ETH زیورخ کے محققین فاصلے پر کوانٹم مکینیکل ارتباط کا مظاہرہ کرتے ہیں۔

سالڈ سٹیٹ فزکس کے پروفیسر اینڈریاس والراف کی قیادت میں، محققین نے کوانٹم میکینکس کے جواب میں البرٹ آئنسٹائن کے وضع کردہ "مقامی وجہ" کے تصور کو غلط ثابت کرنے کے لیے ایک خامی سے پاک بیل ٹیسٹ کیا۔ یہ ظاہر کرتے ہوئے کہ کوانٹم مکینیکل اشیاء جو بہت دور ہیں ایک دوسرے کے ساتھ زیادہ مضبوطی سے منسلک ہوسکتی ہیں جتنا کہ روایتی نظاموں میں ممکن ہے، محققین نے کوانٹم میکانکس کے لیے مزید تصدیق فراہم کی ہے۔ اس تجربے کے بارے میں خاص بات یہ ہے کہ محققین پہلی بار سپر کنڈکٹنگ سرکٹس کا استعمال کرتے ہوئے اسے انجام دینے کے قابل ہوئے، جنہیں طاقتور کوانٹم کمپیوٹر بنانے کے لیے امید افزا امیدوار سمجھا جاتا ہے۔

بیل ٹیسٹ ایک تجرباتی سیٹ اپ پر مبنی ہے جسے ابتدائی طور پر 1960 کی دہائی میں برطانوی ماہر طبیعیات جان بیل نے ایک سوچے سمجھے تجربے کے طور پر وضع کیا تھا۔ بیل ایک ایسے سوال کو حل کرنا چاہتا تھا جس کے بارے میں طبیعیات کے عظیم لوگ 1930 کی دہائی میں پہلے ہی بحث کر چکے تھے: کیا کوانٹم میکانکس کی پیشین گوئیاں، جو روزمرہ کے وجدان کے بالکل خلاف ہیں، درست ہیں، یا جوہری مائیکرو کاسم میں بھی وجہ کے روایتی تصورات کا اطلاق ہوتا ہے، جیسا کہ البرٹ آئن سٹائن کو یقین تھا؟

اس سوال کا جواب دینے کے لیے، بیل نے ایک ہی وقت میں دو الجھے ہوئے ذرات پر بے ترتیب پیمائش کرنے اور اسے بیل کی عدم مساوات کے خلاف جانچنے کی تجویز پیش کی۔ اگر آئن سٹائن کا مقامی وجہ کا تصور درست ہے تو یہ تجربات ہمیشہ بیل کی عدم مساوات کو پورا کریں گے۔ اس کے برعکس، کوانٹم میکانکس نے پیش گوئی کی ہے کہ وہ اس کی خلاف ورزی کریں گے۔

1970 کی دہائی کے اوائل میں، جان فرانسس کلوزر، جنھیں پچھلے سال فزکس کا نوبل انعام دیا گیا تھا، اور اسٹیورٹ فریڈمین نے پہلا عملی بیل ٹیسٹ کیا۔ اپنے تجربات میں، دونوں محققین یہ ثابت کرنے میں کامیاب رہے کہ بیل کی عدم مساوات کی واقعی خلاف ورزی ہوئی ہے۔ لیکن انہیں اپنے تجربات میں کچھ مفروضے بنانے پڑتے تھے تاکہ وہ ان پر عمل کر سکیں۔ لہذا، نظریاتی طور پر، یہ اب بھی ہو سکتا ہے کہ آئن سٹائن کوانٹم میکانکس پر شک کرنا درست تھا۔

تاہم، وقت گزرنے کے ساتھ، ان میں سے مزید خامیاں بند ہو سکتی ہیں۔ آخر کار، 2015 میں، مختلف گروہوں نے پہلی بار حقیقی معنوں میں خامیوں سے پاک بیل ٹیسٹ کرانے میں کامیابی حاصل کی، اس طرح آخر کار پرانے تنازعہ کو حل کر لیا۔

والراف کے گروپ کا کہنا ہے کہ اب وہ ان نتائج کی تصدیق ایک نئے تجربے سے کر سکتے ہیں۔ ETH محققین کا کام معروف سائنسی جریدے میں شائع ہوا۔ فطرت، قدرت ظاہر کرتا ہے کہ سات سال قبل ابتدائی تصدیق کے باوجود اس موضوع پر تحقیق مکمل نہیں ہوئی ہے۔ اس کی کئی وجوہات ہیں۔ ایک چیز کے لیے، ETH محققین کا تجربہ اس بات کی تصدیق کرتا ہے کہ سپر کنڈکٹنگ سرکٹس کوانٹم میکانکس کے قوانین کے مطابق بھی کام کرتے ہیں، حالانکہ وہ فوٹان یا آئنوں جیسی خوردبین کوانٹم اشیاء سے بہت بڑے ہوتے ہیں۔ کئی سو مائیکرو میٹر سائز کے الیکٹرانک سرکٹس جو سپر کنڈکٹنگ مواد سے بنے ہیں اور مائیکرو ویو فریکوئنسی پر چلتے ہیں انہیں میکروسکوپک کوانٹم آبجیکٹ کہا جاتا ہے۔

ایک اور چیز کے لیے، بیل ٹیسٹ کی بھی ایک عملی اہمیت ہے۔ والراف کے گروپ میں ڈاکٹریٹ کے طالب علم سائمن اسٹورز کی وضاحت کرتا ہے، "موڈیفائیڈ بیل ٹیسٹ کو خفیہ نگاری میں استعمال کیا جا سکتا ہے، مثال کے طور پر، یہ ظاہر کرنے کے لیے کہ معلومات درحقیقت خفیہ کردہ شکل میں منتقل ہوتی ہیں۔" "ہمارے نقطہ نظر کے ساتھ، ہم دوسرے تجرباتی سیٹ اپ میں ممکنہ طور پر بہت زیادہ مؤثر طریقے سے ثابت کر سکتے ہیں کہ بیل کی عدم مساوات کی خلاف ورزی کی گئی ہے. یہ عملی ایپلی کیشنز کے لیے خاص طور پر دلچسپ بناتا ہے۔

لہذا، تجربہ ترتیب دیتے وقت، توازن قائم کرنا ضروری ہے: دو سپر کنڈکٹنگ سرکٹس کے درمیان فاصلہ جتنا زیادہ ہوگا، پیمائش کے لیے اتنا ہی زیادہ وقت دستیاب ہوگا – اور تجرباتی سیٹ اپ اتنا ہی پیچیدہ ہوگا۔ اس کی وجہ یہ ہے کہ پورا تجربہ مطلق صفر کے قریب خلا میں کیا جانا چاہیے۔

ای ٹی ایچ کے محققین نے کم سے کم فاصلے کا تعین کیا ہے جس پر کامیاب بیلفول فری بیل ٹیسٹ کرنے کے لیے تقریباً 33 میٹر کا فاصلہ طے کیا جائے گا، کیونکہ اس فاصلے کو خلا میں طے کرنے کے لیے روشنی کے ذرے کو تقریباً 110 نینو سیکنڈ لگتے ہیں۔ یہ تجربہ کرنے میں محققین کو لگے اس سے چند نینو سیکنڈ زیادہ ہے۔

والراف کی ٹیم نے ETH کیمپس کے زیر زمین گزرگاہوں میں ایک متاثر کن سہولت بنائی ہے۔ اس کے ہر دو سرے پر ایک کریوسٹیٹ ہوتا ہے جس میں ایک سپر کنڈکٹنگ سرکٹ ہوتا ہے۔ یہ دونوں کولنگ اپریٹس ایک 30 میٹر لمبی ٹیوب کے ذریعے جڑے ہوئے ہیں جس کے اندرونی حصے کو بالکل صفر (–273.15 °C) سے اوپر درجہ حرارت پر ٹھنڈا کیا جاتا ہے۔

ہر پیمائش کے آغاز سے پہلے، دو سپر کنڈکٹنگ سرکٹس میں سے ایک سے ایک مائکروویو فوٹون کو دوسرے میں منتقل کیا جاتا ہے تاکہ دونوں سرکٹس آپس میں الجھ جائیں۔ رینڈم نمبر جنریٹر پھر فیصلہ کرتے ہیں کہ بیل ٹیسٹ کے حصے کے طور پر دو سرکٹس پر کون سی پیمائش کی جاتی ہے۔ اگلا، دونوں اطراف کی پیمائش کے نتائج کا موازنہ کیا جاتا ہے۔

ایک ملین سے زیادہ پیمائشوں کا جائزہ لینے کے بعد، محققین نے بہت زیادہ شماریاتی یقین کے ساتھ دکھایا ہے کہ اس تجرباتی سیٹ اپ میں بیل کی عدم مساوات کی خلاف ورزی ہوئی ہے۔ دوسرے لفظوں میں، انہوں نے اس بات کی تصدیق کی ہے کہ کوانٹم میکینکس میکروسکوپک برقی سرکٹس میں غیر مقامی ارتباط کی بھی اجازت دیتا ہے اور اس کے نتیجے میں سپر کنڈکٹنگ سرکٹس ایک بڑے فاصلے پر الجھ سکتے ہیں۔ یہ تقسیم شدہ کوانٹم کمپیوٹنگ اور کوانٹم کرپٹوگرافی کے میدان میں دلچسپ ممکنہ ایپلی کیشنز کو کھولتا ہے۔

والراف کا کہنا ہے کہ اس سہولت کی تعمیر اور ٹیسٹ کروانا ایک چیلنج تھا۔ "ہم ERC ایڈوانسڈ گرانٹ سے فنڈنگ ​​کے ساتھ چھ سال کی مدت میں اس منصوبے کو فنانس کرنے کے قابل تھے۔" صرف صفر کے قریب درجہ حرارت پر پورے تجرباتی سیٹ اپ کو ٹھنڈا کرنے میں کافی محنت درکار ہوتی ہے۔ والراف کا کہنا ہے کہ "ہماری مشین میں 1.3 ٹن تانبا اور 14,000 پیچ موجود ہیں، ساتھ ہی طبیعیات کے علم اور انجینئرنگ کے بارے میں بہت زیادہ معلومات ہیں۔" ان کا خیال ہے کہ اصولی طور پر ایسی سہولیات کی تعمیر ممکن ہو گی جو اس سے بھی زیادہ فاصلے پر قابو پا سکیں۔ یہ ٹیکنالوجی، مثال کے طور پر، سپر کنڈکٹنگ کوانٹم کمپیوٹرز کو بہت فاصلے پر جوڑنے کے لیے استعمال کی جا سکتی ہے۔