Quantum Darwinism through apparatus-mediated environmental recording
यह शोध पत्र यह प्रदर्शित करता है कि क्वांटम डार्विनवाद एक मध्यवर्ती मापन उपकरण के माध्यम से उभर सकता है जिसमें सिस्टम-एनवायरनमेंट (प्रणाली-पर्यावरण) की प्रत्यक्ष अंतःक्रियाओं की आवश्यकता नहीं होती है, जो यह प्रकट करता है कि जबकि शोरहीन परिदृश्य प्रत्यक्ष मॉडलों के समान ही शास्त्रीय वस्तुनिष्ठता प्रदान करते हैं, पर्यावरणीय अभिलेखों की विश्वसनीयता इस बात पर महत्वपूर्ण रूप से निर्भर करती है कि शोर उपकरण को प्रभावित करता है या पर्यावरण को।
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दशकों से, भौतिकविदों ने एक मौलिक पहेली को सुलझाने का प्रयास किया है: वह कैसे निश्चित, ठोस दुनिया जिसे हम अनुभव करते हैं, उन धुंधले, संभाव्य नियमों से उभरती है जो परमाणुओं को नियंत्रित करते हैं? क्वांटम क्षेत्र में, कण एक साथ कई अवस्थाओं में मौजूद हो सकते हैं, जिसे सुपरपोजिशन (superposition) के रूपay जाना जाता है। फिर भी, जब हम किसी कुर्सी या तारे को देखते हैं, तो हमें केवल एक स्पष्ट वास्तविकता दिखाई देती है। इस संक्रमण की प्रमुख व्याख्या 'डिकोहेरेंस' (decoherence) नामक एक सिद्धांत है, जो यह सुझाव देता है कि एक क्वांटम सिस्टम और उसके परिवेश (जैसे हवा के अणु, प्रकाश या ऊष्मा) के बीच निरंतर अंतःक्रिया क्वांटम संभावनाओं को मिटा देती है, जिससे स्थिर "पॉइंटर स्टेट्स" (pointer states) बच जाते हैं जो शास्त्रीय रूप से व्यवहार करते हैं। हालाँकि, डिकोहेरेंस अकेले यह पूरी तरह से स्पष्ट नहीं करता है कि क्यों अलग-अलग लोग, एक ही वस्तु को अलग-अलग कोणों से देखने पर, वही देखते हैं जो वे देखते हैं। इसे हल करने के लिए, वैज्ञानिकों ने 'क्वांटम डार्विनिज्म' (quantum Darwinism) नामक एक अवधारणा प्रस्तावित की। यह विचार बताता है कि पर्यावरण एक विशाल, रेडंडेंट (redundant) पुस्तकालय की तरह कार्य करता है, जो सिस्टम की स्थिति की कई प्रतियां बनाता है। क्योंकि ये प्रतियां हर जगह बिखरी हुई हैं, इसलिए कोई भी प्रेक्षक पर्यावरण के एक छोटे से हिस्से को पकड़ सकता है, जानकारी पढ़ सकता है, और मूल वस्तु को छुए बिना ही उसी निष्कर्ष पर पहुँच सकता है जिस पर बाकी सभी पहुँचते हैं।
हो ची मिन्ह सिटी के यूनिवर्सिटी ऑफ साइंस और जापान के टोहोकू यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं द्वारा किया गया एक नया अध्ययन इस बात की जांच करता है कि वास्तव में सूचना की यह प्रतिलिपि बनाने की प्रक्रिया जटिल मापन सेटअपों में कैसे होती है। कई वास्तविक दुनिया के प्रयोगों में, जैसे कि सुपरकंडक्टिंग सर्किट का उपयोग करने वाले प्रयोगों में, पर्यावरण सीधे उस सिस्टम के साथ अंतःक्रिया नहीं करता है जिसका मापन किया जा रहा है। इसके बजाय, सिस्टम पहले एक मध्यवर्ती उपकरण (intermediate device), यानी एक मापन यंत्र (measurement apparatus) से बात करता है, जो फिर पर्यावरण से बात करता है। शोधकर्ता यह जानना चाहते थे कि क्या यह अतिरिक्त चरण जानकारी को संग्रहीत करने के तरीके को बदल देता है या क्या पर्यावरण अभी भी इस अप्रत्यक्ष पथ के माध्यम से सिस्टम की स्थिति का एक विश्वसनीय, रेडंडेंट रिकॉर्ड बना सकता है। क्वांटम सर्किट के सटीक गणितीय मॉडल बनाकर, उन्होंने दो परिदृश्यों की तुलना की: एक जहाँ पर्यावरण सीधे सिस्टम के साथ अंतःक्रिया करता है, और दूसरा जहाँ पर्यावरण केवल उपकरण के माध्यम से सुनता है।
टीम ने पाया कि एक मध्यवर्ती उपकरण की उपस्थिति पर्यावरण को एक विश्वसनीय रिकॉर्डर बनने से नहीं रोकती है। भले ही सिस्टम और पर्यावरण कभी एक-दूसरे के संपर्क में न आए हों, उपकरण सफलतापूर्वक सिस्टम की जानकारी को आसपास के कणों में स्थानांतरित कर देता है। एक आदर्श, शोर-मुक्त (noise-free) परिदृश्य में, पर्यावरण से प्राप्त की जा सकने वाली जानकारी की मात्रा बिल्कुल उतनी ही होती है जितनी कि तब होती यदि पर्यावरण सीधे सिस्टम को सुन रहा होता या अप्रत्यक्ष रूप से उपकरण के माध्यम से सुन रहा होता। शोधकर्ताओं ने प्रदर्शित किया कि जबकि सिस्टम और पर्यावरण के बीच कुल गणितीय संबंध दोनों मामलों में अलग दिखता है, एक प्रेक्षक के लिए उपलब्ध वास्तविक, उपयोगी जानकारी समान रहती है। मध्यवर्ती उपकरण केवल सहसंबंधों (correlations) को पुनर्गठित करता है, लेकिन अंतिम परिणाम पर्यावरणीय रिकॉर्ड का एक ऐसा सेट होता है जो उतना ही स्पष्ट और रेडंडेंट होता है जितना कि तब होता यदि सिस्टम ने सीधे दुनिया से बात की होती।
हालाँकि, अध्ययन ने यह भी खुलासा किया कि इन रिकॉर्ड्स की विश्वसनीयता इस बात पर बहुत अधिक निर्भर करती है कि त्रुटियाँ कहाँ होती हैं। शोधकर्ताओं ने सिम्युलेट किया कि जब शोर, या यादृच्छिक व्यवधान (random disturbances), इस प्रक्रिया में हस्तक्षेप करता है, तो क्या होता है। उन्होंने पाया कि यदि शोर मध्यवर्ती उपकरण पर प्रहार करता है, तो यह एक साझा त्रुटि पैदा करता है जो पर्यावरण द्वारा बनाई गई रिकॉर्ड की प्रत्येक प्रति को दूषित कर देती है। चूँकि उपकरण ही उन सभी आगामी प्रतियों का स्रोत है, इसलिए वहाँ होने वाली एक गलती रिकॉर्ड के हर अंश में दोहराई जाती है, जिससे यह असंभव हो जाता है कि कोई प्रेक्षक वास्तविक जानकारी प्राप्त कर सके, चाहे वह पर्यावरण के कितने भी टुकड़ों का परीक्षण क्यों न कर ले। इसके विपरीत, यदि शोर जानकारी दर्ज होने के बाद स्वयं पर्यावरण पर प्रहार करता है, तो क्षति केवल उसी एक टुकड़े तक सीमित रहती है। प्रेक्षक फिर पर्यावरणीय अंशों के एक बड़े संग्रह को देखकर इस यादृच्छिक त्रुटि को दूर कर सकते हैं, जिससे सही संकेत को प्रभावी ढंग से औसत निकाला जा सकता है।
शोधकर्ताओं ने व्यवधान के एक विशिष्ट प्रकार का भी परीक्षण किया जिसे 'डीफेज़िंग' (dephasing) कहा जाता है, जो मुख्य जानकारी को बदले बिना क्वांटम अवस्थाओं के समय या चरण (phase) को अस्त-व्यस्त कर देता है। उन्होंने पाया कि उनके द्वारा अध्ययन किए गए मॉडलों में, इस प्रकार का शोर दर्ज की गई जानकारी को पूरी तरह से अपरिवर्तित छोड़ देता है, जो यह सुझाव देता है कि त्रुटि की विशिष्ट प्रकृति केवल शोर की उपस्थिति से अधिक महत्वपूर्ण है। ये निष्कर्ष क्वांटम डार्विनिज्म के सिद्धांत को अप्रत्यक्ष मापन तक विस्तारित करते हैं, यह पुष्टि करते हुए कि पर्यावरण एक मध्यस्थ के माध्यम से सिस्टम के साथ अंतःक्रिया करने पर भी एक वस्तुनिष्ठ वास्तविकता स्थापित कर सकता है। यह कार्य स्पष्ट करता है कि दुनिया को कई प्रेक्षकों के लिए वस्तुनिष्ठ दिखने के लिए, महत्वपूर्ण कारक यह नहीं है कि पर्यावरण सीधे सिस्टम को छूता है या नहीं, बल्कि यह है कि क्या सूचना हस्तांतरण की श्रृंखला उन साझा, प्रणालीगत त्रुटियों से मुक्त है जो प्रतियों के पूरे पुस्तकालय को दूषित कर सकती हैं।
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