویں حصے سے الگ کی گئی خصوصیات میں فرق کر سکتے ہیں۔ اس قسم کی ہائپر زوم کی صلاحیت کے ساتھ، NV مراکز کو زندہ خلیوں میں رکھا جا سکتا ہے تاکہ وہ اندر سے، قریب سے دیکھیں کہ وہ کیسے کام کرتے ہیں۔ سائنس دان انہیں بیماری کی وجوہات کی نشاندہی کرنے کے لیے بھی استعمال کر سکتے ہیں۔

کولکووٹز نے کہا، \”جو چیز NVs کو خاص بناتی ہے وہ ان کا مقامی حل ہے۔\” \”یہ کسی غیر ملکی مواد سے مقناطیسی شعبوں کی تصویر کشی کرنے یا انفرادی پروٹین کی ساخت دیکھنے کے لیے مفید ہے۔\”

ایک ساتھ متعدد پوائنٹس پر مقناطیسی میدان کی طاقتوں کو محسوس کرنے کے لیے کولکووٹز ٹیم کے نئے طریقہ کے ساتھ، سائنسدان ایک دن وقت اور جگہ کے ذریعے مقناطیسیت میں ایٹم کی سطح کی تبدیلیوں کا نقشہ بنانے کے قابل ہو سکتے ہیں۔

یہ کیسے کام کرتا ہے

ٹیم نے یہ معلوماتی پیمائش کیسے کی؟ وہ دانے دار ہو گئے۔

مجموعی طور پر مقناطیسی میدان کی طاقت تک پہنچنے کے لیے بہت سی خام قدروں سے زیادہ اوسط کے بجائے، محققین نے ہر NV مرکز پر انفرادی ریڈنگ کا ٹریک رکھا، اور پھر دو فہرستوں میں \”covariance\” نامی ایک ریاضیاتی تدبیر کا اطلاق کیا۔

ہم آہنگی کے حساب سے اعداد و شمار کا موازنہ کرنا — جو کچھ خام اوسطوں سے زیادہ تفصیل پر قبضہ کرتے ہیں — انہیں دیکھنے دیں کہ آیا فیلڈز آپس میں منسلک تھے۔

کولکووٹز نے کہا، \”ہم ماضی میں کیے گئے اس سے مختلف اوسط کر رہے ہیں، اس لیے ہم اوسط کے عمل میں اس معلومات سے محروم نہیں ہوتے،\” کولکووٹز نے کہا؟ \”یہ اس چیز کا حصہ ہے جو یہاں خاص ہے۔\”

تو کوویرینس میگنیٹومیٹری، جیسا کہ طریقہ کہا جاتا ہے، اب سے پہلے کیوں نہیں آزمایا گیا؟

ایک کے لیے، ٹیم کو متعدد NV مراکز پر بیک وقت پیمائش کرنے کے لیے ایک تجرباتی سیٹ اپ بنانا تھا۔ یہ خوردبین ٹیم نے پرنسٹن میں بنائی، جس کی قیادت پروفیسر ناتھلی ڈی لیون نے کی، جو کوانٹم ایڈوانٹیج کے لیے کو-ڈیزائن سینٹر کی رکن، ایک اور DOE نیشنل کوانٹم انفارمیشن سائنس ریسرچ سینٹر، جس کی قیادت Brookhaven نیشنل لیبارٹری کر رہی ہے۔

دوسرے کے لیے، کوویرینس میگنیٹومیٹری صرف اس وقت کام کرتی ہے جب ان چھوٹے مقناطیسی شعبوں کی انفرادی پیمائش انتہائی قابل اعتماد ہو۔ (ریڈ آؤٹ صرف اتنا ہی اچھا ہے جتنا اس کی معاون پیمائش۔) اسی لیے محققین نے سپن ٹو چارج کنورژن نامی ایک خاص تکنیک کا استعمال کیا، جو عام طور پر استعمال ہونے والے دوسرے ٹولز کے مقابلے میں ہر پیمائش کے لیے مقناطیسی فیلڈ کے بارے میں مزید معلومات کے ساتھ ایک خام ریڈنگ تیار کرتی ہے۔

اسپن سے چارج کی تبدیلی کے ساتھ، انفرادی پیمائش میں زیادہ وقت لگتا ہے۔ یہ وہ قیمت ہے جو سائنس دان اعلی وشوسنییتا کے لیے ادا کرتے ہیں۔

تاہم، جب مائنسکول، باہم مربوط مقناطیسی شعبوں کی پیمائش کرنے کے لیے ہم آہنگی کے ساتھ ملایا جاتا ہے، تو یہ وقت کی بالٹیاں بچاتا ہے۔

کولکووٹز نے کہا، \”روایتی طریقہ کا استعمال کرتے ہوئے، آپ کو اعداد و شمار کا ایک ٹکڑا حاصل کرنے کے لیے مسلسل 10 دن تک اوسط کرنا پڑے گا تاکہ یہ کہا جا سکے کہ آپ نے یہ منسلک نانوٹسلا سگنل دیکھا ہے۔\” \”جبکہ اس نئے طریقہ کے ساتھ، یہ ایک یا دو گھنٹے ہے۔\”

اسپن ٹو چارج کنورژن کے ساتھ ہم آہنگی کی معلومات کو مربوط کرکے، محققین کوانٹم سینسنگ کی پہلے سے ہی طاقتور صلاحیتوں کو سپر چارج کرتے ہوئے، جوہری اور ذیلی ایٹمی تفصیلات تک رسائی حاصل کر سکتے ہیں جو ان کے پاس پہلے نہیں تھیں۔

\”جہاں تک میں جانتا ہوں، یہ وہ چیز ہے جو لوگوں نے کرنے کی کوشش نہیں کی تھی، اور اسی وجہ سے ہم یہ باہمی تعلق دیکھتے ہیں جہاں کوئی اور نہیں کر سکتا تھا،\” کولکووٹز نے کہا۔ \”آپ واقعی اس سے جیت گئے ہیں۔\”

اس کام کو DOE آفس آف سائنس نیشنل کوانٹم انفارمیشن سائنس ریسرچ سینٹرز نے Q-NEXT سینٹر، نیشنل سائنس فاؤنڈیشن، پرنسٹن کیٹالیسس انیشیٹو، دی DOE، آفس آف سائنس، آفس آف بیسک انرجی سائنسز، ایک پرنسٹن کے حصے کے طور پر تعاون کیا تھا۔ کوانٹم انیشی ایٹو پوسٹ ڈاکیٹرل فیلوشپ، اور اوک رج انسٹی ٹیوٹ فار سائنس اینڈ ایجوکیشن کے ذریعے انٹیلی جنس کمیونٹی پوسٹ ڈاکیٹرل ریسرچ فیلوشپ پروگرام امریکی محکمہ توانائی اور نیشنل انٹیلی جنس کے ڈائریکٹر کے دفتر کے درمیان ایک انٹرایجنسی معاہدے کے ذریعے۔