Measurements on the separated subsystems of an entangled state

क्वांटम यांत्रिकी एक ऐसी दुनिया का वर्णन करती है जहाँ कण इस तरह से जुड़े हो सकते हैं जो स्थान और दूरी के साधारण नियमों को चुनौती देते हुए प्रतीत होते हैं। जब दो कण 'एंटैंगल्ड' (entangled) हो जाते हैं, तो वे एक एकल, एकीकृत अस्तित्व साझा करते हैं, भले ही वे विशाल दूरियों तक अलग हों। इस अवस्था में, एक कण के गुण दूसरे के गुणों से अटूट रूप से बंधे होते हैं। दशकों से, भौतिकविदों ने गणितीय रूप से इन जुड़े हुए तंत्रों का वर्णन करना समझ लिया है, लेकिन एक विशिष्ट पहेली बनी हुई है: जब इन कणों को भौतिक रूप से अलग करने के बाद हम उन्हें मापते हैं, तो क्या होता है, इसका वर्णन हम कैसे करें? मानक सिद्धांत बताता है कि एक कण को मापने से पूरा तंत्र तुरंत एक निश्चित अवस्था में "कोलैप्स" (collapse) हो जाता है, एक ऐसी प्रक्रिया जो रहस्यमय और ब्रह्मांड में तात्कालिक प्रतीत होती है। 'रैंडम कोलैप्स' (random collapse) के रूप में जानी जाने वाली यह धारणा डिफ़ॉल्ट स्पष्टीकरण रही है कि एक धुंधली क्वांटम सुपरपोजिशन से निश्चित परिणाम कैसे उभरते हैं, फिर भी यह वास्तविकता के स्वरूप के बारे में कई प्रश्नों को अनुत्तरित छोड़ देती है।

प्रिंसटन विश्वविद्यालय में ग्रेगरी डी. शोल्स का एक नया अध्ययन इस समस्या को देखने का एक अलग तरीका प्रदान करता है, जो यह सुझाव देता है कि अलग किए गए कणों के बीच अजीब संबंध के लिए अचानक, यादृच्छिक कोलैप्स की आवश्यकता नहीं है। इसके बजाय, शोध प्रस्तावित करता है कि जो निश्चित परिणाम हम देखते हैं, वे केवल इस बात का मामला हैं कि हम प्रणाली को किस तरह से देखते हैं। शोध पत्र का तर्क है कि जब हम एंटैंगल्ड कणों को अलग करते हैं, तो हम केवल एक एकल, एकीकृत वस्तु का मापन नहीं कर रहे होते हैं; बल्कि हम उन विभिन्न, पूर्व-मौजूद संभावनाओं तक पहुँच रहे होते हैं जो अवस्था के भीतर गणितीय संरचना में पहले से ही छिपी हुई थीं। संयुक्त प्रणाली से व्यक्तिगत भागों की ओर दृष्टिकोण बदलकर, लेखक दिखाते हैं कि कणों के बीच सहसंबंध (correlations) किसी 'स्पूकी एक्शन एट अ डिस्टेंस' (spooky action at a distance) द्वारा निर्मित नहीं होते, बल्कि माप के विशिष्ट तरीके के माध्यम से प्रकट होते हैं।

इसे समझने के लिए, व्यक्ति को सबसे पहले यह समझना होगा कि क्वांटम अवस्थाएँ कैसे निर्मित होती हैं। जब दो प्रणालियों को संयोजित किया जाता है, तो उनका गणितीय विवरण उनकी व्यक्तिगत संभावनाओं को जोड़ने वाले एक विशिष्ट ऑपरेशन द्वारा बनाया जाता है। यह ऑपरेशन एक ऐसा स्थान बनाता है जहाँ संयुक्त अवस्था दोनों का एक सरल मिश्रण हो सकती है, या एक जटिल, एंटैंगल्ड मिश्रण हो सकती है जहाँ भागों का स्वतंत्र रूप से वर्णन नहीं किया जा सकता। मानक दृष्टिकोण इस संयुक्त अवस्था को एक एकल, अविभाज्य इकाई मानता है जब तक कि कोई मापन इसे एक पथ चुनने के लिए मजबूर न कर दे। हालाँकि, शोल्स बताते हैं कि यह संयुक्त अवस्था वास्तव में एक व्यापक गणितीय संरचना द्वारा परिभाषित है जिसमें एक ही भौतिक स्थिति का प्रतिनिधित्व करने के कई अलग-अलग तरीके शामिल हैं। इसे एक मानचित्र पर एक बिंदु की तरह समझें जिसे कई सड़कों द्वारा पहुँचा जा सकता है; गंतव्य वही है, लेकिन गंतव्य तक पहुँचने के लिए ली गई राह मायने रखती है कि आप रास्ते में क्या देखते हैं।

इस नए निष्कर्ष का मूल यह है कि जब दो एंटैंगल्ड कण भौतिक रूप से अलग होते हैं, तो मापन प्रक्रिया उस संयुक्त, एकीकृत अवस्था पर उस तरह कार्य नहीं करती जैसा कि हम आमतौर पर सोचते हैं। इसके बजाय, उन्हें अलग करने का कार्य पर्यवेक्षक को अवस्था के उन विशिष्ट "प्रतिनिधियों" (representatives) तक पहुँचने की अनुमति देता है जो पहले छिपे हुए थे। शोध पत्र प्रदर्शित करता है कि एंटैंगल्ड अवस्था वास्तव में विभिन्न संभावनाओं का एक संग्रह है, जो इस तरह से समूहबद्ध है कि समग्र रूप में देखने पर वे समान दिखाई देते हैं। लेकिन जब हम व्यक्तिगत रूप से कणों को मापते हैं, तो हम प्रभावी रूप से इनमें से एक छिपे हुए प्रतिनिधि को चुन रहे होते हैं। किस प्रतिनिधि को प्रकट किया जाएगा, यह माप के विशिष्ट कोण या आधार (basis) पर निर्भर करता है, ठीक वैसे ही जैसे गंतव्य तक पहुँचने के लिए कौन सी सड़क चुनना है।

यह अंतर्दृष्टि 'नॉनलोकैलिटी' (nonlocality) की कहानी को बदल देती है, वह घटना जहाँ एक कण को मापने से दूसरे की अवस्था तुरंत निर्धारित होती प्रतीत होती है। अध्ययन सुझाव देता है कि अंतरिक्ष में होने वाले किसी यादृच्छिक कोलैप्स को आमंत्रित करने की आवश्यकता नहीं है। इसके बजाय, कणों के बीच के सहसंबंध वेवफंक्शन (wavefunction) में सांख्यिकीय रूप से अंतर्निहित हैं, जो प्रकट होने की प्रतीक्षा कर रहे हैं। जब एक प्रयोगकर्ता कण A को एक निश्चित तरीके से मापता है, तो वह कण B को बदलने के लिए मजबूर नहीं कर रहा होता; वह केवल साझा वास्तविकता के एक विशिष्ट संस्करण का चयन कर रहा होता जो हमेशा से वहाँ मौजूद था। इसके बाद कण B के लिए परिणाम इस चयन पर निर्भर करता है, न कि उनके बीच यात्रा करने वाले किसी संकेत पर। शोध पत्र दिखाता है कि यदि आप एक दिशा में कण A को मापते हैं, तो आप दोनों कणों के लिए परिणामों का एक विशिष्ट सेट प्रकट करते हैं। यदि आप दूसरी दिशा में मापते हैं, तो आप एक अलग सेट प्रकट करते हैं, लेकिन दोनों के बीच का संबंध बिना किसी रहस्यमय परस्पर क्रिया के सुसंगत और पूर्वानुमेय बना रहता है। यह ध्यान देना महत्वपूर्ण है कि जबकि यह मॉडल रैंडम कोलैप्स को समाप्त करता है, यह यह संकेत नहीं देता कि ये सहसंबंध स्थानीय रूप से एन्कोडेड (locally-encoded) हैं; परिणाम अभी भी पहले मापन के लिए चुने गए आधार पर निर्भर करते हैं।

शोध यह समझने के लिए एक स्पष्ट गणितीय ढांचा प्रदान करता है कि ये मापन कैसे कार्य करते हैं, यह दिखाते हुए कि हमें प्राप्त निश्चित परिणाम जटिल, एंटैंगल्ड अवस्था को व्यक्तिगत कणों के स्थानीय स्थानों पर प्रोजेक्ट करने का परिणाम हैं। यह प्रोजेक्शन कोई भौतिक बल नहीं है बल्कि एक गणितीय अनिवार्यता है जो कणों के अलग होने के तरीके से उत्पन्न होती है। लेखक दिखाते हैं कि अवस्था की अंतर्निहित संरचना को देखकर, एक देख सकता है कि क्वांटम यांत्रिकी की "यादृच्छिकता" वास्तव में इस बात का प्रतिबिंब है कि मापन संदर्भ द्वारा किस छिपे हुए प्रतिनिधि को चुना गया है। सहसंबंध मापन के क्षण में निर्मित नहीं होते; वे केवल पढ़े जाते हैं।

यह दृष्टिकोण यह स्पष्ट करने के लिए एक तर्कसंगत आधार प्रदान करता है कि क्यों एक संयुक्त प्रणाली को मापने पर एक परिणाम मिलता है, जबकि अलग किए गए भागों को मापने पर दो परिणाम मिलते हैं। शोध पत्र समझाता है कि संयुक्त प्रणाली एक ऐसे स्थान में मौजूद होती है जहाँ व्यक्तिगत भाग आपस में मिले हुए होते हैं, लेकिन एक बार अलग होने के बाद, मापन प्रक्रिया हमें प्रत्येक भाग के विशिष्ट योगदान को देखने की अनुमति देती है। अध्ययन सुझाव देता है कि वेव फंक्शन का "कोलैप्स" ब्रह्मांड के साथ होने वाली एक भौतिक घटना नहीं है, बल्कि यह इस बात का विवरण है कि हम अलग किए गए उप-तंत्रों (subsystems) के भीतर निहित सूचना तक कैसे पहुँचते हैं। गैर-स्थानीय संबंध (nonlocal connection) प्रकाश से तेज़ चलने वाला कोई संकेत नहीं है, बल्कि इस तथ्य का परिणाम है कि दोनों कण एक साझा इतिहास और एक साझा गणितीय संरचना साझा करते हैं जो इस पर निर्भर करते हुए अलग तरह से प्रकट होती है कि हम उन्हें कैसे देखते हैं।

इस कार्य के निहितार्थ हमारे क्वांटम जगत की समझ के लिए महत्वपूर्ण हैं। यह सुझाव देता है कि एंटैंगल्ड कणों का अजीब व्यवहार स्थानीय वास्तविकता का उल्लंघन नहीं है, बल्कि यह एक विशेषता है कि सूचना एक क्वांटम प्रणाली में कैसे संग्रहीत और पुनर्प्राप्त की जाती है। शोध पत्र का तर्क है कि ब्रह्मांड को मापन के परिणाम को तय करने के लिए एक यादृच्छिक विकल्प बनाने की आवश्यकता नहीं है; बल्कि, परिणाम स्वयं मापन के संदर्भ द्वारा निर्धारित होता है, जो एक ऐसे सांख्यिकीय मॉडल के भीतर होता है जहाँ सहसंबंधित परिणाम अवस्था में अंतर्निहित होते हैं। यह दृष्टिकोण इस विचार के अनुरूप है कि एक क्वांटम प्रणाली के गुण तब तक निश्चित नहीं होते जब तक कि उन्हें देखा न जाए, लेकिन यह एक रहस्यमय, तात्कालिक कोलैप्स की आवश्यकता को हटा देता है। इसके बजाय, मापन केवल प्रणाली के उस विशिष्ट पहलू को प्रकट करता है जो पर्यवेक्षक के चुनाव के लिए प्रासंगिक था।

अंत में, अध्ययन क्वांटम यांत्रिकी के सबसे पहेलीनुमा पहलुओं में से एक के लिए एक शांत, अधिक तार्किक स्पष्टीकरण प्रदान करता है। यह सुझाव देता है कि "स्पूकी एक्शन एट अ डिस्टेंस" वास्तव में अलग किए गए तंत्रों के उनके साझा अतीत के साथ संबंध को समझने में एक गलतफहमी है। सहसंबंध वास्तविक हैं, लेकिन वे एक कण द्वारा दूसरे को प्रभावित करने वाले अचानक परिवर्तन के कारण नहीं हैं। वे एक गहरे संरचना का परिणाम हैं जो कणों को जोड़ती है, एक ऐसी संरचना जो केवल तब पूरी तरह से दृश्यमान होती है जब हम उन्हें एक एकल, एकीकृत पूर्ण के रूप में देखना बंद कर देते हैं और उन्हें अलग, फिर भी जुड़े हुए संस्थाओं के रूप में जांचना शुरू करते हैं। यह दृष्टिकोण क्वांटम यांत्रिकी के भविष्यवाणियों को नहीं बदलता है, लेकिन यह उस कहानी को बदल देता है जो हम उन भविष्यवाणियों के काम करने के कारणों के बारे में बताते हैं, जिससे गणित के नीचे की वास्तविकता की एक स्पष्ट तस्वीर मिलती है।