طبیعیات دان کوانٹم کمپیوٹر کا استعمال کرتے ہوئے ایک ورم ​​ہول بناتے ہیں۔

طبیعیات دانوں نے مبینہ طور پر پہلی بار ورم ہول بنائی ہے، ایک قسم کی سرنگ جسے 1935 میں البرٹ آئن سٹائن اور ناتھن روزن نے نظریہ بنایا تھا جو خلا کے اضافی جہت میں گزر کر ایک جگہ سے دوسری جگہ لے جاتی ہے۔

ورم ہول چھوٹے سپر کنڈکٹنگ سرکٹس میں ذخیرہ شدہ معلومات کے کوانٹم بٹس، یا "کوبیٹس" سے ایک ہولوگرام کی طرح ابھرا۔ qubits میں ہیرا پھیری کرکے، طبیعیات دانوں نے پھر ورم ہول کے ذریعے معلومات بھیجیں، آج اطلاع دی جرنل میں فطرت، قدرت.

ٹیم، کی قیادت میں ماریا سپیروپولو کیلیفورنیا انسٹی ٹیوٹ آف ٹکنالوجی نے گوگل کے کوانٹم کمپیوٹر کا استعمال کرتے ہوئے ناول "ورم ہول ٹیلی پورٹیشن پروٹوکول" کو نافذ کیا، کیلیفورنیا کے سانتا باربرا میں گوگل کوانٹم اے آئی میں موجود سائکیمور نامی ڈیوائس۔ اپنی نوعیت کے اس پہلے "چِپ پر کوانٹم کشش ثقل کے تجربے" کے ساتھ، جیسا کہ اسپیروپولو نے بیان کیا، اس نے اور اس کی ٹیم نے طبیعیات دانوں کے ایک مسابقتی گروپ کو شکست دی۔ جن کا مقصد ورم ہول ٹیلی پورٹیشن کرنا ہے۔ IBM اور Quantinuum کے کوانٹم کمپیوٹرز کے ساتھ۔

جب سپیروپولو نے کلیدی دستخط کو دیکھا جس سے ظاہر ہوتا ہے کہ کیوبیٹس ورم ہول سے گزر رہے ہیں، تو اس نے کہا، "میں ہل گئی تھی۔"

اس تجربے کو ہولوگرافک اصول کے ثبوت کے طور پر دیکھا جا سکتا ہے، جو کہ بنیادی طبیعیات کے دو ستون، کوانٹم میکانکس اور عمومی رشتہ داری کے بارے میں ایک واضح مفروضہ ہے۔ طبیعیات دانوں نے 1930 کی دہائی سے ان منقطع نظریات کو ملانے کی کوشش کی ہے - ایک، ایٹموں اور ذیلی ایٹمی ذرات کے لیے ایک اصول کتاب، دوسرا، آئن سٹائن کی یہ وضاحت کہ کس طرح مادّہ اور توانائی خلائی وقت کے تانے بانے کو توڑتے ہیں، کشش ثقل پیدا کرتے ہیں۔ ہولوگرافک اصول، 1990 کی دہائی سے بڑھتا ہوا، دونوں فریم ورک کے درمیان ریاضیاتی مساوات یا "دوہریت" رکھتا ہے۔ اس کا کہنا ہے کہ عمومی اضافیت کے ذریعہ بیان کردہ موڑنے والا خلائی وقت کا تسلسل واقعی بھیس میں ذرات کا ایک کوانٹم نظام ہے۔ خلائی وقت اور کشش ثقل کوانٹم اثرات سے اس طرح ابھرتے ہیں جیسے 3D پیٹرن سے 2D ہولوگرام پروجیکٹ کرتا ہے۔

درحقیقت، نیا تجربہ اس بات کی تصدیق کرتا ہے کہ کوانٹم اثرات، اس قسم کے جسے ہم کوانٹم کمپیوٹر میں کنٹرول کر سکتے ہیں، ایک ایسے رجحان کو جنم دے سکتے ہیں جس کی ہم رشتہ داری میں دیکھنے کی توقع رکھتے ہیں - ایک ورم ​​ہول۔ Sycamore چپ میں کوئبٹس کے ارتقا پذیر نظام میں "یہ واقعی بہترین متبادل تفصیل ہے،" کہا جان پریسکل، کالٹیک کے ایک نظریاتی طبیعیات دان جو اس تجربے میں شامل نہیں تھے۔ "آپ ایک بہت ہی مختلف زبان میں نظام کو کشش ثقل کے طور پر سوچ سکتے ہیں۔"

واضح ہونے کے لیے، ایک عام ہولوگرام کے برعکس، ورم ہول ایسی چیز نہیں ہے جسے ہم دیکھ سکتے ہیں۔ جبکہ شریک مصنف کے مطابق اسے "حقیقی خلائی وقت کا تنت" سمجھا جا سکتا ہے۔ ڈینیل جعفریس ہارورڈ یونیورسٹی کے، ورم ہول ٹیلی پورٹیشن پروٹوکول کے لیڈ ڈویلپر، یہ اسی حقیقت کا حصہ نہیں ہے جس میں ہم اور سائیکمور کمپیوٹر آباد ہیں۔ ہولوگرافک اصول کہتا ہے کہ دو حقیقتیں - ایک ورم ​​ہول کے ساتھ اور ایک کیوبیٹس کے ساتھ - ایک ہی طبیعیات کے متبادل ورژن ہیں، لیکن اس قسم کے دوہرے کو کیسے تصور کیا جائے یہ پراسرار ہے۔

نتائج کے بنیادی مضمرات کے بارے میں آراء مختلف ہوں گی۔ اہم بات یہ ہے کہ تجربے میں ہولوگرافک ورم ​​ہول ہماری اپنی کائنات کے اسپیس ٹائم سے مختلف قسم کے اسپیس ٹائم پر مشتمل ہے۔ یہ قابل بحث ہے کہ آیا تجربہ اس مفروضے کو آگے بڑھاتا ہے کہ ہم جس خلائی وقت میں رہتے ہیں وہ بھی ہولوگرافک ہے، جس کا نمونہ کوانٹم بٹس سے بنایا گیا ہے۔

جعفریس نے کہا، "میرے خیال میں یہ سچ ہے کہ ہماری کائنات میں کشش ثقل کچھ کوانٹم [بٹس] سے اسی طرح ابھرتی ہے جس طرح یہ چھوٹا بچہ یک جہتی ورم ہول سائیکمور چپ سے نکلتا ہے۔" "یقینا ہم یہ یقینی طور پر نہیں جانتے ہیں۔ ہم اسے سمجھنے کی کوشش کر رہے ہیں۔"

ورموہول میں

ہولوگرافک ورم ​​ہول کی کہانی 1935 میں شائع ہونے والے دو بظاہر غیر متعلقہ کاغذات سے ملتی ہے: ایک آئن سٹائن اور روزن کے ذریعہ، جسے ER کہا جاتا ہے، دیگر ان میں سے دو اور بورس پوڈولسکی کے ذریعے، جسے EPR کہا جاتا ہے۔ ابتدائی طور پر ER اور EPR دونوں کاغذات کو عظیم E کے معمولی کام کے طور پر سمجھا جاتا تھا۔ جو بدل گیا ہے۔

ER پیپر میں، آئن سٹائن اور اس کے نوجوان اسسٹنٹ، روزن نے ہر چیز کے ایک متحد نظریہ میں عمومی اضافیت کو بڑھانے کی کوشش کرتے ہوئے ورم ہولز کے امکان سے ٹھوکر کھائی - نہ صرف اسپیس ٹائم، بلکہ اس میں موجود ذیلی ایٹمی ذرات کی وضاحت۔ انہوں نے خلائی وقت کے تانے بانے میں چھینٹیں ڈالی تھیں جو جرمن ماہر طبیعیات سپاہی کارل شوارزچائلڈ نے 1916 میں آئن اسٹائن کے نظریہ کو شائع کرنے کے محض مہینوں میں عمومی اضافیت کے تہوں میں پایا تھا۔ Schwarzschild نے دکھایا کہ ماس ثقلی طور پر خود کو اتنا متوجہ کر سکتا ہے کہ یہ ایک نقطہ پر لامحدود طور پر مرتکز ہو جاتا ہے، اسپیس ٹائم کو اتنی تیزی سے گھماتا ہے کہ متغیرات لامحدود ہو جاتے ہیں اور آئن سٹائن کی مساوات میں خرابی پیدا ہو جاتی ہے۔ اب ہم جانتے ہیں کہ یہ "واحدتیں" پوری کائنات میں موجود ہیں۔ وہ ایسے نکات ہیں جنہیں ہم نہ تو بیان کر سکتے ہیں اور نہ ہی دیکھ سکتے ہیں، ہر ایک بلیک ہول کے مرکز میں چھپا ہوا ہے جو کشش ثقل سے تمام قریبی روشنی کو پھنسا دیتا ہے۔ انفرادیت وہ ہیں جہاں کشش ثقل کے کوانٹم تھیوری کی سب سے زیادہ ضرورت ہے۔

آئن سٹائن اور روزن نے قیاس کیا کہ شوارزچلڈ کی ریاضی ابتدائی ذرات کو عمومی اضافیت میں شامل کرنے کا ایک طریقہ ہو سکتی ہے۔ تصویر کو کام کرنے کے لیے، انھوں نے اس کی مساواتوں سے انفرادیت کو چھین لیا، نئے متغیرات میں تبادلہ کیا جس نے تیز نقطہ کی جگہ ایک اضافی جہتی ٹیوب کو خلائی وقت کے دوسرے حصے میں سلائیڈ کر دیا۔ آئن سٹائن اور روزن نے غلط لیکن علمی طور پر دلیل دی کہ یہ "پل" (یا ورم ہولز) ذرات کی نمائندگی کر سکتے ہیں۔

ستم ظریفی یہ ہے کہ کیڑے کے سوراخوں اور ذرات کو جوڑنے کی کوشش میں، جوڑی نے اس عجیب ذرہ کے رجحان پر غور نہیں کیا جس کی نشاندہی انہوں نے دو ماہ قبل ای پی آر پیپر میں پوڈولسکی کے ساتھ کی تھی: کوانٹم اینگلمنٹ۔

الجھن پیدا ہوتی ہے جب دو ذرات باہمی تعامل کرتے ہیں۔ کوانٹم اصولوں کے مطابق، ذرات میں ایک ساتھ متعدد ممکنہ حالتیں ہو سکتی ہیں۔ اس کا مطلب ہے کہ ذرات کے درمیان تعامل کے متعدد ممکنہ نتائج ہوتے ہیں، اس بات پر منحصر ہے کہ ہر ذرہ کس حالت سے شروع ہونے والا ہے۔ ہمیشہ، اگرچہ، ان کے نتیجے میں ہونے والی ریاستیں منسلک ہوں گی - ذرہ A کیسے ختم ہوتا ہے اس بات پر منحصر ہے کہ ذرہ B کیسے نکلتا ہے۔ اس طرح کے تعامل کے بعد، ذرات کا ایک مشترکہ فارمولہ ہوتا ہے جو مختلف مشترکہ ریاستوں کی وضاحت کرتا ہے جن میں وہ ہوسکتے ہیں۔

چونکا دینے والا نتیجہ، جس کی وجہ سے ای پی آر مصنفین کوانٹم تھیوری پر شک کرتے ہیں، "فاصلے پر ڈراونا عمل" ہے، جیسا کہ آئن سٹائن نے کہا: ذرات کی پیمائش کرنا (جو اس کے امکانات میں سے ایک حقیقت کو چنتا ہے) فوری طور پر B کی متعلقہ حالت کا فیصلہ کرتا ہے، چاہے B کتنا ہی دور کیوں نہ ہو۔

جب سے 1990 کی دہائی میں طبیعیات دانوں نے دریافت کیا کہ یہ نئی قسم کے کمپیوٹنگ کی اجازت دیتا ہے تب سے الجھن کو سمجھی جانے والی اہمیت میں اضافہ ہوا ہے۔ دو کوئبٹس کو الجھانے سے — کوانٹم آبجیکٹ جیسے ذرات جو دو ممکنہ حالتوں میں موجود ہیں، 0 اور 1 — مختلف امکانات کے ساتھ چار ممکنہ حالتیں حاصل کرتے ہیں (0 اور 0، 0 اور 1، 1 اور 0، اور 1 اور 1)۔ تین qubits بیک وقت آٹھ امکانات بناتے ہیں، اور اسی طرح؛ ایک "کوانٹم کمپیوٹر" کی طاقت ہر اضافی الجھے ہوئے کوبٹ کے ساتھ تیزی سے بڑھتی ہے۔ ہوشیاری سے الجھن کو ترتیب دیں، اور آپ 0s اور 1s کے تمام امتزاج کو منسوخ کر سکتے ہیں سوائے اس ترتیب کے جو حساب کا جواب دیتا ہے۔ چند درجن کیوبٹس سے بنے پروٹوٹائپ کوانٹم کمپیوٹر پچھلے چند سالوں میں وجود میں آئے ہیں، جس کی قیادت گوگل کی 54-کوبٹ سائیکامور مشین کر رہی ہے۔

دریں اثنا، کوانٹم کشش ثقل کے محققین نے ایک اور وجہ سے کوانٹم الجھن پر فکس کیا ہے: اسپیس ٹائم ہولوگرام کے ممکنہ سورس کوڈ کے طور پر۔

ER = EPR

ابھرتے ہوئے اسپیس ٹائم اور ہولوگرافی کی بات 1980 کی دہائی کے آخر میں شروع ہوئی، جب بلیک ہول تھیوریسٹ جان وہیلر نے یہ نظریہ پیش کیا کہ اسپیس ٹائم اور اس میں موجود ہر چیز معلومات سے جنم لے سکتی ہے۔ جلد ہی، دیگر محققین، بشمول ڈچ ماہر طبیعیات Gerard't Hooft، نے سوچا کہ کیا یہ ابھرنا ہولوگرام کے پروجیکشن سے مشابہت رکھتا ہے۔ مثالیں بلیک ہول کے مطالعے اور سٹرنگ تھیوری میں سامنے آئی ہیں، جہاں ایک جسمانی منظر نامے کی ایک تفصیل کو ایک اضافی مقامی جہت کے ساتھ اس کے یکساں طور پر درست منظر میں ترجمہ کیا جا سکتا ہے۔ 1994 کے ایک مقالے میں جس کا عنوان تھا "دنیا بطور ہولوگرام، " لیونارڈ سسکینڈاسٹینفورڈ یونیورسٹی کے ایک کوانٹم گریویٹی تھیوریسٹ نے ہوفٹ کے ہولوگرافک اصول کو بیان کیا، یہ دلیل دی کہ جنرل ریلیٹیویٹی کے ذریعہ بیان کردہ بینڈی اسپیس ٹائم کا حجم خطے کے نچلے جہتی پر کوانٹم ذرات کے نظام کے مساوی، یا "دوہری" ہے۔ حد

ہولوگرافی کی ایک اہم مثال تین سال بعد سامنے آئی۔ جوآن مالداسینا, ایک کوانٹم گریویٹی تھیوریسٹ اب پرنسٹن، نیو جرسی میں انسٹی ٹیوٹ فار ایڈوانسڈ اسٹڈی میں، دریافت کہ ایک قسم کی جگہ جسے اینٹی ڈی سیٹر (AdS) اسپیس کہا جاتا ہے، درحقیقت ایک ہولوگرام ہے۔

اصل کائنات ڈی سیٹر اسپیس ہے، ایک مسلسل بڑھتی ہوئی کرہ جو اپنی مثبت توانائی سے باہر کی طرف چلتی ہے۔ اس کے برعکس، AdS اسپیس منفی توانائی سے متاثر ہوتی ہے - جس کے نتیجے میں عمومی اضافیت کی مساوات میں ایک مستقل کے نشان میں فرق ہوتا ہے - اسپیس کو ایک "ہائپربولک" جیومیٹری دیتا ہے: جب وہ خلا کے مرکز سے باہر کی طرف بڑھتے ہیں تو اشیاء سکڑ جاتی ہیں، بیرونی حد میں لامحدود بننا۔ Maldacena نے دکھایا کہ ایک AdS کائنات کے اندر خلائی وقت اور کشش ثقل باؤنڈری پر موجود کوانٹم سسٹم کی خصوصیات سے بالکل مطابقت رکھتی ہے (خاص طور پر ایک نظام جسے کنفارمل فیلڈ تھیوری، یا CFT کہا جاتا ہے)۔

اس "AdS/CFT خط و کتابت" کو بیان کرنے والے Maldacena کے بمشیل 1997 کے کاغذ کا حوالہ بعد کے مطالعے میں 22,000 بار دیا گیا ہے - اوسطاً دن میں دو بار سے زیادہ۔ "AdS/CFT پر مبنی نظریات سے فائدہ اٹھانے کی کوشش کئی دہائیوں سے ہزاروں بہترین نظریہ سازوں کا بنیادی مقصد رہا ہے،" کہا۔ پیٹر وائٹ، کولمبیا یونیورسٹی میں ریاضی کے ماہر طبیعیات۔

جیسا کہ مالڈاسینا نے خود اپنے ایڈ ایس/سی ایف ٹی نقشے کو ڈائنامیکل اسپیس ٹائمز اور کوانٹم سسٹمز کے درمیان دریافت کیا، اس نے ورم ہولز کے بارے میں ایک نئی دریافت کی۔ وہ ذرات کے دو سیٹوں پر مشتمل ایک خاص الجھن کے نمونے کا مطالعہ کر رہا تھا، جہاں ایک سیٹ میں ہر ایک ذرہ دوسرے میں ایک ذرہ کے ساتھ الجھا ہوا ہے۔ مالڈاسینا سے ظاہر ہوا کہ یہ حالت ریاضی کے لحاظ سے ایک ڈرامائی ہولوگرام سے دوہری ہے: AdS اسپیس میں بلیک ہولز کا ایک جوڑا جس کے اندرونی حصے ایک ورم ​​ہول کے ذریعے جڑتے ہیں۔

مالڈاسینا سے پہلے ایک دہائی گزرنا تھی، 2013 میں (ایسے حالات میں کہ "صاف کہوں تو مجھے یاد نہیں،" وہ کہتے ہیں) نے محسوس کیا کہ اس کی دریافت کوانٹم اینگلمنٹ اور ورم ہول کے ذریعے کنکشن کے درمیان زیادہ عمومی خط و کتابت کی نشاندہی کر سکتی ہے۔ اس نے سسکینڈ کو ایک ای میل میں ایک خفیہ چھوٹی مساوات — ER = EPR — تیار کی، جو فوراً سمجھ گیا۔ دونوں جلدی سے قیاس تیار کیا ایک ساتھ لکھتے ہوئے، "ہم بحث کرتے ہیں کہ دو بلیک ہولز کے درمیان آئن سٹائن روزن پل دو بلیک ہولز کے مائیکرو سٹیٹس کے درمیان EPR جیسے ارتباط سے پیدا ہوا ہے،" اور یہ کہ دوہرا اس سے زیادہ عام ہو سکتا ہے: "یہ بہت پرکشش ہے۔ یہ سوچو کوئی بھی EPR متعلقہ نظام کسی قسم کے ER پل سے جڑا ہوا ہے۔

ہوسکتا ہے کہ ایک ورم ​​ہول کائنات میں ہر الجھے ہوئے ذرات کے جوڑے کو جوڑتا ہو، ایک مقامی رابطہ قائم کرتا ہے جو ان کی مشترکہ تاریخوں کو ریکارڈ کرتا ہے۔ ہو سکتا ہے کہ آئن سٹائن کا یہ خیال درست تھا کہ ورم ہولز کا تعلق ذرات سے ہے۔

ایک مضبوط پل

جب جعفریس نے 2013 میں ایک کانفرنس میں ER = EPR کے بارے میں Maldacena کا لیکچر سنا، تو اس نے محسوس کیا کہ قیاس آرائی کی وجہ سے آپ کو الجھنے کے پیٹرن کو تیار کرکے بیسپوک ورم ​​ہولز ڈیزائن کرنے کی اجازت دینی چاہیے۔

معیاری آئن سٹائن-روزن پل ہر جگہ سائنس فائی کے شائقین کے لیے مایوسی کا باعث ہیں: اگر ایک بننا تھا، تو یہ اپنی ہی کشش ثقل کے تحت تیزی سے گر جائے گا اور اسپیس شپ یا کسی اور چیز سے گزرنے سے بہت پہلے چٹکی بجا کر ختم ہو جائے گا۔ لیکن جعفریس نے الجھے ہوئے ذرات کے دو سیٹوں کے درمیان تار یا کسی دوسرے جسمانی تعلق کا تصور کیا جو ورم ہول کے دو منہ کو انکوڈ کرتے ہیں۔ اس قسم کے جوڑے کے ساتھ، ایک طرف ذرات پر کام کرنے سے دوسری طرف ذرات میں تبدیلیاں آئیں گی، شاید ان کے درمیان کیڑے کا سوراخ ہو جائے گا۔ "کیا ایسا ہو سکتا ہے جو ورم ہول کو عبور کرنے کے قابل بنا دے؟" جعفری نے حیرت سے یاد کیا۔ بچپن سے ہی ورم ہولز کی طرف متوجہ رہنے کے بعد - ایک طبیعیات کا ماہر، اس نے ییل یونیورسٹی میں 14 سال کی عمر میں شروعات کی - جعفریس نے "تقریباً تفریح ​​کے لیے" سوال کا پیچھا کیا۔

ہارورڈ میں واپس، وہ اور پنگ گاو، اس وقت اس کا گریجویٹ طالب علم، اور آرون وال، پھر ایک دورہ کرنے والے محقق نے آخر کار حساب لگایا کہ، درحقیقت، الجھے ہوئے ذرات کے دو سیٹوں کو جوڑ کر، آپ بائیں ہاتھ کے سیٹ پر ایک آپریشن کر سکتے ہیں، جو دوہری، اعلیٰ جہتی خلائی وقت کی تصویر میں، ورم ہول کو کھولے ہوئے رکھتا ہے۔ دائیں ہاتھ کے منہ کی طرف اور ایک کوبٹ کو دھکیلتا ہے۔

جعفریس، گاؤ اور والز 2016 کی دریافت اس ہولوگرافک، ٹراورس ایبل ورم ہول نے محققین کو ہولوگرافی کے میکانکس میں ایک نئی ونڈو فراہم کی۔ جعفریس نے کہا، "حقیقت یہ ہے کہ اگر آپ باہر سے صحیح کام کرتے ہیں تو آپ اس سے گزر سکتے ہیں، اس کا مطلب یہ بھی ہے کہ آپ اندر سے دیکھ سکتے ہیں"، جعفریس نے کہا۔ "اس کا مطلب یہ ہے کہ اس حقیقت کی چھان بین کرنا ممکن ہے کہ دو الجھے ہوئے نظام کچھ مربوط جیومیٹری کے ذریعے بیان کیے جاتے ہیں۔"

جعفریس نے کہا کہ مہینوں کے اندر، مالڈاسینا اور دو ساتھیوں نے اس اسکیم کو یہ دکھا کر بنایا تھا کہ ٹراورسیبل ورم ہول کو ایک سادہ ترتیب میں محسوس کیا جا سکتا ہے - "ایک کوانٹم سسٹم جو اتنا آسان ہے کہ ہم اسے بنانے کا تصور کر سکتے ہیں،" جعفریس نے کہا۔

SYK ماڈل، جیسا کہ اسے کہا جاتا ہے، مادے کے ذرات کا ایک نظام ہے جو معمول کے جوڑوں کے بجائے گروہوں میں تعامل کرتا ہے۔ سب سے پہلے 1993 میں سبیر سچدیو اور جنو یی کے ذریعہ بیان کیا گیا تھا، یہ ماڈل اچانک 2015 میں شروع ہونے سے بہت زیادہ اہمیت رکھتا تھا جب نظریاتی طبیعیات دان الیکسی کیتائیف پتہ چلا کہ یہ ہولوگرافک ہے۔ اس سال سانتا باربرا، کیلیفورنیا میں ایک لیکچر میں، Kitaev (جو SYK میں K بن گیا) نے کئی چاک بورڈز کو ثبوت کے ساتھ بھر دیا کہ ماڈل کا مخصوص ورژن جس میں مادے کے ذرات چار کے گروپوں میں آپس میں تعامل کرتے ہیں وہ ریاضی کے لحاظ سے ایک جہتی سیاہ کے ساتھ نقشے کے قابل ہے۔ AdS کی جگہ میں سوراخ، ایک جیسی ہم آہنگی اور دیگر خصوصیات کے ساتھ۔ "کچھ جوابات دونوں صورتوں میں ایک جیسے ہیں،" انہوں نے ایک بے چین سامعین کو بتایا۔ ملداسینا اگلی صف میں بیٹھا تھا۔

نقطوں، مالڈاسینا اور شریک مصنفین کو جوڑنا مجوزہ کہ دو SYK ماڈل آپس میں جڑے ہوئے جعفریس، گاو اور وال کے ٹراورسیبل ورم ہول کے دو منہ کو انکوڈ کر سکتے ہیں۔ جعفری اور گاؤ اس کے ساتھ بھاگے۔ 2019 تک، انہیں اپنا راستہ مل گیا۔ ایک ٹھوس نسخہ چار طرفہ تعامل کرنے والے ذرات کے ایک نظام سے دوسرے نظام میں معلومات کے کوبٹ کو ٹیلی پورٹ کرنے کے لیے۔ تمام ذرات کے گھماؤ کی سمتوں کو گھومنے سے، دوہری اسپیس ٹائم تصویر میں، منفی توانائی کے جھٹکے کی لہر میں ترجمہ ہوتا ہے جو ورم ہول سے گزرتی ہے، کیوبٹ کو آگے کی طرف لات مارتی ہے اور ایک متوقع وقت پر، منہ سے باہر نکل جاتی ہے۔

"جعفریس کا ورم ہول ER = EPR کا پہلا ٹھوس احساس ہے، جہاں وہ ظاہر کرتا ہے کہ ایک خاص نظام کے ساتھ تعلق بالکل درست ہے،" کہا۔ الیکس زلوکاپا، میساچوسٹس انسٹی ٹیوٹ آف ٹیکنالوجی میں ایک گریجویٹ طالب علم اور نئے تجربے پر ایک شریک مصنف۔

لیب میں ورم ہول

جیسا کہ نظریاتی کام ترقی کر رہا تھا، ماریا سپیروپولو، ایک تجربہ کار ذرہ طبیعیات دان جو 2012 میں ہگز بوسن کی دریافت میں شامل تھی، سوچ رہی تھی کہ ہولوگرافک کوانٹم کشش ثقل کے تجربات کرنے کے لیے نوزائیدہ کوانٹم کمپیوٹرز کو کیسے استعمال کیا جائے۔ 2018 میں اس نے جعفریس کو گوگل کوانٹم اے آئی کے محققین کے ساتھ، سائیکمور ڈیوائس کے کیپرز کے ساتھ اپنی بڑھتی ہوئی ٹیم میں شامل ہونے پر آمادہ کیا۔

جعفریس اور گاو کے ورم ہول ٹیلی پورٹیشن پروٹوکول کو جدید ترین لیکن پھر بھی چھوٹے اور غلطی کا شکار کوانٹم کمپیوٹر پر چلانے کے لیے، اسپیروپولو کی ٹیم کو پروٹوکول کو بہت آسان بنانا پڑا۔ ایک مکمل SYK ماڈل عملی طور پر لامحدود بہت سے ذرات پر مشتمل ہوتا ہے جو ایک دوسرے کے ساتھ بے ترتیب طاقتوں کے ساتھ جوڑے جاتے ہیں کیونکہ چار طرفہ تعاملات ہر جگہ ہوتے ہیں۔ اس کا حساب لگانا ممکن نہیں ہے۔ یہاں تک کہ تمام 50 سے زیادہ دستیاب کوئبٹس کو استعمال کرنے کے لیے لاکھوں سرکٹ آپریشنز کی ضرورت ہوگی۔ محققین نے صرف سات کیوبٹس اور سینکڑوں آپریشنز کے ساتھ ایک ہولوگرافک ورم ​​ہول بنانے کا ارادہ کیا۔ ایسا کرنے کے لیے، انہیں سات ذرات والے SYK ماڈل کو "سپرسائز" کرنا تھا، صرف مضبوط ترین چار طرفہ تعاملات کو انکوڈنگ کرنا اور ماڈل کی ہولوگرافک خصوصیات کو برقرار رکھتے ہوئے باقی کو ختم کرنا تھا۔ "اسے کرنے کے لیے ایک ہوشیار طریقہ معلوم کرنے میں چند سال لگے،" سپیروپولو نے کہا۔

کامیابی کا ایک راز زلوکاپا تھا، جو ایک وائفش آرکسٹرا کا بچہ تھا جس نے اسپیروپولو کے ریسرچ گروپ میں کالٹیک انڈرگریڈ کے طور پر شمولیت اختیار کی۔ ایک ہونہار پروگرامر، زلوکاپا نے SYK ماڈل کے ذرات کے تعاملات کو نیورل نیٹ ورک کے نیوران کے درمیان کنکشن پر نقشہ بنایا، اور سسٹم کو تربیت دی کہ وہ کلیدی ورم ہول دستخط کو محفوظ رکھتے ہوئے زیادہ سے زیادہ نیٹ ورک کنکشن کو حذف کرے۔ اس طریقہ کار نے چار طرفہ تعاملات کی تعداد سینکڑوں سے کم کر کے پانچ کر دی۔

اس کے ساتھ، ٹیم نے Sycamore کے qubits کو پروگرام کرنا شروع کیا۔ سات کیوبٹس 14 مادے کے ذرات کو انکوڈ کرتے ہیں — سات ہر ایک بائیں اور دائیں SYK سسٹمز میں، جہاں بائیں طرف کا ہر ذرہ دائیں طرف سے ایک کے ساتھ الجھا ہوا ہے۔ آٹھویں کوئبٹ، ریاستوں 0 اور 1 کے کچھ ممکنہ امتزاج میں، پھر بائیں SYK ماڈل کے ذرات میں سے ایک کے ساتھ تبدیل کیا جاتا ہے۔ اس کیوبٹ کی ممکنہ حالتیں بائیں جانب موجود دیگر ذرات کی حالتوں کے ساتھ تیزی سے الجھ جاتی ہیں، اور اس کی معلومات کو پانی میں سیاہی کے قطرے کی طرح یکساں طور پر پھیلا دیتی ہیں۔ یہ ہولوگرافی طور پر ایڈ ایس اسپیس میں ایک جہتی ورم ہول کے بائیں منہ میں داخل ہونے والے کوبٹ سے دوہری ہے۔

اس کے بعد تمام کوئبٹس کی بڑی گردش آتی ہے، منفی توانائی کی ایک نبض سے دوہری جو کہ کرم ہول سے گزرتی ہے۔ گردش کی وجہ سے انجکشن شدہ کیوبٹ دائیں ہاتھ کے SYK ماڈل کے ذرات میں منتقل ہوتا ہے۔ پھر معلومات غیر پھیل جاتی ہے، پریسکل نے کہا، "جیسے افراتفری پیچھے کی طرف بھاگتی ہے،" اور دائیں طرف ایک ہی ذرے کی جگہ پر دوبارہ توجہ مرکوز کرتی ہے - بائیں ہاتھ کے ذرہ کا الجھا ہوا پارٹنر جسے تبدیل کر دیا گیا تھا۔ پھر qubits کی ریاستیں تمام ماپا جاتا ہے. بہت سے تجرباتی رنز پر 0s اور 1s کا حساب لگانا اور ان اعدادوشمار کا انجکشن لگائے گئے کوئبٹس کی تیار حالت سے موازنہ کرنے سے پتہ چلتا ہے کہ کیا کوئبٹس ٹیلی پورٹ ہو رہے ہیں۔

محققین اعداد و شمار میں ایک چوٹی تلاش کرتے ہیں جو دو صورتوں کے درمیان فرق کی نمائندگی کرتا ہے: اگر وہ چوٹی کو دیکھتے ہیں، تو اس کا مطلب ہے کہ کوئبٹ گردشیں جو دوہری سے منفی توانائی والی دالیں ہیں، کوبٹس کو ٹیلی پورٹ کرنے کی اجازت دے رہی ہیں، جب کہ مخالف سمت میں گردش، جو عام، مثبت توانائی کی دال سے دوہری، کوبٹس کو گزرنے نہ دیں۔ (اس کے بجائے، وہ ورم ہول کو بند کرنے کا سبب بنتے ہیں۔)

جنوری کے آخر میں ایک رات، دو سال کی بتدریج بہتری اور شور کو کم کرنے کی کوششوں کے بعد، زلوکاپا نے سان فرانسسکو بے ایریا میں اپنے بچپن کے بیڈ روم سے دور سے سائکامور پر تیار شدہ پروٹوکول چلایا، جہاں وہ اپنے گریڈ اسکول کے پہلے سمسٹر کے بعد موسم سرما کی چھٹیاں گزار رہا تھا۔ .

اس کے کمپیوٹر کی سکرین پر چوٹی نمودار ہوئی۔

"یہ تیز سے تیز تر ہوتا چلا گیا،" انہوں نے کہا۔ "میں ماریہ کو چوٹی کے اسکرین شاٹس بھیج رہا تھا اور بہت پرجوش ہو کر لکھ رہا تھا، 'میرے خیال میں اب ہمیں ایک ورم ​​ہول نظر آ رہا ہے۔'" چوٹی "پہلی نشانی تھی کہ آپ کوانٹم کمپیوٹر پر کشش ثقل دیکھ سکتے ہیں۔"

سپیروپولو کہتی ہیں کہ وہ اس صاف ستھری چوٹی پر یقین نہیں کر سکتی تھیں جو وہ دیکھ رہی تھیں۔ "یہ بالکل اسی طرح تھا جب میں نے ہگز کی دریافت کا پہلا ڈیٹا دیکھا تھا،" اس نے کہا۔ "اس لیے نہیں کہ مجھے اس کی توقع نہیں تھی، لیکن یہ میرے چہرے پر بہت زیادہ آیا۔"

حیرت انگیز طور پر، ان کے ورم ہول کی کنکال کی سادگی کے باوجود، محققین نے ورم ہول کی حرکیات کے ایک دوسرے دستخط کا پتہ لگایا، جس طرح سے معلومات کو پھیلایا جاتا ہے اور "سائز وائنڈنگ" کے نام سے جانا جاتا ہے۔ انہوں نے اپنے اعصابی نیٹ ورک کو اس سگنل کو محفوظ رکھنے کے لیے تربیت نہیں دی تھی کیونکہ اس نے SYK ماڈل کو الگ کر دیا تھا، اس لیے حقیقت یہ ہے کہ سائز سمیٹنا بہرحال ہولوگرافی کے بارے میں ایک تجرباتی دریافت ہے۔

جعفریس نے کہا، "ہم نے اس سائز کی سمیٹنے والی پراپرٹی کے بارے میں کچھ مطالبہ نہیں کیا، لیکن ہم نے پایا کہ یہ ابھی پاپ آؤٹ ہو گیا ہے،" جعفریس نے کہا۔ انہوں نے کہا کہ اس نے ہولوگرافک ڈوئلٹی کی "مضبوطی کی تصدیق" کی۔ "ایک [پراپرٹی] کو ظاہر کریں، پھر آپ کو باقی سب مل جائے گا، جو اس بات کا ثبوت ہے کہ یہ کشش ثقل کی تصویر درست ہے۔"

ورم ہول کا مفہوم

جعفریس، جنہوں نے کبھی بھی ورم ہول کے تجربے (یا کسی دوسرے) کا حصہ بننے کی توقع نہیں کی تھی، سوچتا ہے کہ سب سے اہم طریقہ یہ ہے کہ تجربہ کوانٹم میکانکس کے بارے میں کیا کہتا ہے۔ کوانٹم مظاہر جیسے الجھنا عام طور پر مبہم اور تجریدی ہوتے ہیں۔ ہم نہیں جانتے، مثال کے طور پر، ذرات A کی پیمائش دور سے B کی حالت کا تعین کیسے کرتی ہے۔ لیکن نئے تجربے میں، ایک ناقابل عمل کوانٹم رجحان — ذرات کے درمیان معلومات کی ٹیلی پورٹنگ — کی ایک ٹھوس تشریح ہے جیسے ایک ذرہ توانائی کی کک وصول کرتا ہے اور A سے B تک قابل حساب رفتار سے حرکت کرتا ہے۔ qubit کے نقطہ نظر سے؛ یہ وجہ سے حرکت کرتا ہے،" جعفریس نے کہا۔ ہو سکتا ہے کہ کوئی کوانٹم عمل جیسا کہ ٹیلی پورٹیشن “ہمیشہ اس کوبٹ کے لیے کشش ثقل محسوس کرتا ہے۔ اگر اس تجربے اور دیگر متعلقہ تجربات سے ایسا کچھ نکل سکتا ہے، تو یہ یقینی طور پر ہمیں ہماری کائنات کے بارے میں کچھ گہرا بتائے گا۔

سسکینڈ، جنہوں نے آج کے نتائج پر ابتدائی نظر ڈالی، نے کہا کہ وہ امید کرتے ہیں کہ مستقبل میں کیڑے ہول کے تجربات جن میں بہت سے مزید کوئبٹس شامل ہوں گے، کشش ثقل کی کوانٹم خصوصیات کی تحقیقات کے طریقے کے طور پر ورم ہول کے اندرونی حصے کو تلاش کرنے کے لیے استعمال کیے جا سکتے ہیں۔ انہوں نے کہا کہ "جو گزرا اس کی پیمائش کرکے، آپ اس سے پوچھ گچھ کریں اور دیکھیں کہ اندر کیا ہے۔" "یہ مجھے جانے کا ایک دلچسپ طریقہ لگتا ہے۔"

کچھ طبیعیات دان کہیں گے کہ یہ تجربہ ہمیں ہماری کائنات کے بارے میں کچھ نہیں بتاتا، کیونکہ یہ کوانٹم میکانکس اور اینٹی ڈی سیٹر اسپیس کے درمیان ایک دوہرے کا احساس کرتا ہے، جو ہماری کائنات نہیں ہے۔

مالڈاسینا کی ایڈ ایس/سی ایف ٹی خط و کتابت کی دریافت کے 25 سالوں میں، طبیعیات دانوں نے ڈی سیٹر اسپیس کے لیے اسی طرح کی ہولوگرافک ڈوئلٹی کی تلاش کی ہے - ایک نقشہ جو کوانٹم سسٹم سے مثبت طور پر متحرک، پھیلتی ہوئی ڈی سیٹر کائنات کی طرف جاتا ہے جس میں ہم رہتے ہیں۔ لیکن ترقی ہوئی ہے۔ اشتہارات کے مقابلے میں کہیں زیادہ سست، جس سے کچھ لوگوں کو شک ہوتا ہے کہ آیا ڈی سیٹر اسپیس بالکل بھی ہولوگرافک ہے۔ "اس طرح کے سوالات 'ڈی ایس کے زیادہ جسمانی معاملے میں اس کے کام کرنے کے بارے میں کیا خیال ہے؟' AdS/CFT تحقیق کے ایک نقاد، Woit نے کہا کہ یہ نئے نہیں ہیں بلکہ بہت پرانے ہیں اور ہزاروں افراد کی سالوں کی ناکام کوششوں کا موضوع رہے ہیں۔ "کچھ بالکل مختلف خیالات کی ضرورت ہے۔"

ناقدین کا استدلال ہے کہ دو قسم کی جگہ واضح طور پر مختلف ہے: AdS کی ایک بیرونی حد ہوتی ہے اور dS کی جگہ نہیں ہوتی، اس لیے کوئی ہموار ریاضیاتی منتقلی نہیں ہے جو ایک کو دوسرے میں ڈھال سکے۔ اور ایڈ ایس اسپیس کی ہارڈ باؤنڈری وہ چیز ہے جو اس ترتیب میں ہولوگرافی کو آسان بناتی ہے، کوانٹم سطح فراہم کرتی ہے جہاں سے اسپیس کو پروجیکٹ کرنا ہے۔ اس کے مقابلے میں، ہماری ڈی سیٹر کائنات میں، صرف حدود ہی سب سے دور ہیں جنہیں ہم دیکھ سکتے ہیں اور لامحدود مستقبل۔ یہ دھندلی سطحیں ہیں جہاں سے اسپیس ٹائم ہولوگرام کو پیش کرنے کی کوشش کرنا ہے۔

Renate Lollنیدرلینڈ کی ریڈباؤڈ یونیورسٹی میں کوانٹم گریویٹی تھیوریسٹ نے بھی اس بات پر زور دیا کہ ورم ہول کا تجربہ 2D اسپیس ٹائم سے متعلق ہے — ورم ہول ایک فلیمینٹ ہے، جس میں ایک مقامی جہت اور وقت کی جہت ہوتی ہے — جب کہ 4D اسپیس میں کشش ثقل زیادہ پیچیدہ ہوتی ہے۔ وہ وقت جس میں ہم حقیقت میں رہتے ہیں۔ "2D کھلونوں کے ماڈلز کی پیچیدگیوں میں الجھنا زیادہ پرکشش ہے،" اس نے ای میل کے ذریعے کہا، "4D کوانٹم گریویٹی میں ہمارے منتظر مختلف اور بڑے چیلنجوں کو نظر انداز کرتے ہوئے اس نظریہ کے لیے، میں یہ نہیں دیکھ سکتا کہ کوانٹم کمپیوٹرز اپنی موجودہ صلاحیتوں کے ساتھ کس طرح زیادہ مددگار ثابت ہو سکتے ہیں … لیکن میں خوشی سے اس کی اصلاح کروں گا۔

زیادہ تر کوانٹم گریویٹی محققین کا خیال ہے کہ یہ تمام مشکل لیکن حل کیے جانے والے مسائل ہیں - کہ 4D ڈی سیٹر اسپیس کو باندھنے والا الجھن کا نمونہ 2D AdS کے مقابلے میں زیادہ پیچیدہ ہے، لیکن اس کے باوجود ہم سادہ ترتیبات میں ہولوگرافی کا مطالعہ کرکے عام اسباق نکال سکتے ہیں۔ اس کیمپ میں دو قسم کی جگہ، dS اور AdS، مختلف سے زیادہ ملتی جلتی نظر آتی ہے۔ دونوں آئن سٹائن کے نظریہ اضافیت کے حل ہیں، صرف مائنس کے نشان سے مختلف ہیں۔ dS اور AdS دونوں کائناتیں بلیک ہولز پر مشتمل ہیں جو ایک جیسے تضادات سے دوچار ہیں۔ اور جب آپ AdS اسپیس میں، اس کی بیرونی دیوار سے بہت دور ہوتے ہیں، تو آپ مشکل سے اپنے اردگرد کے ماحول کو ڈی سیٹر سے الگ کر سکتے ہیں۔

پھر بھی، سسکینڈ اس بات سے اتفاق کرتا ہے کہ یہ حقیقی ہونے کا وقت ہے۔ "میرے خیال میں اب وقت آ گیا ہے کہ ہم AdS اسپیس کی حفاظتی تہہ کے نیچے سے نکلیں اور دنیا میں کھلیں جس کا کائناتی سائنس سے زیادہ تعلق ہو سکتا ہے،" انہوں نے کہا۔ "ڈی سیٹر اسپیس ایک اور جانور ہے۔"

اس مقصد کے لیے، سسکنڈ نے ایک نیا آئیڈیا دیا ہے۔ میں ایک پری پرنٹ ستمبر میں آن لائن پوسٹ کیا گیا، اس نے تجویز پیش کی کہ ڈی سیٹر اسپیس SYK ماڈل کے ایک مختلف ورژن کا ہولوگرام ہو سکتا ہے — جو کہ چار طرفہ پارٹیکل تعامل کے ساتھ نہیں، بلکہ ایک جس میں ہر تعامل میں شامل ذرات کی تعداد مربع کے طور پر بڑھتی ہے۔ ذرات کی کل تعداد کی جڑ انہوں نے کہا کہ SYK ماڈل کی یہ "ڈبل اسکیلڈ حد" "Ads کے مقابلے de Sitter کی طرح برتاؤ کرتی ہے۔" "اس میں کوئی ثبوت نہیں ہے، لیکن حالات کا ثبوت موجود ہے۔"

سسکینڈ نے کہا کہ اس طرح کا کوانٹم سسٹم اب تک کے پروگرام سے زیادہ پیچیدہ ہے، اور "کیا یہ حد کوئی ایسی چیز ہے جس کا تجربہ لیب میں کیا جائے گا، میں نہیں جانتا،" سسکینڈ نے کہا۔ جو بات یقینی معلوم ہوتی ہے وہ یہ ہے کہ، اب جبکہ ایک ہولوگرافک ورم ​​ہول ہے، مزید کھل جائے گا۔