نئے الجھنے کے نتائج بہتر کوانٹم کوڈز کی طرف اشارہ کرتے ہیں۔

اس مہینے، تین سائنسدانوں نے فزکس کا نوبل انعام جیتا۔ کوانٹم دنیا کی سب سے متضاد لیکن نتیجہ خیز حقیقتوں میں سے ایک کو ثابت کرنے کے لیے ان کے کام۔ انہوں نے یہ ظاہر کیا کہ دو الجھے ہوئے کوانٹم ذرات کو ایک ہی نظام پر غور کیا جانا چاہیے - ان کی ریاستیں ایک دوسرے کے ساتھ غیر متزلزل طور پر جڑی ہوئی ہیں - یہاں تک کہ اگر ذرات بہت فاصلے سے الگ ہوجائیں۔ عملی طور پر، "غیرمقامی" کے اس رجحان کا مطلب یہ ہے کہ جو نظام آپ کے سامنے ہے وہ ہزاروں میل دور کسی چیز سے فوری طور پر متاثر ہو سکتا ہے۔

الجھنا اور غیر مقامیت کمپیوٹر سائنسدانوں کو ناقابل شکست کوڈز بنانے کے قابل بناتی ہے۔ ڈیوائس سے آزاد کوانٹم کلید کی تقسیم کے نام سے جانے والی تکنیک میں، ذرات کا ایک جوڑا الجھایا جاتا ہے اور پھر دو لوگوں میں تقسیم کیا جاتا ہے۔ ذرات کی مشترکہ خصوصیات اب ایک کوڈ کے طور پر کام کر سکتی ہیں، جو کہ کوانٹم کمپیوٹرز سے بھی مواصلات کو محفوظ رکھے گا - مشینیں کلاسیکی خفیہ کاری کی تکنیکوں کو توڑنے کی صلاحیت رکھتی ہیں۔

لیکن دو ذرات پر کیوں رکیں؟ نظریہ میں، اس بات کی کوئی بالائی حد نہیں ہے کہ کتنے ذرات ایک الجھی ہوئی حالت کو بانٹ سکتے ہیں۔ کئی دہائیوں سے، نظریاتی طبیعیات دانوں نے تین طرفہ، چار طرفہ، یہاں تک کہ 100 طرفہ کوانٹم کنکشن کا تصور کیا ہے - ایسی چیز جو مکمل طور پر تقسیم شدہ کوانٹم سے محفوظ انٹرنیٹ کی اجازت دے گی۔ اب، چین میں ایک لیب نے وہ چیز حاصل کی ہے جو ایک ہی وقت میں تین ذرات کے درمیان غیر مقامی الجھاؤ کے طور پر ظاہر ہوتی ہے، ممکنہ طور پر کوانٹم کرپٹوگرافی کی طاقت اور عام طور پر کوانٹم نیٹ ورکس کے امکانات کو بڑھاتی ہے۔

"دو فریقی غیرمقامی کافی پاگل ہے جیسا کہ یہ ہے،" کہا پیٹر بیئر ہارسٹنیو اورلینز یونیورسٹی میں کوانٹم انفارمیشن تھیوریسٹ۔ "لیکن یہ پتہ چلتا ہے کہ کوانٹم میکینکس ایسی چیزیں کر سکتے ہیں جو اس سے بھی آگے بڑھ جاتی ہے جب آپ کے پاس تین فریق ہوں۔"

طبیعیات دان اس سے پہلے دو سے زیادہ ذرات کو الجھا چکے ہیں۔ ریکارڈ کہیں کے درمیان ہے۔ 14 ذرات اور 15 ٹریلیناس پر منحصر ہے کہ آپ کس سے پوچھتے ہیں۔ لیکن یہ صرف مختصر فاصلے پر تھے، زیادہ سے زیادہ صرف انچوں کے فاصلے پر۔ کثیر الجہتی الجھن کو خفیہ نگاری کے لیے کارآمد بنانے کے لیے، سائنسدانوں کو سادہ الجھنوں سے آگے بڑھ کر غیر مقامییت کا مظاہرہ کرنے کی ضرورت ہے - "حاصل کرنے کے لیے ایک اعلیٰ بار،" نے کہا۔ ایلی وولفواٹر لو، کینیڈا میں پیری میٹر انسٹی ٹیوٹ فار تھیوریٹیکل فزکس میں کوانٹم تھیوریسٹ۔

غیرمقامی کو ثابت کرنے کی کلید یہ جانچنا ہے کہ آیا ایک ذرہ کی خصوصیات دوسرے کی خصوصیات سے ملتی ہیں - الجھن کا نشان - ایک بار جب وہ کافی حد تک الگ ہوجائیں کہ کوئی اور چیز اثرات کا سبب نہیں بن سکتی ہے۔ مثال کے طور پر، ایک ذرہ جو ابھی بھی جسمانی طور پر اپنے الجھے ہوئے جڑواں کے قریب ہے وہ تابکاری خارج کر سکتا ہے جو دوسرے کو متاثر کرتا ہے۔ لیکن اگر وہ ایک میل کے فاصلے پر ہیں اور عملی طور پر فوری طور پر ناپا جاتا ہے، تو وہ ممکنہ طور پر صرف الجھن کے ذریعے منسلک ہوتے ہیں۔ تجربہ کار مساوات کا ایک سیٹ استعمال کرتے ہیں جسے کہا جاتا ہے۔ بیل عدم مساوات ذرات کی منسلک خصوصیات کے لیے دیگر تمام وضاحتوں کو مسترد کرنے کے لیے۔

تین ذرات کے ساتھ، غیر مقامییت کو ثابت کرنے کا عمل یکساں ہے، لیکن اس کو مسترد کرنے کے مزید امکانات ہیں۔ یہ غبارے دونوں پیمائشوں اور ریاضیاتی ہپس کی پیچیدگی کو ظاہر کرتا ہے جس سے سائنسدانوں کو تین ذرات کے غیر مقامی تعلق کو ثابت کرنے کے لیے چھلانگ لگانی ہوگی۔ بیئر ہورسٹ نے کہا، "آپ کو اس تک پہنچنے کے لیے ایک تخلیقی طریقہ کے ساتھ آنا ہوگا،" اور اس کے پاس لیب میں صحیح حالات پیدا کرنے کی ٹیکنالوجی ہے۔

اگست میں شائع ہونے والے نتائج میں، چین کے ہیفی میں ایک ٹیم نے ایک اہم چھلانگ لگائی۔ سب سے پہلے، ایک خاص قسم کے کرسٹل کے ذریعے لیزرز کو گولی مار کر، وہ الجھی تین فوٹون بنائے اور انہیں سینکڑوں میٹر کے فاصلے پر تحقیقی سہولت کے مختلف علاقوں میں رکھا۔ پھر انہوں نے بیک وقت ہر فوٹون کی بے ترتیب خاصیت کی پیمائش کی۔ محققین نے پیمائش کا تجزیہ کیا اور پایا کہ تینوں ذرات کے درمیان تعلق کو تین طرفہ کوانٹم نان لوکلٹی کے ذریعے بہترین انداز میں بیان کیا گیا تھا۔ یہ تین طرفہ غیر مقامیت کا آج تک کا سب سے جامع مظاہرہ تھا۔

تکنیکی طور پر، اس بات کا ایک چھوٹا سا موقع باقی رہتا ہے کہ کسی اور چیز نے نتائج کا سبب بنے۔ "ہمارے پاس ابھی بھی کچھ کھلی خامیاں ہیں،" کہا زیومی گو، مطالعہ کے مرکزی مصنفین میں سے ایک۔ لیکن ذرات کو الگ کرکے، وہ اپنے اعداد و شمار کے لیے سب سے زیادہ واضح متبادل وضاحت کو مسترد کرنے کے قابل تھے: جسمانی قربت۔

مصنفین نے بھی اپنے تجربے کی بنیاد ایک نئے، سخت تعریف تین طرفہ غیرمقامی جو پچھلے کچھ سالوں میں اپنا اثر حاصل کر رہا ہے۔ جبکہ ماضی کے تجربات نے ان آلات کے درمیان تعاون کی اجازت دی جو فوٹونز کی پیمائش کرتے تھے، گو کے تین آلات بات چیت نہیں کر سکتے تھے۔ اس کے بجائے، انہوں نے ذرات کی بے ترتیب پیمائش کی - ایک پابندی جو خفیہ نگاری کے منظرناموں میں کارآمد ہوگی جہاں کسی بھی مواصلات سے سمجھوتہ کیا جا سکتا ہے۔ ریناٹو رینر، سوئس فیڈرل انسٹی ٹیوٹ آف ٹیکنالوجی زیورخ میں ایک کوانٹم فزیکسٹ۔ (پرانے نمونے کا استعمال کرتے ہوئے، ایک کینیڈا کی ٹیم demonstrated,en 2014 میں ایک فاصلے پر تین طرفہ غیر مقامییت۔)

اب جب کہ نئی تعریف کی پیروی کرنے والے محققین نے کامیابی کے ساتھ ذرات کو اس سے کہیں زیادہ الجھا دیا ہے، وہ فاصلے کو مزید بڑھانے پر توجہ مرکوز کر سکتے ہیں۔

"یہ طویل فاصلے کے، بڑے پیمانے پر تجربات کرنے کی طرف ایک اہم قدم ہے،" نے کہا ساکت گوہاایریزونا یونیورسٹی میں کوانٹم انفارمیشن تھیوریسٹ۔

رینر نے کہا کہ سب سے زیادہ براہ راست، یہ ٹیکنالوجی زیادہ وسیع کوانٹم کلیدی تقسیم کو طاقت دے سکتی ہے۔ اگر آپ الجھے ہوئے ذرات کو خفیہ کاری کی کلید کے طور پر استعمال کرتے ہیں، تو وہی بیل عدم مساوات جو طبیعیات دان غیر مقامییت کی جانچ کے لیے استعمال کرتے ہیں اس بات کو یقینی بنا سکتے ہیں کہ آپ کا راز مکمل طور پر محفوظ ہے۔ پھر یہاں تک کہ اگر آپ جس ڈیوائس کو پیغام بھیجنے یا وصول کرنے کے لیے استعمال کرتے ہیں وہ آپ کے بدترین دشمن کی طرف سے بدنیتی سے ہیرا پھیری ہو جائے، وہ آپ کی کوانٹم کلید کا تعین نہیں کر سکے گا۔ وہ راز آپ کے اور اس کے درمیان رہتے ہیں جس کے پاس دوسرا الجھا ہوا ذرہ ہے۔

کوانٹم کلیدی تقسیم "وہ چیز ہے جس کے بارے میں لوگ پرجوش ہیں،" رینر نے کہا۔ گزشتہ سال، تین الگ الگ گروپس لیب میں پروٹوکول کا مظاہرہ کیا، اگرچہ اب بھی چھوٹے پیمانے پر۔ یہی وجہ ہے کہ تین طرفہ غیر مقامییت بہت اہم ہوگی۔ "آپ کے پاس اصولی طور پر بہت زیادہ خفیہ نگاری کی طاقت ہے،" کیونکہ ان تین طرفہ رابطوں کو چند دو طرفہ لنکس کو ایک ساتھ جوڑ کر نقل نہیں کیا جا سکتا۔

بیئر ہورسٹ نے کہا، "یہ بنیادی طور پر مظاہر کی ایک نئی سطح ہے،" ایک ایسا جو آلہ سے آزاد خفیہ نگاری کو بنیادی، دو طرفہ مواصلات سے خفیہ اشتراک کرنے والوں کے پورے نیٹ ورک تک پھیلا سکتا ہے۔

خفیہ نگاری کے علاوہ، کثیر الجہتی الجھن دیگر اقسام کے کوانٹم نیٹ ورکس کے لیے بھی امکانات کھولتی ہے۔ گوہا جیسے محقق اس پر کام کر رہے ہیں۔ کوانٹم انٹرنیٹ، جو کوانٹم کمپیوٹرز کو اس طرح جوڑ سکتا ہے جس طرح باقاعدہ انٹرنیٹ عام آلات کو جوڑتا ہے۔ یہ نظام کئی کوانٹم ڈیوائسز کی کمپیوٹنگ پاور کو ایک ساتھ لے کر آئے گا جس سے لاکھوں ذرات کو مختلف سطحوں پر مختلف فاصلوں میں الجھا کر منسلک کیا جائے گا۔ گوہا نے کہا کہ ہمارے پاس اس طرح کے نظام کے لیے تمام انفرادی بلڈنگ بلاکس ہیں، لیکن اسے جمع کرنا "انجینئرنگ کا ایک بہت بڑا چیلنج ہے۔" اس مقصد کو ذہن میں رکھتے ہوئے، ہالینڈ کے سائنسدانوں نے کامیاب دو الگ الگ لیبز پر پھیلے ہوئے نیٹ ورک میں تین ذرات کو الجھاتے ہوئے — گو کہ گو کی ٹیم کے برعکس، وہ غیر مقامییت کا مظاہرہ کرنے پر توجہ مرکوز نہیں کر رہے تھے۔

بیئر ہورسٹ نے کہا کہ تین طرفہ الجھن پر یہ کام "صرف ایک دلچسپ واقعہ" کے طور پر شروع ہوا۔ لیکن "جب آپ کے پاس کوئی ایسی چیز ہے جو کوانٹم میکینکس کر سکتی ہے جو دوسری صورت میں کرنا ناممکن ہے، تو اس سے ہر طرح کے نئے تکنیکی امکانات کھل جائیں گے جن سے غیر متوقع طریقوں سے فائدہ اٹھایا جا سکتا ہے۔"

ابھی کے لیے، چند لیبز نے ان ذرات کے درمیان چار طرفہ غیر مقامییت کا مظاہرہ کیا ہے جو ایک دوسرے کے ساتھ بہت قریب ہیں۔ "یہ تجربات اس وقت کافی قیاس آرائی پر مبنی ہیں۔ آپ کو بہت سارے مفروضے کرنے ہوں گے،" بیئر ہورسٹ نے کہا۔

تین طرفہ تجربات اب بھی کچھ مفروضوں پر انحصار کرتے ہیں۔ نوبل انعام یافتہ افراد نے اپنے دو طرفہ تجربات میں ان خامیوں کو ختم کرنے میں نصف صدی گزار دی، آخر کار 2017 میں کامیاب ہوئے۔ لیکن ہم اس کے بعد تکنیکی طور پر بہت طویل سفر طے کر چکے ہیں، رینر نے کہا۔

انہوں نے کہا کہ "جو کچھ دہائیاں پہلے ہوتا تھا وہ اب ایک یا اس سے زیادہ سال میں ہو جائے گا۔"