आईआईटी बॉम्बे में प्रयोगशाला में विकसित प्रौद्योगिकियों के साथ एनक्यूएम के क्वांटम सेंसिंग और मेट्रोलॉजी हब की यात्रा

इनमें प्रोफेसर कस्तूरी साहा की अध्यक्षता वाली पी-क्वेस्ट लैब में क्वांटम डायमंड माइक्रोस्कोप और पोर्टेबल मैग्नेटोमीटर शामिल हैं।

उल्लेखनीय है कि प्रोफेसर साहा राष्ट्रीय क्वांटम मिशन (एनक्यूएम) के तहत आईआईटी बॉम्बे द्वारा स्थापित अभी-अभी शुरू किए गए क्वांटम सेंसिंग और मेट्रोलॉजी हब, क्यूमेट टेक फाउंडेशन की परियोजना निदेशक हैं।

युवा प्रोफेसर, जो अपने समूह के साथ मिलकर नैनो-फोटोनिक्स, शास्त्रीय और क्वांटम सूचना प्रसंस्करण और जीवन विज्ञान जैसे क्षेत्रों में नवीन अंतःविषयक अनुसंधान द्वारा प्रस्तुत अभूतपूर्व अवसरों का उपयोग करते हुए, परिशुद्ध मेट्रोलॉजी, सेंसिंग और इमेजिंग की सीमाओं का अन्वेषण और विस्तार कर रही हैं, अब क्वांटम क्रांति को गति देने के लिए आला दिमागों, अभूतपूर्व अनुसंधान और परिवर्तनकारी विचारों को एक साथ लाने में महत्वपूर्ण भूमिका निभा रही हैं।

विज्ञान और प्रौद्योगिकी विभाग (डीएसटी), भारत सरकार द्वारा कार्यान्वित किए जा रहे एनक्यूएम के तहत बनाए गए चार विषयगत केंद्रों में से एक क्यूमेट की संरचना में देशभर में स्थित 16 संस्थान और 40 शोधकर्ता शामिल हैं, जो सहयोग, सहकारिता और प्रभावी संचार के माध्यम से सामान्य लक्ष्य को प्राप्त करने के लिए साझा उद्देश्य के साथ काम कर रहे हैं।

इसका उद्देश्य क्वांटम सेंसिंग और मेट्रोलॉजी में मौलिक अनुसंधान और व्यावहारिक अनुप्रयोगों के बीच सेतु का काम करना है – जो एनक्यूएम के तहत चार फोकस क्षेत्रों में से एक है।

प्रोफेसर साहा के शोध का मुख्य केंद्र हीरा है। उनकी टीम हीरा में नाइट्रोजन वैकेंसी (एनवी) केंद्र नामक दोषों के साथ काम करती है जो बहुत सटीक चुंबकीय क्षेत्र और तापमान सेंसर हैं। वह उन्हें ऐसे सिस्टम बनाने के लिए हेरफेर करती है जो आपके न्यूरॉन्स की जांच कर सकते हैं या आपकी कोशिकाओं में गहराई से जा सकते हैं।

जब प्रोफ़ेसर साहा की प्रयोगशाला में विकसित किए जा रहे क्वांटम डायमंड माइक्रोस्कोप में नाइट्रोजन वैकेंसी केंद्र फ्लोरोसेंट हरे प्रकाश से उत्तेजित होते हैं, तो वे लाल प्रकाश उत्सर्जित करते हैं। यह नाइट्रोजन वैकेंसी केंद्र दोष एक अद्वितीय “स्पिन” गुण प्रदर्शित करता है। स्पिन चुंबकीय क्षेत्रों के साथ युग्मित होते हैं और वे लाल प्रकाश उत्सर्जित करते हैं। इसलिए, वे अनिवार्य रूप से अति-संवेदनशील चुंबकीय क्षेत्र सेंसर की तरह कार्य करते हैं।

टीम का लक्ष्य क्वांटम डायमंड माइक्रोस्कोप का उपयोग करके एक कैप्सुलेटेड चिप के भीतर 3डी परतों में चुंबकीय क्षेत्र का मानचित्रण करके अर्धचालक चिप्स के गैर-विनाशकारी परीक्षण को सक्षम बनाना है।

वे इस अनुप्रयोग को जैविक संवेदन जैसे अन्य क्षेत्रों में भी विस्तारित करने का प्रयास कर रहे हैं। वे न्यूरोनल संस्कृतियों की जांच करते हैं जो विद्युत स्पंदों का आदान-प्रदान करते हैं जिसके परिणामस्वरूप उनके साथ जुड़े चुंबकीय क्षेत्र बनते हैं।

ये चुंबकीय क्षेत्र, हालांकि बहुत छोटे होते हैं, न्यूरॉन्स के स्थान का पता लगाने के लिए मापा जा सकता है और यह माप एकल न्यूरॉन रिज़ॉल्यूशन का उत्पादन करके यह पहचानने और सहसंबंधित करने में मदद कर सकता है कि न्यूरॉन्स वास्तव में चुंबकीय क्षेत्रों के साथ कैसे बातचीत कर रहे हैं। यह उन संभावित तरीकों में से एक हो सकता है जिससे कोई वास्तव में चुंबकीय क्षेत्र संवेदनशीलता की मौलिक सीमाओं तक जा सकता है।

भारत में खनन किए गए हीरे, जिनके प्रोफेसर साहा विशेषज्ञ हैं, का इतिहास प्राचीन काल से ही समृद्ध है और वे अपनी असाधारण रत्न गुणवत्ता के लिए प्रसिद्ध हैं। हालाँकि क्वांटम अनुप्रयोगों के लिए उपयोग किए जाने वाले हीरे प्रयोगशाला में तैयार किए गए सीवीडी हीरे हैं।

टीम क्वांटम अनुप्रयोगों के लिए भारत में स्वदेशी हीरे के विकास को सक्षम करने के लिए बहुत सी हीरा कंपनियों के साथ काम कर रही है। हीरे के नमूनों की बेंचमार्किंग को सक्षम करना इस प्रक्रिया में एक महत्वपूर्ण कदम है। इसमें वे हीरे के नाइट्रोजन वैकेंसी स्पिन या उनके जीवनकाल के विभिन्न गुणों को मापते हैं, जो तकनीकी रूप से सुसंगत है।

इसके अलावा वे पोर्टेबल मैग्नेटोमीटर पर भी काम कर रहे हैं जिसे चिप्स में बदला जा सकता है जिसका उपयोग निगरानी के लिए ड्रोन में किया जा सकता है।

मौलिक भौतिकी के साथ अपने अनुभव के कारण, टीम क्वांटम सामग्रियों के रूप में उनकी व्यावहारिकता का पता लगाने के लिए विभिन्न प्रकार की चुंबकीय सामग्रियों पर भी विचार कर रही है। उन्होंने जो सेटअप विकसित किया है, उससे उन्हें यह समझने में मदद मिलेगी कि विभिन्न सामग्रियां कैसे काम करती हैं, चुंबकीय मानचित्र कैसे बनाती हैं, जो चुंबकीय मानचित्र के वीडियो तक विस्तारित होते हैं और उत्पन्न होने वाले चुंबकीय क्षेत्र की दिशा को समझते हैं।

इससे एनक्यूएम के तहत इसके व्यावसायीकरण की संभावना खुलती है। इस तरह के सेटअप की संवेदनशीलता में सुधार करने से न्यूरॉन्स की इमेजिंग में मदद मिल सकती है। एनक्यूएम के तहत उनका लक्ष्य संवेदनशीलता को बिलकुल मौलिक सीमाओं तक नीचे धकेलकर और शोर बाधाओं को समझकर क्वांटम माइक्रोस्कोप के लिए उच्चतम प्रकार का स्थानिक रिज़ॉल्यूशन प्रदान करना है, जिन्हें ठीक करने की आवश्यकता है। इस तरह, वे डिजाइन और प्रयोग के माध्यम से व्यावहारिक क्वांटम डिवाइस विकसित करने की योजना बनाते हैं। इस प्रकार क्वांटम सिद्धांत को इंजीनियरिंग अनुप्रयोगों से जोड़ते हैं।

क्वांटम डायमंड माइक्रोस्कोप

नकल की गई तंत्रिका गतिविधियों की क्वांटम संवेदन

क्वांटम सामग्रियों के परीक्षण हेतु स्थापना