सर्ज हारोश: वह व्यक्ति जिसने प्रकाश को नष्ट किए बिना पकड़ लिया

सर्ज हारोश (Serge Haroche) ने पंद्रह साल एक दर्पण बॉक्स के चारों ओर एक एकल फोटॉन का पीछा करते हुए बिताए, उसे नष्ट किए बिना देखने की कोशिश की — यह एक ऐसा कारनामा था जिसे क्वांटम यांत्रिकी के शुरुआती दिनों से ही भौतिक विज्ञानी असंभव कहते आए थे। जब 2006 में उन्होंने अंततः इसे हासिल किया, तो उन्होंने न केवल प्रकाश को मापा था; उन्होंने 'श्रोडिंगर की बिल्ली' (Schrödinger cat) को वास्तविक समय में, फ्रेम-दर-फ्रेम मरते हुए देखा था, और उस क्षण को कैद किया था जब क्वांटम वास्तविकता सामान्य दुनिया में ढह जाती है।

कैसाब्लांका से इकोल नॉर्मल तक

हारोश का जन्म 11 सितंबर 1944 को तत्कालीन फ्रेंच मोरक्को के कैसाब्लांका में एक द्विभाषी परिवार में हुआ था - उनकी मां वैलेंटिन रूब्लेवा (Valentine Roubleva) रूसी थीं, जिनका परिवार बोल्शेविक क्रांति से भागकर आया था, और उनके पिता अल्बर्ट (Albert) एक वकील थे, जिनके माता-पिता 'एलायंस इज़राइलाइट यूनिवर्सेल' (Alliance Israélite Universelle) में शिक्षक थे। मोरक्को की स्वतंत्रता के बाद 1956 में परिवार पेरिस चला गया, जो संतरे के पेड़ों और अटलांटिक तट के बीच पले-बढ़े एक लड़के के लिए एक कष्टदायक जलवायु और सांस्कृतिक बदलाव था। लिसी लुई-ले-ग्रांड (Lycée Louis-le-Grand) में उन्होंने फ्रांस की कठिन प्रवेश परीक्षाओं के लिए पढ़ाई की और 1963 में, इकोल पॉलिटेक्निक (École Polytechnique) और इकोल नॉर्मल सुप्रीयर (École Normale Supérieure) दोनों के लिए राष्ट्रीय स्तर पर शीर्ष स्थान प्राप्त किया। उन्होंने इकोल नॉर्मल सुप्रीयर (ENS) को चुना, यह मानते हुए कि यह वैज्ञानिक करियर के लिए एक बेहतर शुरुआत होगी, और वहां वे तीन महान शिक्षकों के प्रभाव में आए: भौतिक अंतर्ज्ञान के लिए अल्फ्रेड कास्टलर (Alfred Kastler), प्रयोगात्मक कठोरता के लिए जीन ब्रोसेल (Jean Brossel), और क्लाउड कोहेन-तनुजी (Claude Cohen-Tannoudji), जो उनके डॉक्टरेट पर्यवेक्षक बने।

ड्रेस्ड एटम्स और कैलिफोर्निया का सफर

कोहेन-तनुजी के अधीन, हारोश ने 'ड्रेस्ड एटम' (dressed atom) की अवधारणा विकसित की - रेडियोफ्रीक्वेंसी विकिरण में डूबे हुए परमाणु को फोटोन के बादल में लिपटे हुए परमाणु के रूप में देखना, एक ऐसा सुधार जिसने माइक्रोवेव स्पेक्ट्रोस्कोपी को एक वास्तविक क्वांटम शब्दावली दी। उन्होंने 1971 में अपनी डॉक्टरेट पूरी की और लेजर पायनियर आर्थर शावलो (Arthur Schawlow) के साथ स्टैनफोर्ड में पोस्टडॉक्टरल पद संभाला, जिन्होंने उन्हें एक ऐसा सिद्धांत दिया जिसे वे दशकों तक दोहराते रहे: शोध में सफलता के लिए विश्वकोश ज्ञान की नहीं, बल्कि कुछ ऐसी चीजों की आवश्यकता होती है जो किसी और को नहीं पता। स्नातक छात्र जेफरी पेसनर (Jeffrey Paisner) के साथ काम करते हुए, उन्होंने परमाणु क्वांटम बीट्स का अध्ययन किया और 1973 में वैल (Vail) में एक सम्मेलन में परिणाम प्रस्तुत किए - अंतरराष्ट्रीय भौतिकी सर्किट में उनका पहला वास्तविक अनुभव।

पेरिस में कैविटी बनाना

1973 में पेरिस वापस आने पर, जीन ब्रोसेल ने उन्हें ENS में प्रयोगशाला स्थान दिया, और हारोश ने छात्र मिशेल ग्रॉस (Michel Gross) के साथ, रिडबर्ग परमाणुओं (Rydberg atoms) का व्यवस्थित अध्ययन शुरू किया - ऐसे परमाणु जिन्हें आयनीकरण के बिंदु के पास विशाल, नाजुक इलेक्ट्रॉन कक्षाओं में पंप किया जाता था। अगले दशक में समूह बढ़ा: क्लाउड फैब्रे (Claude Fabre), फिर जीन-मिशेल रेमंड (Jean-Michel Raimond), फिर माइक्रोवेव विशेषज्ञ फिलिप गोय (Philippe Goy), और बाद में मिशेल ब्रून (Michel Brune)। साथ मिलकर उन्होंने वह उपकरण बनाया जिसने हारोश के करियर को परिभाषित किया - सुपरकंडक्टिंग कैविटी (superconducting cavities) जिन्हें पूर्ण शून्य के करीब ठंडा किया गया था, और इतनी सटीकता से पॉलिश किया गया था कि एक एकल माइक्रोवेव फोटॉन मरने से पहले पृथ्वी से चंद्रमा तक की दूरी के बराबर यात्रा कर सके। रिडबर्ग परमाणु, जो सबसे हल्की विद्युत चुम्बकीय हलचल के प्रति संवेदनशील थे, एक-एक करके कैविटी से गुजरते थे, जो फोटॉन को अवशोषित किए बिना उसकी उपस्थिति दर्ज करने में सक्षम थे।

श्रोडिंगर की बिल्ली को रंगे हाथों पकड़ना

निर्णायक विचार एक ट्रान्साटलांटिक बातचीत से आया। 1989 में रियो डी जनेरियो का दौरा करते हुए, जीन-मिशेल रेमंड ने सिद्धांतकारों लुइज़ डेविडोविच (Luiz Davidovich) और निसिम ज़ागुरी (Nicim Zagury) के साथ गैर-विनाशकारी रूप से फोटोन की गिनती करने के बारे में विचारों का आदान-प्रदान शुरू किया - एक ऐसी योजना जो, सिद्धांत रूप में, 'श्रोडिंगर कैट' (Schrödinger cat) अवस्थाओं को उत्पन्न और जांच सकती थी, जिसमें प्रकाश का एक क्षेत्र एक साथ दो विरोधाभासी स्थितियों में मौजूद होता है। वोज्शिएक ज़्यूरेक (Wojciech Zurek) के 1991 के फिजिक्स टुडे के एक लेख ने हारोश को आश्वस्त किया कि प्रयोग पहुंच के भीतर है। वहां तक पहुंचने में पंद्रह साल और कैविटी-निर्माण लगा। 2006 तक, पोस्टडॉक्टोरल स्टेफन कुहर (Stefan Kuhr) और इगोर डोट्सेंको (Igor Dotsenko) के साथ, टीम ने कई पहली उपलब्धियां हासिल कीं: उन्होंने माइक्रोवेव फोटोन को नष्ट किए बिना उनकी गिनती की, क्वांटम अवस्थाओं के बीच वास्तविक समय में छलांग लगाने वाले क्षेत्र को देखा, प्रकाश की वास्तविक श्रोडिंगर कैट अवस्थाएं तैयार कीं, और फिर - अंतिम परिणाम के रूप में - डीकोहेरेंस (decoherence) को सीधे मापा, और सुपरपोजिशन को चरण-दर-चरण सामान्य शास्त्रीय व्यवहार में घुलते हुए देखा। यह वास्तव में क्वांटम यांत्रिकी के रोजमर्रा की दुनिया में बदलने का पहला सीधा प्रयोगात्मक वीडियो था।

नोबेल और उसके बाद

9 अक्टूबर 2012 को, रॉयल स्वीडिश एकेडमी ऑफ साइंसेज ने हारोश को भौतिकी में नोबेल पुरस्कार प्रदान किया, जिसे अमेरिकी भौतिक विज्ञानी डेविड जे. विनलैंड (David J. Wineland) के साथ साझा किया गया, 'एकल क्वांटम प्रणालियों को मापने और हेरफेर करने में सक्षम प्रयोगात्मक तरीकों' के लिए। विनलैंड ने फंसे हुए आयनों के साथ समानांतर कारनामे हासिल किए थे; हारोश ने इसे फोटोन और परमाणुओं के साथ किया था - एक ही सीमा तक पहुंचने के दो रास्ते, उन नाजुक गुणों को नष्ट किए बिना एकल क्वांटम वस्तुओं को नियंत्रित करना जो उन्हें क्वांटम बनाते हैं। हारोश ने बाद में कहा कि इसके बाद मिली सार्वजनिक ध्यान की मात्रा 2009 में मिले फ्रांस के CNRS गोल्ड मेडल से भी अधिक थी, और उन्हें काम जारी रखने के लिए समय बचाने हेतु बस 'ना' कहना सीखना पड़ा। उसी वर्ष उन्हें कॉलेज डी फ्रांस (Collège de France) का प्रशासक चुना गया, जहां वे कोहेन-तनुजी और पियरे-गिल्स डी गेनेस (Pierre-Gilles de Gennes) द्वारा भर्ती किए जाने के बाद 2001 से क्वांटम भौतिकी में अध्यक्ष थे; उन्होंने 2015 तक प्रशासक के रूप में कार्य किया। उन्होंने येल, एमआईटी, हार्वर्ड और इकोल पॉलिटेक्निक में अतिथि या अंशकालिक पदों पर भी कार्य किया, और बाद में 2022 में रोम के सैपिएंजा विश्वविद्यालय में फर्मी चेयर पर रहे।

सर्ज को जीनियस क्यों कहा जाता है

हारोश की प्रतिभा संकीर्ण, गहरी और लगभग पूरी तरह से प्रयोगात्मक है - पंद्रह साल एक दर्पण को पूर्ण करने में बिताने का धैर्य। उनका वास्तविक बौद्धिक योगदान कोई नया समीकरण नहीं बल्कि एक नियंत्रित वातावरण था: एक कैविटी जो पर्याप्त स्वच्छ और ठंडी थी, और एक पता लगाने की योजना जो पर्याप्त सौम्य थी, ताकि भौतिक विज्ञानी क्वांटम सुपरपोजिशन को मरते हुए देख सकें, बजाय इसके कि यह अनुमान लगाएं कि इसे मरना ही है। यह आइंस्टीन या फाइनमैन की तुलना में एक अलग प्रकार की प्रतिभा है - एक मास्टर उपकरण-निर्माता के करीब - और हारोश खुद इसका श्रेय अकेले प्रतिभा के बजाय सहयोग को देते हैं, यह जोर देते हुए कि उनकी प्रयोगशाला में पैसे से अधिक 'समय और विश्वास' मायने रखता है। नोबेल समिति का हवाला काम को 'ग्राउंड-ब्रेकिंग' कहता है, जो भौतिकी में उपलब्ध शब्द का सबसे संस्थागत रूप से महत्वपूर्ण उपयोग है, और सहयोगियों ने लंबे समय से उनके द्वारा बनाए गए कास्टलर-ब्रोसेल कैविटी-QED प्रोग्राम को एक पूरे उप-क्षेत्र, क्वांटम सूचना विज्ञान, को प्रयोगात्मक परीक्षण के लिए खोलने वाला बताया है। ईमानदार प्रतिवाद: हारोश ने डीकोहेरेंस की खोज सैद्धांतिक रूप से नहीं की थी - ज़्यूरेक और अन्य लोगों ने इसका वर्णन वर्षों पहले कर दिया था - और उनकी जीत एक ज्ञात भविष्यवाणी की पुष्टि करना था, जिसे वे खूबसूरती से कर पाए। यह कच्ची अंतर्दृष्टि के साथ-साथ शिल्प, दृढ़ता और प्रयोगशाला संस्कृति को भी पुरस्कृत करता है।

विरासत

हारोश की कैविटी-QED तकनीक क्वांटम कंप्यूटिंग और क्वांटम त्रुटि सुधार के लिए आधारभूत उपकरण बन गई, ऐसे क्षेत्र जो अब हजारों शोधकर्ताओं और कई प्रमुख प्रौद्योगिकी कंपनियों के काम का केंद्र हैं। वे अभी भी कॉलेज डी फ्रांस में प्रोफेसर एमेरिटस हैं, और रेमंड के साथ उनके द्वारा सह-लिखित पुस्तक, एक्सप्लोरिंग द क्वांटम: एटम्स, कैविटीज एंड फोटॉन्स (2006), उस क्षेत्र के लिए अभी भी एक मानक संदर्भ है जिसे बनाने में उन्होंने मदद की थी।