चर्चा में क्यों?
रक्षा अनुसंधान और विकास संगठन (Defence Research and Development Organisation), या DRDO ने 20 मिलीकेल्विन (millikelvin) तक पहुंचने में सक्षम रेफ्रिजरेटर (refrigerator) विकसित करने के लिए एक समझौते पर हस्ताक्षर किए हैं। 24 सितंबर की घोषणा अलवर (Alwar), राजस्थान (Rajasthan) में स्थित ज़ीरो mK इंडिया प्राइवेट लिमिटेड (Zero mK India Private Limited) को उद्योग भागीदार के रूप में नाम देती है। परियोजना प्रौद्योगिकी विकास कोष (Technology Development Fund) के अंतर्गत आती है, जो रक्षा और व्यापक रणनीतिक जरूरतों के लिए प्रासंगिक प्रौद्योगिकियों के उद्योग के नेतृत्व वाले विकास का समर्थन करती है। इस तरह का रेफ्रिजरेटर (refrigerator) संवेदनशील क्वांटम (quantum) उपकरणों और प्रयोगों के लिए असाधारण रूप से ठंडा वातावरण बनाता है। यह अनुसंधान बुनियादी ढांचा है, कोई साधारण उपकरण या पूरा क्वांटम (quantum) कंप्यूटर (computer) नहीं। समझौता इस मांग वाले इंजीनियरिंग (engineering) कार्य के लिए फंडिंग (funding) और प्रयोगशाला समर्थन के साथ एक उद्योग डेवलपर (developer) को जोड़ता है। प्रस्तावित सिस्टम (system) का वास्तविक तापमान और परिचालन प्रदर्शन अभी प्रदर्शित किया जाना बाकी है।
20 मिलीकेल्विन का वास्तव में क्या अर्थ है
केल्विन (kelvin) पैमाना पूर्ण शून्य से तापमान मापता है। एक मिलीकेल्विन (millikelvin) एक केल्विन (kelvin) का एक-हजारवां हिस्सा है, इसलिए 20 मिलीकेल्विन (millikelvin) 0.020 केल्विन (kelvin) के बराबर है। इसलिए यह परम शून्य से केवल दो-सौवें डिग्री (degree) ऊपर है। संक्षेप mK मिली को इंगित करने के लिए लोअर-केस (lower-case) "m" का उपयोग करता है। लक्ष्य को 20 केल्विन (kelvin) के रूप में पढ़ने से यह इस पैमाने पर एक हजार गुना अधिक गर्म हो जाएगा। छोटी संख्या इंजीनियरिंग (engineering) चुनौती के लिए केंद्रीय है, सजावटी विनिर्देश नहीं।
इस सीमा तक ठंडा करना उपयोगी है क्योंकि गर्मी अत्यंत संवेदनशील शारीरिक व्यवहार को बाधित कर सकती है। क्वांटम (Quantum) उपकरण उन राज्यों का उपयोग करते हैं जो उनके पर्यावरण के साथ बातचीत से बाधित हो सकते हैं। कुछ प्लेटफार्मों (platforms) में, विशेष रूप से सुपरकंडक्टिंग (superconducting) सर्किट (circuits) में, थर्मल शोर (thermal noise) नियंत्रण और माप को और अधिक कठिन बना देता है। बहुत ठंडा वातावरण गड़बड़ी के उस स्रोत को कम कर देता है। यह अपने आप में, हर त्रुटि को समाप्त नहीं करता है या एक उपयोगी क्वांटम सिस्टम (quantum system) बनाने में शामिल सभी समस्याओं को हल नहीं करता है।
क्यों यह घरेलू फ्रिज की तुलना में एक प्रयोगशाला प्रणाली है
रोजमर्रा के भंडारण के लिए एक घरेलू रेफ्रिजरेटर (refrigerator) एक अपेक्षाकृत बड़े डिब्बे को ठंडा करता है। एक डाइल्यूशन रेफ्रिजरेटर (dilution refrigerator) इसके बजाय सावधानीपूर्वक अलग-अलग चरणों का निर्माण करता है जिससे बहुत ठंडा प्रयोगात्मक क्षेत्र बनता है। नमूना या डिवाइस (device) एक ठंडे मंच से जुड़ा हुआ है, जबकि पंप (pumps), गैस-हैंडलिंग (gas-handling) उपकरण और नियंत्रण प्रणाली इसके संचालन का समर्थन करती है। तंत्र के विभिन्न भाग विभिन्न तापमानों पर कार्य करते हैं। पूरी प्रयोगशाला प्रयोगात्मक चरण के तापमान के करीब नहीं पहुंचती है।
प्रक्रिया के केंद्र में हीलियम-3 (helium-3) और हीलियम-4 (helium-4), हीलियम (helium) के दो आइसोटोप (isotopes) हैं। आइसोटोप (Isotopes) न्यूट्रॉन (neutrons) की विभिन्न संख्याओं वाले एक ही तत्व के रूप हैं। उपयुक्त कम-तापमान स्थितियों के तहत, उनका मिश्रण एक केंद्रित और पतला चरण में अलग हो जाता है। हीलियम-3 (helium-3) को तनु चरण में ले जाने से आसपास के प्रयोगात्मक वातावरण से गर्मी अवशोषित होती है। निरंतर परिसंचरण उस शीतलन प्रक्रिया को बनाए रखता है। "डाइल्यूशन" ("Dilution") इस भौतिक तंत्र का वर्णन करता है, न कि गर्म तरल में केवल एक ठंडा पदार्थ मिलाना।
अन्य शीतलन चरण इस अंतिम प्रक्रिया तक पहुंचने से पहले मिश्रण तैयार करते हैं। हीट एक्सचेंजर्स (Heat exchangers) आउटगोइंग फ्लो (outgoing flow) का उपयोग करके आने वाली सामग्री को ठंडा करने में मदद करते हैं। पंप (Pumps) और गैस-हैंडलिंग (gas-handling) उपकरण हीलियम (helium) को पुनः उपयोग के लिए घुमाते और तैयार करते हैं। परिणाम एक असामान्य रूप से शक्तिशाली शीतलन घटक के बजाय एक समन्वित प्रणाली है। इसका प्रदर्शन इस बात पर निर्भर करता है कि चरण एक साथ कितनी अच्छी तरह काम करते हैं और अवांछित गर्मी सबसे ठंडे क्षेत्र में कितनी कम पहुंचती है।
चुनौती एक वास्तविक भार के तहत उपयोगी शीतलन बनाए रख रही है
तार, सपोर्ट (supports) और माप उपकरण एक प्रयोग को बाहरी दुनिया से जोड़ते हैं, लेकिन गर्मी भी पेश कर सकते हैं। विकिरण, कंपन और विद्युत गड़बड़ी पर भी ध्यान देने की आवश्यकता है। इन्सुलेशन (Insulation) और परिरक्षण अवांछित बातचीत को कम करते हैं, जबकि सेंसर (sensors) यह स्थापित करते हैं कि वास्तव में क्या तापमान पहुंच गया है। ये आवश्यकताएं बताती हैं कि एक उद्धृत न्यूनतम तापमान विनिर्देश का केवल एक हिस्सा क्यों है। शोधकर्ताओं को स्थिरता, उपयोगी शीतलन शक्ति और उनके प्रयोग के लिए आवश्यक उपकरणों के लिए जगह की भी आवश्यकता होती है।
कम तापमान पर पहुंचना जुड़े हुए प्रयोग के साथ मज़बूती से काम करने से अलग है। एक विकास कार्यक्रम को इसलिए केवल खाली प्रणाली में अनुकूल रीडिंग (reading) रिकॉर्ड (record) करने के बजाय प्रासंगिक भार के तहत प्रदर्शन स्थापित करने की आवश्यकता होती है। दोहराव, रखरखाव और माप उपकरण के साथ संगतता अंतिम उपयोगकर्ता के लिए मायने रखती है। ये व्यावहारिक इंजीनियरिंग (engineering) परीक्षण हैं, न कि इस बात का सबूत कि हाल ही में घोषित परियोजना उन्हें पहले ही पारित कर चुकी है।
प्रौद्योगिकी विकास कोष क्या योगदान देता है
फंड (fund) पहचानी गई आवश्यकताओं के खिलाफ प्रौद्योगिकियों को विकसित करने के लिए छोटी फर्मों और स्टार्ट-अप्स (start-ups) सहित उद्योग के लिए एक मार्ग प्रदान करता है। DRDO खरीद आदेश से कहीं अधिक आपूर्ति करता है: मॉडल (model) वित्तीय सहायता को तकनीकी विशेषज्ञता और विकास निरीक्षण तक पहुंच के साथ जोड़ता है। इस परियोजना में सॉलिड स्टेट फिजिक्स लेबोरेटरी (Solid State Physics Laboratory) को सहायता और निगरानी प्रदान करनी है। व्यवस्था एक तकनीकी रूप से मांग वाली विकास प्रक्रिया के दौरान एक निजी डेवलपर (developer) को एक स्थापित शोध संस्थान से जोड़ती है।
मंत्रालय इसे इस तरह के प्रौद्योगिकी विकास के लिए ₹500 करोड़ के कोष के तहत पहला उच्च-मूल्य समझौता बताता है। यह फंडिंग (funding) पहल का एक जिम्मेदार विवरण है। कॉर्पस (corpus) इस व्यक्तिगत रेफ्रिजरेटर (refrigerator) परियोजना की प्रकट कीमत नहीं है। घोषणा पूरी राशि एक कंपनी को सौंपने के लिए आधार प्रदान नहीं करती है। एक कार्यक्रम का उपलब्ध वित्तपोषण, एक स्वीकृत परियोजना लागत और वास्तविक व्यय अलग-अलग वित्तीय उपाय हैं।
घरेलू क्षमता कैसे मायने रख सकती है
एक सफल स्वदेशी प्रणाली शोधकर्ताओं को विशेष उपकरण और तकनीकी सहायता का एक और स्रोत दे सकती है। इसे विकसित करने में निम्न-तापमान (low-temperature) इंजीनियरिंग (engineering), माप और सिस्टम एकीकरण (system integration) में कौशल भी शामिल होगा। ये संभावित लाभ बताते हैं कि एक रेफ्रिजरेटर (refrigerator) रणनीतिक रूप से महत्वपूर्ण क्यों हो सकता है, भले ही वह अंतिम अनुप्रयोग न हो। विश्वसनीय अनुसंधान उपकरण प्रयोगशालाओं को उन उपकरणों और सामग्रियों का परीक्षण करने में मदद करते हैं जिनसे बाद की प्रौद्योगिकियां विकसित हो सकती हैं।
लाभ प्रदर्शन और अपनाने पर सशर्त रहते हैं। विभिन्न क्वांटम प्लेटफार्मों (quantum platforms) की अलग-अलग परिचालन आवश्यकताएं होती हैं; हर क्वांटम (quantum) डिवाइस (device) को एक जैसी रेफ्रिजरेशन (refrigeration) व्यवस्था की जरूरत नहीं होती है। न ही कोई घरेलू प्रोटोटाइप (prototype) स्वचालित रूप से बड़े पैमाने पर विनिर्माण स्थापित करता है या सभी आयातित घटकों को बदल देता है। वे विश्वसनीयता, आपूर्ति श्रृंखलाओं और उपयोगकर्ता सत्यापन से जुड़े बाद के प्रश्न हैं। चरणों को अलग रखने से इस बात की स्पष्ट तस्वीर मिलती है कि यह समझौता क्या शुरू करता है।
निष्कर्ष
20-मिलीकेल्विन (20-millikelvin) परियोजना क्वांटम (quantum) प्रौद्योगिकियों के पीछे अनुसंधान बुनियादी ढांचे के एक कठिन लेकिन महत्वपूर्ण हिस्से को लक्षित करती है। इसका तात्कालिक महत्व वित्त पोषित विकास साझेदारी और तकनीकी समस्या है जिसे यह संबोधित करता है। अगला ठोस साक्ष्य प्रायोगिक भार के तहत कार्यप्रणाली के तापमान, स्थिरता और प्रदर्शन से संबंधित होना चाहिए। वो परिणाम, अकेले समझौते के बजाय, दिखाएंगे कि परियोजना कितनी दूर तक घरेलू क्षमता को मजबूत करती है।