A general quantum circuit framework for Extended Wigner's Friend Scenarios: logically and causally consistent reasoning without absolute measurement events

एक ऐसी दुनिया की कल्पना करें जहाँ भौतिकी के नियम न केवल परमाणुओं और प्रकाश पर, बल्कि उन्हें देखने वाले लोगों पर भी लागू होते हैं। क्वांटम यांत्रिकी के मानक दृष्टिकोण में, हम प्रयोगशाला में सूक्ष्म कणों को विचित्र, धुंधले संभावनाओं के बादलों के रूप में देखते हैं, जबकि वैज्ञानिक जो उन्हें देख रहे हैं, वे ठोस, शास्त्रीय (classical) प्राणी होते हैं जो केवल यह रिकॉर्ड करते हैं कि क्या हुआ। लेकिन क्या होगा यदि वैज्ञानिक स्वयं उसी क्वांटम सामग्री से बने हों? क्या होगा यदि एक बंद कमरे में मौजूद वैज्ञानिक भी एक अन्य क्वांटम प्रणाली है, जो सुचारू रूप से और पूर्वानुमानित रूप से विकसित हो रही है, जब तक कि कमरे के बाहर कोई व्यक्ति उन्हें मापने का निर्णय नहीं लेता? यह 'विग्नर के मित्र' (Wigner's Friend) के रूप में ज्ञात एक प्रसिद्ध विचार प्रयोग का केंद्र है, जो यह प्रश्न उठाता है कि क्या माप (measurement) की क्रिया एक एकल, साझा वास्तविकता का निर्माण करती है या वास्तविकता देखने वाले के सापेक्ष बनी रहती है।

द दशकों तक, यह प्रश्न एक दार्शनिक पहेली बना रहा। हालाँकि, हाल के वर्षों में भौतिकविदों ने इस विचार को कई पर्यवेक्षकों से जुड़े अधिक जटिल परिदृश्यों में विस्तारित किया है, जिससे एक चौंकाने वाला दावा सामने आया है: यदि सभी को एक क्वांटम प्रणाली माना जाए, और वे एक-दूसरे के अवलोकनों के बारे में तर्क करने के लिए तर्क के मानक नियमों का उपयोग करने का प्रयास करें, तो वे एक विरोधाभास में समाप्त होते हैं। ऐसा प्रतीत हुआ जैसे क्वांटम सिद्धांत को स्वयं पर लागू करने की क्रिया से सिद्धांत ही टूट जाएगा, जो यह सुझाव देता है कि हमारे पास एक ऐसा ब्रह्मांड नहीं हो सकता जहाँ पर्यवेक्षक क्वांटम हों, जहाँ तर्क सत्य हो, और जहाँ सभी एक बात पर सहमत हों। यह तनाव हमारे विज्ञान करने के आधार पर प्रहार करता है, जो इस विचार को खतरे में डालता है कि क्या हम दुनिया के बारे में कभी एक साझा, वस्तुनिष्ठ सत्य तक पहुँच सकते हैं।

शोधकर्ताओं की एक टीम अब इस तनाव को हल करने के लिए आगे आई है, भौतिकी के नियमों को बदलकर नहीं, बल्कि यह बदलकर कि भविष्यवाणी करने की प्रक्रिया का वर्णन कैसे किया जाता है। उन्होंने एक नया, सामान्य ढांचा बनाया है जो वैज्ञानिकों को इन जटिल परिदृश्यों के बारे में तर्क करने की अनुमति देता है बिना तार्किक जाल में फंसे। उनका कार्य यह प्रदर्शित करता है कि स्पष्ट विरोधाभास इसलिए उत्पन्न नहीं होते क्योंकि ब्रह्मांड टूटा हुआ है, बल्कि इसलिए क्योंकि पर्यवेक्षक यह निर्दिष्ट करना भूल जाते हैं कि वे प्रयोग को देखने का चुनाव वास्तव में कैसे कर रहे हैं। इन छिपे हुए विकल्पों को स्पष्ट करके, शोधकर्ता दिखाते हैं कि क्वांटम सिद्धांत पूरी तरह से सुसंगत बना रहता है, भले ही इसे पर्यवेक्षकों पर ही लागू किया गया हो, और वास्तविक दुनिया में वस्तुनिष्ठ वास्तविकता अभी भी उभर सकती है।

समस्या का मूल कारण माप को मॉडल करने के तरीके के बारे में एक सूक्ष्म अस्पष्टता में निहित है। क्वांटम दुनिया में, एक माप को दो अलग-अलग तरीकों से वर्णित किया जा सकता है। एक तरीका माप को एक अचानक, अपरिवर्तनीय घटना के रूप में मानता है जहाँ एक धुंधली संभावना एक निश्चित तथ्य में बदल जाती है, जैसे कि सिक्का 'हेड्स' पर गिरना। दूसरा तरीका माप को दो क्वांटम प्रणालियों के बीच एक सुचारू, प्रतिवर्ती (reversible) अंतःक्रिया के रूप में मानता है, जहाँ "तथ्य" केवल एक सहसंबंध (correlation) है जो अभी पूरी तरह से प्रकट नहीं हुआ है। मानक प्रयोगों में, हमें आमतौर पर इस बात की परवाह नहीं होती कि हम किस विवरण का उपयोग कर रहे हैं क्योंकि परिणाम समान होते हैं। लेकिन इन विस्तारित परिदृश्यों में, जहाँ एक पर्यवेक्षक दूसरे पर्यवेक्षक को माप रहा है, विवरण का चुनाव अत्यधिक महत्वपूर्ण हो जाता है। यदि पर्यवेक्षक A, पर्यवेक्षक B के माप को एक अचानक 'कोलैप्स' (collapse) के रूप में मानता है, लेकिन पर्यवेक्षक C, पर्यवेक्षक B के माप को एक सुचारू, प्रतिवर्ती प्रक्रिया के रूप में मानता है, तो वे आगे क्या होगा इसके लिए अलग-अलग संभावनाओं की गणना करेंगे।

शोधकर्ताओं ने महसूस किया कि पिछले अध्ययनों में रिपोर्ट किए गए विरोधाभास इसलिए हुए क्योंकि पर्यवेक्षक इन दो अलग-अलग विवरणों को अनजाने में मिला रहे थे। वे प्रभावी रूप से एक सेट धारणाओं के आधार पर प्रश्न पूछ रहे थे जबकि दूसरे सेट का उपयोग करके उत्तर दे रहे थे। इसे ठीक करने के लिए, टीम ने इन प्रयोगों को मैप करने का एक नया तरीका विकसित किया है जो सर्किट आरेख (circuit diagram) के समान है, जो क्वांटम कंप्यूटरों को डिजाइन करने के लिए एक मानक उपकरण है। उनके नए मॉडल में, हर बार जब एक पर्यवेक्षक माप करता है, तो एक विशिष्ट "स्विच" या सेटिंग होती है जो यह निर्धारित करती है कि उस माप को कैसे मॉडल किया जाए। यह स्विच इस तरह सेट किया जा सकता है कि घटना को एक शास्त्रीय तथ्य के रूप में माना जाए जिसे रिकॉर्ड किया गया है, या एक क्वांटम प्रक्रिया के रूप में जिसे अभी भी विकसित किया जा रहा है।

इन स्विचों को शामिल करके, शोधकर्ताओं ने दिखाया कि प्रत्येक पर्यवेक्षक द्वारा की गई भविष्यवाणी वास्तव में उनके द्वारा चुने गए सेटिंग पर सशर्त (conditional) है। यदि कोई पर्यवेक्षक किसी अन्य व्यक्ति के रिकॉर्ड किए गए परिणाम के बारे में तर्क करना चाहता है, तो उसे अपने स्विच को इस तरह सेट करना होगा कि वह व्यक्ति के माप को एक शास्त्रीय तथ्य के रूप में देखे। यदि वे उस व्यक्ति को एक क्वांटम प्रणाली के रूप में मानना चाहते जिसे वे नियंत्रित कर सकते हैं, तो वे स्विच को अलग तरह से सेट करते हैं। महत्वपूर्ण निष्कर्ष यह है कि जब तक पर्यवेक्षक अपनी स्वयं की पसंद की सेटिंग्स के प्रति सुसंगत हैं, वे कभी भी विरोधाभास में नहीं पड़ेंगे। तार्किक विरोधाभास तब प्रकट होते हैं जब कोई व्यक्ति अलग-अलग सेटिंग्स के तहत की गई भविष्यवाणियों को मिलाने और यह मानने का प्रयास करता है कि सेटिंग्स मायने नहीं रखतीं।

यह शोध पत्र सिद्ध करता है कि यह नया ढांचा पूर्ण और तार्किक रूप से सुदृढ़ है। यह प्रत्येक भविष्यवाणी को दोहरा सकता है जो मानक क्वांटम सिद्धांत बनाता है, लेकिन यह बिना इस आवश्यकता के करता है कि ब्रह्मांड के पास तथ्यों का एक एकल, पूर्ण सेट हो जिस पर हर कोई हर समय सहमत हो। इसके बजाय, यह एक "सापेक्षिक" (relational) दृष्टिकोण की अनुमति देता है जहाँ तथ्य पर्यवेक्षक के दृष्टिकोण के सापेक्ष होते हैं, जो उनकी सेटिंग के चुनाव से परिभाषित होते हैं। यह सुनने में ऐसा लग सकता है कि यह वस्तुनिष्ठ वास्तविकता के विचार को नष्ट कर देता है, लेकिन शोधकर्ता दिखाते हैं कि वास्तविक दुनिया में, जहाँ हमारे पास दूसरे व्यक्ति की पूरी प्रयोगशाला को एक क्वांटम प्रणाली के रूप में हेरफेर करने की क्षमता नहीं है, ये विभिन्न दृष्टिकोण स्वाभाविक रूप से एक साथ मिल जाते हैं। मानक प्रयोगों में, सेटिंग्स अप्रासंगिक हो जाती हैं, और सभी परिणाम पर सहमत होते हैं, जिससे हमारे दैनिक अनुभव वाली वस्तुनिष्ठ वास्तविकता बहाल हो जाती है।

शोधकर्ताओं ने प्रसिद्ध फ्रौचिगर-रेनरर (Frauchiger-Renner) तर्क से संबंधित विशिष्ट दावों को भी संबोधित किया, जिसने यह सुझाव दिया था कि क्वांटम सिद्धांत स्वयं के साथ असंगत है। इस विशिष्ट परिदृश्य पर अपने नए ढांचे को लागू करके, उन्होंने दिखाया कि विरोधाभास गायब हो जाता है जैसे ही छिपी हुई सेटिंग्स को स्पष्ट किया जाता है। उस विचार प्रयोग में पर्यवेक्षक प्रभावी रूप से इस तथ्य को अनदेखा कर रहे थे कि उनका तर्क इस बात पर निर्भर था कि वे अन्य एजेंटों को कैसे मॉडल करते हैं। एक बार जब इस निर्भरता को स्वीकार कर लिया जाता है, तो तर्क पूरी तरह से सही रहता है। यह कार्य क्वांटम यांत्रिकी के मूलभूत नियमों, जैसे कि संभावनाओं की गणना करने के तरीके को बदलने, या शास्त्रीय तर्क के नियमों को छोड़ने की आवश्यकता नहीं करता है। इसके बजाय, यह उस परिप्रेक्ष्य को ट्रैक रखने का एक कठोर तरीका प्रदान करता है जिससे भविष्यवाणी की जाती है।

इस समाधान के क्वांटम विज्ञान के भविष्य के लिए गहरे निहितार्थ हैं। जैसे-जैसे हम बड़े और अधिक शक्तिशाली क्वांटम कंप्यूटर बना रहे हैं, ये मशीनें अंततः अपने आप में एजेंट के रूप में कार्य करने में सक्षम हो सकती हैं, जो अन्य प्रणालियों के बारे में तर्क करने और मापने में सक्षम होंगी। नया ढांचा यह सुनिश्चित करता है कि हम इन भविष्य की मशीनों को लगातार तर्क करने के लिए प्रोग्राम कर सकें, भले ही वे अन्य क्वांटम एजेंटों का मॉडल बना रही हों। यह एक ऐसा ठोस आधार प्रदान करता है जहाँ रेखा धुंधली हो जाती है। शोधकर्ताओं ने प्रदर्शित किया है कि ब्रह्मांड को क्वांटम होने और तार्किक होने के बीच किसी एक को चुनने की आवश्यकता नहीं है; इसे केवल यह स्पष्ट करने की आवश्यकता है कि हम इसे किस लेंस के माध्यम से देख रहे हैं।

अंततः, यह शोध पत्र एक ऐसे क्षेत्र के लिए आगे बढ़ने का रास्ता प्रदान करता है जो एक गतिरोध (dead end) पर पहुँच गया था। यह दिखाता है कि भौतिकी के मौलिक टूटने का डर इस बात पर आधारित था कि हम अपने प्रश्नों को कैसे तैयार करते हैं। यह सावधानीपूर्वक निर्दिष्ट करके कि एक माप को तथ्य बनाम प्रक्रिया के रूप में कैसे माना जाता है, शोधकर्ताओं ने सिद्धांत की निरंतरता को बहाल कर दिया है। उन्होंने दिखाया है कि हम एक ऐसा ब्रह्मांड रख सकते हैं जहाँ एजेंट क्वांटम हों, जहाँ तर्क काम करता है, और जहाँ हम अभी भी अपने वैज्ञानिक भविष्यवाणियों पर भरोसा कर सकते हैं। स्पष्ट विरोधाभास कभी भी एक टूटे हुए सिद्धांत का संकेत नहीं थे, बल्कि एक संकेत थे कि हमें अपने लिए लिए गए परिप्रेक्ष्य के बारे में अधिक सटीक होने की आवश्यकता थी। इस नई स्पष्टता के साथ, वास्तविकता के गहरे प्रश्नों को खोजने के लिए द्वार खुला है, बिना किसी तार्किक खाई में गिरने के डर के।