ભૌતિકશાસ્ત્રીઓએ વિશ્વના નિયમોનું વર્ણન કરવા માટે ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ બનાવ્યું જેમાં માઇક્રો-ઓબ્જેક્ટ્સ રહે છે. પરંતુ આ કાયદા એટલા રહસ્યમય અને વિરોધાભાસી નીકળ્યા કે વૈજ્ઞાનિકો હજુ પણ તેમના કેટલાક પાસાઓને સમજી રહ્યા છે. આર્ટીઓમ કોર્ઝિમાનોવ, ભૌતિક અને ગાણિતિક વિજ્ઞાનના ઉમેદવાર, રશિયન એકેડેમી ઑફ સાયન્સિસના ઇન્સ્ટિટ્યુટ ઑફ એપ્લાઇડ ફિઝિક્સના વરિષ્ઠ સંશોધક, લોકપ્રિય વિજ્ઞાન બ્લોગ physh.ru ના લેખક, ક્વોન્ટમ સુપરપોઝિશનની ઘટનાના અભ્યાસ માટે સમર્પિત તાજેતરના કાર્ય વિશે વાત કરે છે.

ક્વોન્ટમ સુપરપોઝિશન - ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સનો આધાર

ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ, જે 20મી સદીની શરૂઆતમાં ઉદ્દભવ્યું હતું અને 1930માં પરિપક્વ થયું હતું, તે હવે સારી રીતે ચકાસાયેલ અને અત્યંત સફળ ભૌતિક સિદ્ધાંત છે. આપણી સંસ્કૃતિ તકનીકી સિદ્ધિઓ વિના અકલ્પ્ય છે જે તેના દેખાવને આભારી છે. તે ઉલ્લેખ કરવા માટે પૂરતું છે કે જે કમ્પ્યુટર, લેપટોપ અથવા સ્માર્ટફોન સાથે તમે આ લખાણ વાંચી રહ્યા છો, જો ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ ન હોત તો તે ક્યારેય બનાવવામાં આવ્યું ન હોત.

જોકે, વૈજ્ઞાનિકોએ આ સિદ્ધિઓ માટે ભારે કિંમત ચૂકવવી પડી છે, કારણ કે ક્વોન્ટમ થિયરીના સિદ્ધાંતો આપણા અંતઃપ્રેરણાથી એટલા વિરુદ્ધ છે કે માનવજાતના સૌથી મજબૂત મનોએ પણ તેમને કોઈ પણ અર્થઘટન આપવાના પ્રયાસમાં સફેદ ધ્વજ ફેંકી દીધો છે. રિચાર્ડ ફેનમેન અથવા ડેવિડ મર્મિનને આભારી વાક્યમાંથી: "ચુપ રહો અને ગણતરી કરો!"

આવા એક વિરોધાભાસી સિદ્ધાંત ક્વોન્ટમ સુપરપોઝિશનનો સિદ્ધાંત છે. સામાન્ય રીતે, આપણે બધા સુપરપોઝિશનના સિદ્ધાંતથી ખૂબ જ પરિચિત છીએ, જો કે આપણે તેને રોજિંદા જીવનમાં કહી શકીએ નહીં. સામાન્ય રીતે, સુપરપોઝિશનને એક સરળ અવલોકન તરીકે સમજવામાં આવે છે: જો એક ક્રિયા એક પરિણામ તરફ દોરી જાય છે, અને બીજી ક્રિયા બીજા તરફ દોરી જાય છે, તો તેમની સંયુક્ત ક્રિયા બંને પરિણામો ઉત્પન્ન કરશે. ઉદાહરણ તરીકે, જો તમે એક સફરજન ખરીદો અને તમારો મિત્ર એક સફરજન ખરીદે, તો તમે એકસાથે બે સફરજન ખરીદશો. સુપરપોઝિશનનો સિદ્ધાંત, અલબત્ત, હંમેશા પરિપૂર્ણ થતો નથી: જો સ્ટોરમાં વેચાણ માટે ફક્ત એક જ સફરજન બાકી હોય, તો તમે અને તમારા મિત્ર ક્યારેય બે સફરજન ખરીદશો નહીં, જો કે તમે એક સફરજન અલગથી ખરીદી શકો છો.

ક્વોન્ટમ સુપરપોઝિશન, જોકે, ક્લાસિકલ સુપરપોઝિશનથી નોંધપાત્ર રીતે અલગ છે. ક્વોન્ટમ થિયરીમાં આપણે ક્રિયાઓની નહીં, પણ અવસ્થાઓની સુપરપોઝિશન વિશે વાત કરી રહ્યા છીએ. ઉદાહરણ તરીકે, જો તમારી પાસે બે બોક્સ હોય, તો પછી ઇલેક્ટ્રોન તેમાંથી એક અથવા બીજામાં હોઈ શકે છે, પરંતુ તે પણ તારણ આપે છે કે તે આ બે અવસ્થાઓની સુપરપોઝિશનમાં હોઈ શકે છે - એટલે કે, એક અર્થમાં, બંને બૉક્સમાં તે જ સમયે આ હકીકત, જે આપણા બધા રોજિંદા અનુભવોનો વિરોધાભાસ કરે છે, તે માત્ર ઇલેક્ટ્રોન સાથે જ નહીં, પણ મોટા પદાર્થો સાથે, તદ્દન મેક્રોસ્કોપિક સુપરકન્ડક્ટિંગ ધાતુના રિંગ્સ સાથે પણ વારંવાર પુષ્ટિ કરવામાં આવી છે, જેમાં વર્તમાન ઘડિયાળની દિશામાં અને કાઉન્ટરક્લોકવાઇઝ બંને તરફ વહે છે.

ડબલ-સ્લિટ પ્રયોગ

ક્વોન્ટમ સુપરપોઝિશનની ઘટનાને દર્શાવતું ઉત્તમ ઉદાહરણ ડબલ-સ્લિટ પ્રયોગ છે. આ પ્રયોગ ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સની સમજ માટે એટલો મહત્વપૂર્ણ છે કે પ્રખ્યાત ભૌતિકશાસ્ત્રી રિચાર્ડ ફેનમેન, ભૌતિકશાસ્ત્ર પરના તેમના સમાન પ્રસિદ્ધ ફેનમેન લેક્ચર્સમાં, તેને એક અસાધારણ ઘટના કહે છે "જે શાસ્ત્રીય રીતે સમજાવવું અશક્ય છે, એકદમ, એકદમ અશક્ય છે. આ ઘટનામાં ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સનો ખૂબ જ સાર છે."

અનુભવનો સાર પ્રમાણમાં સરળ છે. કણોનો સ્ત્રોત રહેવા દો - આ પ્રકાશના કણો, ફોટોન, ઇલેક્ટ્રોન, અણુઓ હોઈ શકે છે અને તાજેતરમાં પરમાણુઓ માટે એક પ્રયોગ હાથ ધરવામાં આવ્યો હતો - અને આ સ્ત્રોત કણો માટે અપારદર્શક પ્લેટને પ્રકાશિત કરે છે. પ્લેટમાં બે પાતળા સ્લિટ્સ બનાવવામાં આવે છે, અને તેની પાછળ એક સ્ક્રીન છે જેના પર આવતા કણો નિશાન છોડે છે. જો આપણે એક સ્લિટ બંધ કરીએ, તો આપણે બીજી સ્લિટની સામે સ્ક્રીન પર વધુ કે ઓછી પાતળી પટ્ટી જોશું. જો આપણે બીજી સ્લિટ બંધ કરીએ અને પ્રથમ ખોલીએ, તો પરિણામ એ જ આવશે, પરંતુ પટ્ટા પ્રથમ સ્લિટની વિરુદ્ધ દેખાશે. પ્રશ્ન એ છે કે જો બંને સ્લિટ્સ એક જ સમયે ખોલવામાં આવે તો શું થશે?

રોજિંદા અંતર્જ્ઞાન સૂચવે છે કે આ કિસ્સામાં આપણે સ્ક્રીન પર ફક્ત બે પટ્ટાઓ જોશું. અથવા, જો સ્લિટ્સ એકબીજાની પર્યાપ્ત નજીક સ્થિત હોય, તો એક જાડી પટ્ટી, દરેક સ્લિટ્સમાંથી ફક્ત સુપરઇમ્પોઝિંગ પટ્ટાઓ દ્વારા મેળવવામાં આવે છે. જો કે, થોમસ યંગ, જેણે 19મી સદીની શરૂઆતમાં આ પ્રયોગ હાથ ધર્યો હતો, તે સંપૂર્ણપણે અલગ ચિત્ર જોઈને આશ્ચર્યચકિત થઈ ગયો હતો. સ્ક્રીન પર ઘણી બધી પટ્ટાઓ સ્પષ્ટ દેખાતી હતી, જેની જાડાઈ શરૂઆતમાં મળેલી પટ્ટાઓની જાડાઈ કરતાં ઓછી હતી. હવે આપણે આને હસ્તક્ષેપ પેટર્ન કહીએ છીએ, અને અસરને જ ડબલ-સ્લિટ હસ્તક્ષેપ કહેવામાં આવે છે.

થોમસ યંગે, જોકે, વ્યક્તિગત કણો સાથે કામ કર્યું ન હતું, પરંતુ તેમાંથી મોટી સંખ્યામાં - તેજસ્વી પ્રકાશ સ્ત્રોત સાથે. તેથી, તેમ છતાં તેમના અવલોકનો સાબિત કરે છે કે પ્રકાશ એક તરંગ છે, તેઓએ વિશ્વ દૃષ્ટિકોણમાં સાચી ક્રાંતિ પેદા કરી નથી. વૈજ્ઞાનિકોએ પ્રકાશને ફક્ત તરંગો તરીકે વર્ણવવાનું શરૂ કર્યું. પરંતુ તરંગો માટે, દખલગીરીની ઘટના કુદરતી છે. પાણીમાં બે કાંકરા ફેંકો, અને તમે જોશો કે વર્તુળો તેમાંથી અલગ થઈને, છેદે છે, એક જટિલ પેટર્ન બનાવે છે, જે દખલગીરીની પેટર્ન હશે.

ક્રાંતિ 20મી સદીની શરૂઆતમાં થઈ હતી. પ્રથમ, મેક્સ પ્લાન્ક અને આલ્બર્ટ આઈન્સ્ટાઈનના સૈદ્ધાંતિક કાર્યોમાં, પૂર્વધારણા રજૂ કરવામાં આવી હતી કે પ્રકાશમાં કણોનો સમાવેશ થાય છે, અને પછી બ્રિટીશ ભૌતિકશાસ્ત્રી જ્યોફ્રી ઈન્ગ્રામ ટેલર યંગના પ્રયોગને પુનરાવર્તિત કરવામાં વ્યવસ્થાપિત થયા, પરંતુ આવા નબળા પ્રકાશ સ્ત્રોત સાથે કે વ્યક્તિગત ફોટોનનું આગમન. સ્ક્રીન પર શોધી શકાય છે. તે જ સમયે, મોટી સંખ્યામાં ફોટોનના આગમન પછી પ્રાપ્ત થયેલ હસ્તક્ષેપ પેટર્ન યંગની જેમ જ રહી. આમ, તે બહાર આવ્યું કે પ્રકાશમાં કણો હોય તેવું લાગે છે, પરંતુ આ કણો તરંગોની જેમ વર્તે છે.

પરિસ્થિતિ એ હકીકત દ્વારા વધુ જટિલ હતી કે ઇલેક્ટ્રોન માટે સમાન અસરની આગાહી કરવામાં આવી હતી - કણો કે જેમાંથી તરંગ ગુણધર્મો અને દખલગીરીની ઘટના ચોક્કસપણે અપેક્ષિત ન હતી. અને તેમ છતાં ઇલેક્ટ્રોન માટે યંગના પ્રયોગનું એનાલોગ ફક્ત 1961 માં જર્મન ભૌતિકશાસ્ત્રી ક્લાઉસ જોન્સન દ્વારા હાથ ધરવામાં આવ્યું હતું, 1920 ના દાયકામાં અન્ય પદ્ધતિઓ દ્વારા તેમનામાં તરંગ ગુણધર્મોની હાજરી સાબિત થઈ હતી.

ઉદભવેલા વિરોધાભાસને ઉકેલવા માટે, જેને તરંગ-કણ દ્વૈત કહેવામાં આવે છે, વૈજ્ઞાનિકોએ એવું માનવું પડ્યું કે દરેક કણ ચોક્કસ તરંગને અનુરૂપ છે - તેને વેવ ફંક્શન કહેવામાં આવે છે - જે કણ કઈ સ્થિતિમાં છે તેના પર આધાર રાખે છે. ઉદાહરણ તરીકે, જો કોઈ કણ એક સ્લિટમાંથી પસાર થાય છે, તો આ એક અવસ્થા છે અને તેની પાસે એક તરંગ કાર્ય છે, અને જો કોઈ કણ બીજા સ્લિટમાંથી પસાર થાય છે, તો તે એક અલગ સ્થિતિમાં છે અને તે અલગ તરંગ કાર્ય ધરાવે છે. ક્વોન્ટમ સુપરપોઝિશનનો સિદ્ધાંત જણાવે છે કે બે ખુલ્લા સ્લિટ્સ સાથે, કણ પ્રથમ અને બીજી સ્થિતિની સુપરપોઝિશનની સ્થિતિમાં છે અને તે મુજબ તેનું વેવ ફંક્શન બે વેવ ફંક્શનનો સરવાળો છે. આ રકમ હસ્તક્ષેપ પેટર્નના દેખાવ તરફ દોરી જાય છે. આ અર્થમાં, કણ એક જ સમયે બંને સ્લિટ્સમાંથી પસાર થવાનું કહેવાય છે, કારણ કે જો તે તેમાંથી માત્ર એકમાંથી પસાર થાય છે, તો પછી કોઈ દખલગીરી પેટર્ન હશે નહીં.

આશ્ચર્યજનક રીતે, ક્વોન્ટમ ભૌતિકશાસ્ત્રમાં ડબલ-સ્લિટ પ્રયોગની ભૂમિકા હોવા છતાં, ઘણા વૈજ્ઞાનિકો તેને સંપૂર્ણપણે યોગ્ય રીતે સમજી શકતા નથી. વધુમાં, આ ખોટું સમજૂતી ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ પરના મોટાભાગના પાઠ્યપુસ્તકોમાં હાજર છે. હકીકત એ છે કે આ પ્રયોગમાં સુપરપોઝિશનની ઘટના સામાન્ય રીતે નીચે મુજબ સમજાવવામાં આવે છે: રાજ્યનું તરંગ કાર્ય કે જેમાં ઇલેક્ટ્રોન બે સ્લિટ્સમાંથી પસાર થાય છે તે સ્થિત છે, તે રાજ્યોના તરંગ કાર્યોનો સરવાળો છે જેમાં તે હશે જો એક ચીરો બંધ હતો. જો કે, આ સમજૂતી એ ધ્યાનમાં લેતી નથી કે બીજી સ્લિટ ખોલીને, આપણે પ્રથમમાંથી ઇલેક્ટ્રોન પસાર થવાની રીત બદલી શકીએ છીએ. સફરજન સાથેના ઉદાહરણ પર પાછા ફરો, કલ્પના કરો કે તમે મિત્ર પાસેથી ઉછીના લીધેલા પૈસાથી એક સફરજન ખરીદો છો, તો પછી બે સફરજન ખરીદવું એટલું સરળ નહીં થાય જેટલું તમારામાંથી એક સફરજન ખરીદે છે, કારણ કે તમારી પાસે પૂરતા પૈસા નથી. .

થ્રી-સ્લિટ પ્રયોગ: સિદ્ધાંત

જ્યારે એક કરતાં વધુ સ્લિટ ખુલ્લી હોય ત્યારે શું થાય છે તેનો સાર પ્રયોગના ઉદાહરણનો ઉપયોગ કરીને સમજાવવું સરળ છે જેમાં બીજી સ્લિટ ઉમેરવામાં આવે છે. વધુમાં, તે જ રિચાર્ડ ફેનમેન દ્વારા શોધાયેલ ક્વોન્ટમ ભૌતિકશાસ્ત્રના વૈકલ્પિક વર્ણન તરફ આગળ વધવું અનુકૂળ છે. 1940 ના દાયકાના અંતમાં, તેમણે બતાવ્યું કે તે સમયે પહેલેથી જ સારી રીતે વિકસિત ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સના તમામ પરિણામો, કોઈપણ તરંગ કાર્યોની રજૂઆત કર્યા વિના મેળવી શકાય છે, પરંતુ ધારીને કે એક કણ એક બિંદુથી બીજા સ્થાને તમામ સંભવિત માર્ગો સાથે આગળ વધે છે. એકવાર, પરંતુ દરેક માર્ગનું "વજન", એટલે કે, અંતિમ પરિણામમાં તેનું યોગદાન અલગ છે અને વિશેષ નિયમો અનુસાર નિર્ધારિત છે.

શાસ્ત્રીયની નજીકના માર્ગો સૌથી વધુ વજન ધરાવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, બે સ્લિટ્સના કિસ્સામાં, નીચેની આકૃતિમાં આવા માર્ગો લીલા રંગમાં બતાવવામાં આવ્યા છે.

પરંતુ અન્ય ઘણા માર્ગો પણ ફાળો આપે છે, અને આવા વિચિત્ર પણ, જેમાં કણ પાછળના માર્ગનો ભાગ ખસે છે અને આગળ નહીં. તેમાંથી એવા પણ છે કે જેઓ એક સ્લિટમાં પ્રવેશ્યા પછી બીજામાંથી પસાર થાય છે અને ત્રીજામાંથી બહાર નીકળે છે, જેમ કે નીચેની આકૃતિમાં જાંબલીમાં બતાવ્યા પ્રમાણે.

તે આવા બિન-શાસ્ત્રીય માર્ગની હાજરી છે જે એ હકીકત તરફ દોરી જાય છે કે ત્રણ સ્લિટ્સમાંથી પસાર થયા પછી કણની સ્થિતિ અન્ય બે બંધ સાથે અલગથી તેમાંથી દરેકમાંથી પસાર થવાની સ્થિતિના સાદા સરવાળા સમાન નથી. તફાવત, અલબત્ત, સામાન્ય રીતે નાનો હોય છે, પરંતુ, પ્રથમ, જો તમને કેટલીક નબળી અસરોમાં રસ હોય તો તે નોંધપાત્ર હોઈ શકે છે, અને બીજું, તેને વિશેષ યુક્તિઓનો આશરો લઈને મજબૂત કરી શકાય છે.

ડબલ-સ્લિટ પ્રયોગ માટે સુપરપોઝિશન સિદ્ધાંતની સામાન્ય સમજૂતીની અયોગ્યતાને દર્શાવનાર સૌપ્રથમ, દેખીતી રીતે, 1986 માં જાપાની ભૌતિકશાસ્ત્રી એચ. યાબુકી હતા, પરંતુ તેમના કાર્ય પર લાંબા સમય સુધી કોઈનું ધ્યાન ગયું ન હતું. આ વિષયમાં આધુનિક રસ પ્રતિષ્ઠિત જર્નલ ફિઝિકલ રિવ્યુ A માં પ્રકાશિત થયેલા 2012 ના પેપર દ્વારા પુનઃજીવિત કરવામાં આવ્યો હતો. તેમાં, લેખકોએ ઉદાહરણ તરીકે ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગોનો ઉપયોગ કરીને ત્રણ સ્લિટ્સ પર ક્લાસિકલ તરંગ દખલના કેસની તપાસ કરી હતી. મેક્સવેલના સમીકરણોના સીધા આંકડાકીય સિમ્યુલેશન દ્વારા, આ ક્ષેત્ર માટે મૂળભૂત, તેઓએ દર્શાવ્યું કે સાચા જવાબ અને સુપરપોઝિશન સિદ્ધાંતના ખોટા અર્થઘટન દ્વારા મેળવેલા જવાબ વચ્ચેનો તફાવત વાસ્તવિક પરિસ્થિતિઓમાં લગભગ 0.5% છે. અને જો કે આ મૂલ્ય નાનું છે, અને તેને પ્રાયોગિક રીતે માપવાનું હજી શક્ય નથી, અસર પોતે નિર્વિવાદ છે.

પરંતુ તેમ છતાં, વૈજ્ઞાનિકો આ હકીકતને પ્રાયોગિક ધોરણે તપાસવા માંગે છે, તેથી 2014 અને 2015 માં, ભારતના મહિલા ભૌતિકશાસ્ત્રી ઉરબસી સિન્હાની આગેવાની હેઠળના વૈજ્ઞાનિકોના સમાન જૂથે ભૌતિક સમીક્ષા લેટર્સ અને સાયન્ટિફિક રિપોર્ટ્સમાં બે લેખો પ્રકાશિત કર્યા હતા, જેમાં તેઓએ તપાસ કરી હતી. ત્રણ સ્લિટ્સ દ્વારા કણોના પેસેજની વિગતવાર ક્વોન્ટમ થિયરી અને બતાવ્યું કે સાચા પરિણામ અને ખોટા અર્થઘટનની આગાહી વચ્ચેની વિસંગતતાની અસર નોંધપાત્ર રીતે વધારી શકાય છે જો માપ ઓપ્ટિકલ શ્રેણીમાં ન હોય તો ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગો સાથે હાથ ધરવામાં આવે, તે પ્રકાશ સાથે છે, પરંતુ માઇક્રોવેવ શ્રેણીમાં - આવા તરંગોનો ઉપયોગ થાય છે, ઉદાહરણ તરીકે, ખોરાકને ગરમ કરવા માટે ઘરના માઇક્રોવેવ ઓવનમાં.

ત્રણ ચીરો પ્રયોગ: પ્રેક્ટિસ

ઉરબસી સિંહાએ 2014ના એક લેખ પર ટિપ્પણી કરતાં દાવો કર્યો હતો કે તેમના જૂથે માઇક્રોવેવ્સ સાથે પ્રયોગ કરવાનું શરૂ કરી દીધું છે, પરંતુ તેમના પરિણામો હજી પ્રકાશિત થયા નથી. પરંતુ તાજેતરમાં જ પ્રખ્યાત ભૌતિકશાસ્ત્રી રોબર્ટ બોયડની આગેવાની હેઠળના વૈજ્ઞાનિકોના અન્ય જૂથ દ્વારા એક લેખ પ્રકાશિત કરવામાં આવ્યો હતો (તે પ્રખ્યાત છે, ઉદાહરણ તરીકે, "ધીમા" પ્રકાશ સાથે પ્રયોગ હાથ ધરનાર પ્રથમ વ્યક્તિ તરીકે). આ લેખ નેચર કોમ્યુનિકેશન્સમાં પ્રકાશિત થયો હતો અને પ્રાયોગિક રીતે ચર્ચા કરેલી અસર દર્શાવી હતી. સાચું, આ પ્રયોગનો વિચાર અલગ હતો.

રોબર્ટ બોયડ અને તેના સાથીઓએ કહેવાતા પ્લાઝમોન્સના ઉપયોગ દ્વારા સ્લિટ્સ સાથે પ્લેટની નજીક બિન-શાસ્ત્રીય માર્ગનું "વજન" વધારવાનો પ્રસ્તાવ મૂક્યો. પ્લાઝમોન્સ એ "ટીથર પરના ફોટોન" જેવું કંઈક છે જે ફક્ત ધાતુની સપાટી સાથે એક ચીરાથી બીજી તરફ દોડી શકે છે. આ હેતુ માટે, સ્લિટ્સ સાથેની પ્લેટ સોનાની બનેલી હતી. સોનું એક ઉત્તમ વાહક છે, તેથી તે ખાસ કરીને મજબૂત પ્લાઝમોન્સ બનાવે છે.

પ્રયોગમાં, પ્રકાશ સ્ત્રોતે ત્રણ સ્લિટ્સમાંથી માત્ર એક જ ઇરેડિયેટ કર્યું. તદુપરાંત, જો અન્ય બે બંધ હોય, તો ખુલ્લી ચીરોની વિરુદ્ધ સહેજ અસ્પષ્ટ પટ્ટાનું લાક્ષણિક ચિત્ર જોવા મળ્યું હતું. પરંતુ જ્યારે અન્ય બે સ્લિટ્સ ખોલવામાં આવી ત્યારે, ચિત્ર ધરમૂળથી અલગ હતું: એક લાક્ષણિક હસ્તક્ષેપ પેટર્ન ઘણી સાંકડી પટ્ટાઓ સાથે દેખાય છે.

આ બધી સૂક્ષ્મતા શા માટે જરૂરી છે?

શું આ અભ્યાસોની કોઈ વ્યવહારિક અસરો હોઈ શકે છે? ઉલ્લેખિત કૃતિઓના લેખકો એવી આશા રાખે છે. ક્વોન્ટમ સુપરપોઝિશનની ઘટનાનો વ્યાપકપણે કહેવાતા ક્વોન્ટમ કમ્યુનિકેશન માટે ઉપયોગ થાય છે. ક્વોન્ટમ ક્રિપ્ટોગ્રાફી, ઉદાહરણ તરીકે, તેના પર આધારિત છે. તે સુપરપોઝિશનની ઘટના છે જે પરંપરાગત ઇલેક્ટ્રોનિક્સ પર આધારિત કમ્પ્યુટર્સ પર ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટર્સને નિર્વિવાદ ફાયદા આપે છે. તેથી, આ દિશાઓમાં, ક્વોન્ટમ સુપરપોઝિશન કેવી રીતે કાર્ય કરે છે તેની ચોક્કસ સમજ અત્યંત મહત્વપૂર્ણ છે. અને તેથી જ અમે આશા રાખી શકીએ છીએ કે ટ્રિપલ-સ્લિટ હસ્તક્ષેપમાં સંશોધન અમને ક્વોન્ટમ ઉપકરણોના સંચાલન માટે નવા, વધુ કાર્યક્ષમ પ્રોટોકોલ્સ સાથે આવવામાં મદદ કરશે.

1. હંસ ડી રેડ્ટ, ક્રિસ્ટલ મિશિલ્સન અને કાર્લ હેસ, "ત્રણ-સ્લિટ પ્રયોગોમાં મલ્ટિપાથ હસ્તક્ષેપનું વિશ્લેષણ" // ભૌતિક. રેવ. A 85, 012101 (2012)
2. રાહુલ સાવંત, જોસેફ સેમ્યુઅલ, અનિંદા સિંહા, સુપૂર્ણા સિંહા, અને ઉરબસી સિંહા, "ક્વોન્ટમ ઇન્ટરફેન્સ એક્સપેરિમેન્ટ્સમાં નોનક્લાસિકલ પાથ્સ," ફિઝ. રેવ. લેટ. 113, 120406 (2014)
3. માઈકલ શિરબર, "કર્વી ફોટોન ટ્રેજેકટ્રીઝ શોધી શકાય તેવું હોઈ શકે છે" // ભૌતિકશાસ્ત્ર 7, 96 (2014)
4. સ્ટુઅર્ટ મેસન ડેમબ્રોટ, "સુપરપોઝિશન રિવિઝિટ: ફેનમેન પાથ ઇન્ટિગ્રલ ફોર્માલિઝમનો ઉપયોગ કરીને ડબલ-સ્લિટ પ્રયોગ વિરોધાભાસનું પ્રસ્તાવિત રીઝોલ્યુશન" // phys.org (2014-10-02)
5. હેમિશ જોહ્નસ્ટન, "ફોટોન્સ ટ્રીપલ સ્લિટ દ્વારા તેમનો માર્ગ વણાટ કરે છે" // ફિઝિક્સ વર્લ્ડ (2014-09-25)
6. અનિન્દા સિન્હા, અરવિંદ એચ. વિજય અને ઉરબસી સિંહા, "ઓન ધ સુપરપોઝિશન સિધ્ધાંત ઇન દખલગીરી પ્રયોગો" // વૈજ્ઞાનિક અહેવાલો 5, 10304 (2015)
7. ઓમર એસ મગાના-લોએઝા, ઇઝરાયેલ ડી લિયોન, મોહમ્મદ મીરહોસેની, રોબર્ટ ફિકલર, અકબર સફારી, યુવે મિક, બ્રાયન મેકઇન્ટાયર, પીટર બેન્ઝર, બ્રાન્ડોન રોડેનબર્ગ, ગેર્ડ લ્યુચ્સ અને રોબર્ટ ડબલ્યુ. બોયડ, “ત્રણ-સ્લિટ ઇન્ટરફેન્સમાં ફોટોનની વિચિત્ર લૂપ ટ્રેજેકટ્રીઝ " // નેચર કોમ્યુનિકેશન્સ 7, 13987 (2016)
8. લિસા ઝાયગા, "ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ ત્રણ-સ્લિટ પ્રયોગમાં પ્રકાશના વિચિત્ર લૂપ ટ્રેજેકટ્રીઝ શોધી કાઢે છે" // phys.org

મારી શરમ માટે, હું સ્વીકારવા માંગુ છું કે મેં આ અભિવ્યક્તિ સાંભળી છે, પરંતુ તેનો અર્થ શું છે અથવા તે કયા વિષય પર ઉપયોગમાં લેવાય છે તે પણ મને ખબર નથી. આ બિલાડી વિશે મેં ઈન્ટરનેટ પર શું વાંચ્યું તે હું તમને કહું...

« શ્રોડિન્જરની બિલાડી"- આ પ્રખ્યાત ઑસ્ટ્રિયન સૈદ્ધાંતિક ભૌતિકશાસ્ત્રી એર્વિન શ્રોડિન્જરના પ્રખ્યાત વિચાર પ્રયોગનું નામ છે, જે નોબેલ પુરસ્કાર વિજેતા પણ છે. આ કાલ્પનિક પ્રયોગની મદદથી, વૈજ્ઞાનિક સબએટોમિક સિસ્ટમ્સમાંથી મેક્રોસ્કોપિક સિસ્ટમ્સમાં સંક્રમણમાં ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સની અપૂર્ણતા બતાવવા માગતા હતા.

એર્વિન શ્રોડિન્ગરનો મૂળ લેખ 1935માં પ્રકાશિત થયો હતો. અહીં ક્વોટ છે:

તમે એવા કિસ્સાઓ પણ બનાવી શકો છો કે જેમાં એકદમ બર્લેસ્ક હોય. અમુક બિલાડીને નીચેના ડાયબોલિકલ મશીન વડે સ્ટીલની ચેમ્બરમાં બંધ કરી દો (જે બિલાડીના હસ્તક્ષેપને ધ્યાનમાં લીધા વિના હોવી જોઈએ): ગીજર કાઉન્ટરની અંદર કિરણોત્સર્ગી પદાર્થનો એક નાનો જથ્થો છે, જે એક કલાકમાં માત્ર એક જ અણુ ક્ષીણ થઈ શકે છે, પરંતુ સમાન સંભાવના સાથે વિઘટન ન થઈ શકે; જો આવું થાય, તો રીડિંગ ટ્યુબ ડિસ્ચાર્જ થાય છે અને રિલે સક્રિય થાય છે, હથોડીને મુક્ત કરે છે, જે હાઇડ્રોસાયનિક એસિડ સાથે ફ્લાસ્કને તોડે છે.

જો આપણે આ આખી સિસ્ટમને એક કલાક માટે પોતાના પર છોડી દઈએ, તો આપણે કહી શકીએ કે આ સમય પછી બિલાડી જીવંત રહેશે, જ્યાં સુધી અણુ વિઘટન ન થાય ત્યાં સુધી. અણુનું પ્રથમ વિઘટન બિલાડીને ઝેર આપશે. એકંદરે સિસ્ટમનું psi-ફંક્શન જીવંત અને મૃત બિલાડી (અભિવ્યક્તિને માફ કરો) સમાન ભાગોમાં મિશ્રિત કરીને અથવા ગંધ દ્વારા વ્યક્ત કરશે. આવા કિસ્સાઓમાં લાક્ષણિકતા એ છે કે મૂળરૂપે અણુ વિશ્વ સુધી મર્યાદિત અનિશ્ચિતતા મેક્રોસ્કોપિક અનિશ્ચિતતામાં પરિવર્તિત થાય છે, જેને પ્રત્યક્ષ નિરીક્ષણ દ્વારા દૂર કરી શકાય છે. આ અમને વાસ્તવિકતાને પ્રતિબિંબિત કરતા "બ્લર મોડલ" ને નિખાલસપણે સ્વીકારતા અટકાવે છે. આનો અર્થ પોતે અસ્પષ્ટ અથવા વિરોધાભાસી કંઈપણ નથી. અસ્પષ્ટ અથવા ધ્યાન બહારના ફોટા અને વાદળો અથવા ધુમ્મસના ફોટા વચ્ચે તફાવત છે.

બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો:

1. ત્યાં એક બોક્સ અને એક બિલાડી છે. બૉક્સમાં કિરણોત્સર્ગી અણુ ન્યુક્લિયસ અને ઝેરી ગેસનું કન્ટેનર ધરાવતી મિકેનિઝમ છે. પ્રાયોગિક પરિમાણો પસંદ કરવામાં આવ્યા હતા જેથી 1 કલાકમાં પરમાણુ ક્ષયની સંભાવના 50% હોય. જો ન્યુક્લિયસ તૂટી જાય છે, તો ગેસનો કન્ટેનર ખુલે છે અને બિલાડી મરી જાય છે. જો ન્યુક્લિયસ ક્ષીણ થતું નથી, તો બિલાડી જીવંત અને સારી રીતે રહે છે.
2. અમે બિલાડીને બૉક્સમાં બંધ કરીએ છીએ, એક કલાક રાહ જુઓ અને પ્રશ્ન પૂછો: બિલાડી જીવંત છે કે મરી ગઈ?
3. ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ અમને જણાવે છે કે અણુ ન્યુક્લિયસ (અને તેથી બિલાડી) એક સાથે તમામ સંભવિત સ્થિતિમાં છે (જુઓ ક્વોન્ટમ સુપરપોઝિશન). અમે બૉક્સ ખોલીએ તે પહેલાં, કેટ-કોર સિસ્ટમ 50% ની સંભાવના સાથે "ન્યુક્લિયસ સડી ગયું છે, બિલાડી મરી ગઈ છે" સ્થિતિમાં છે અને રાજ્યમાં "ન્યુક્લિયસ ક્ષીણ થયું નથી, બિલાડી જીવંત છે" સાથે 50% ની સંભાવના. તે તારણ આપે છે કે બૉક્સમાં બેઠેલી બિલાડી એક જ સમયે જીવંત અને મૃત બંને છે.
4. આધુનિક કોપનહેગન અર્થઘટન મુજબ, બિલાડી કોઈપણ મધ્યવર્તી સ્થિતિ વિના જીવંત/મૃત છે. અને ન્યુક્લિયસની ક્ષીણ સ્થિતિની પસંદગી બોક્સ ખોલવાની ક્ષણે થતી નથી, પરંતુ જ્યારે ન્યુક્લિયસ ડિટેક્ટરમાં પ્રવેશ કરે છે ત્યારે પણ થાય છે. કારણ કે "કેટ-ડિટેક્ટર-ન્યુક્લિયસ" સિસ્ટમના વેવ ફંક્શનમાં ઘટાડો બોક્સના માનવ નિરીક્ષક સાથે સંકળાયેલ નથી, પરંતુ ન્યુક્લિયસના ડિટેક્ટર-નિરીક્ષક સાથે સંકળાયેલ છે.

ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ અનુસાર, જો અણુના ન્યુક્લિયસનું અવલોકન કરવામાં આવતું નથી, તો તેની સ્થિતિને બે અવસ્થાઓના મિશ્રણ દ્વારા વર્ણવવામાં આવે છે - એક ક્ષીણ થયેલ ન્યુક્લિયસ અને એક ક્ષીણ થયેલ ન્યુક્લિયસ, તેથી, એક બિલાડી બોક્સમાં બેઠી છે અને અણુના ન્યુક્લિયસને વ્યક્ત કરે છે. તે જ સમયે જીવંત અને મૃત બંને છે. જો બૉક્સ ખોલવામાં આવે છે, તો પ્રયોગકર્તા માત્ર એક ચોક્કસ સ્થિતિ જોઈ શકે છે - "ન્યુક્લિયસ સડી ગયું છે, બિલાડી મરી ગઈ છે" અથવા "ન્યુક્લિયસ ક્ષીણ થયું નથી, બિલાડી જીવંત છે."

માનવ ભાષામાં સાર: શ્રોડિન્જરના પ્રયોગે દર્શાવ્યું હતું કે, ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સના દૃષ્ટિકોણથી, બિલાડી જીવંત અને મૃત બંને છે, જે ન હોઈ શકે. તેથી, ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સમાં નોંધપાત્ર ખામીઓ છે.

પ્રશ્ન એ છે કે: બે રાજ્યોના મિશ્રણ તરીકે સિસ્ટમનું અસ્તિત્વ ક્યારે બંધ થાય છે અને એક ચોક્કસ પસંદ કરે છે? પ્રયોગનો હેતુ એ બતાવવાનો છે કે ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ અમુક નિયમો વિના અધૂરું છે જે દર્શાવે છે કે કઈ પરિસ્થિતિઓમાં તરંગ કાર્ય તૂટી જાય છે અને બિલાડી કાં તો મરી જાય છે અથવા જીવંત રહે છે પરંતુ હવે તે બંનેનું મિશ્રણ નથી. કારણ કે તે સ્પષ્ટ છે કે બિલાડી કાં તો જીવંત અથવા મૃત હોવી જોઈએ (જીવન અને મૃત્યુ વચ્ચે કોઈ રાજ્ય મધ્યવર્તી નથી), આ અણુ ન્યુક્લિયસ માટે સમાન હશે. તે કાં તો ક્ષીણ અથવા અણઘડ હોવું જોઈએ (વિકિપીડિયા).

શ્રોડિન્જરના વિચાર પ્રયોગનું બીજું વધુ તાજેતરનું અર્થઘટન એ એક વાર્તા છે જે બિગ બેંગ થિયરીના નાયક શેલ્ડન કૂપરે તેના ઓછા ભણેલા પાડોશી પેનીને કહી હતી. શેલ્ડનની વાર્તાનો મુદ્દો એ છે કે શ્રોડિન્જરની બિલાડીનો ખ્યાલ માનવ સંબંધો પર લાગુ કરી શકાય છે. પુરુષ અને સ્ત્રી વચ્ચે શું થઈ રહ્યું છે તે સમજવા માટે, તેમની વચ્ચે કેવા પ્રકારનો સંબંધ છે: સારું કે ખરાબ, તમારે ફક્ત બૉક્સ ખોલવાની જરૂર છે. ત્યાં સુધી, સંબંધ સારા અને ખરાબ બંને છે.

નીચે શેલ્ડન અને પેનિયા વચ્ચેના આ બિગ બેંગ થિયરીના વિનિમયની વિડિયો ક્લિપ છે.

ક્વોન્ટમ ફિઝિક્સના મુખ્ય વિરોધાભાસને વર્ણવવા માટે શ્રોડિન્જરનું ઉદાહરણ શ્રેષ્ઠ ઉદાહરણ છે: તેના નિયમો અનુસાર, ઇલેક્ટ્રોન, ફોટોન અને અણુ જેવા કણો એક જ સમયે બે અવસ્થામાં અસ્તિત્વ ધરાવે છે (“જીવંત” અને “મૃત”, જો તમને યાદ હોય સહનશીલ બિલાડી). આ રાજ્યોને સુપરપોઝિશન કહેવામાં આવે છે.

યુનિવર્સિટી ઓફ અરકાનસાસ (અરકાન્સાસ સ્ટેટ યુનિવર્સિટી) ના અમેરિકન ભૌતિકશાસ્ત્રી આર્ટ હોબસને આ વિરોધાભાસ માટે તેમના ઉકેલની દરખાસ્ત કરી.

“ક્વોન્ટમ ફિઝિક્સમાં માપન અમુક મેક્રોસ્કોપિક ઉપકરણોના ઓપરેશન પર આધારિત છે, જેમ કે ગીગર કાઉન્ટર, જેની મદદથી માઇક્રોસ્કોપિક સિસ્ટમ્સ - અણુઓ, ફોટોન અને ઇલેક્ટ્રોનની ક્વોન્ટમ સ્થિતિ નક્કી કરવામાં આવે છે. ક્વોન્ટમ થિયરી સૂચવે છે કે જો તમે કોઈ માઇક્રોસ્કોપિક સિસ્ટમ (કણ) ને કેટલાક મેક્રોસ્કોપિક ઉપકરણ સાથે જોડો છો જે સિસ્ટમની બે જુદી જુદી સ્થિતિઓને અલગ પાડે છે, તો ઉપકરણ (ઉદાહરણ તરીકે, ગીગર કાઉન્ટર) ક્વોન્ટમ એન્ટેંગલમેન્ટની સ્થિતિમાં જશે અને પોતાને બેમાં પણ શોધી કાઢશે. તે જ સમયે સુપરપોઝિશન. જો કે, આ ઘટનાને સીધી રીતે અવલોકન કરવું અશક્ય છે, જે તેને અસ્વીકાર્ય બનાવે છે," ભૌતિકશાસ્ત્રી કહે છે.

હોબસન કહે છે કે શ્રોડિંગરના વિરોધાભાસમાં, બિલાડી મેક્રોસ્કોપિક ઉપકરણની ભૂમિકા ભજવે છે, એક ગીગર કાઉન્ટર, જે તે ન્યુક્લિયસના સડો અથવા "બિન-ક્ષય" ની સ્થિતિ નક્કી કરવા માટે કિરણોત્સર્ગી ન્યુક્લિયસ સાથે જોડાયેલ છે. આ કિસ્સામાં, જીવંત બિલાડી "બિન-સડો" નું સૂચક હશે, અને મૃત બિલાડી સડોનું સૂચક હશે. પરંતુ ક્વોન્ટમ થિયરી મુજબ, બિલાડી, ન્યુક્લિયસની જેમ, જીવન અને મૃત્યુની બે સુપરપોઝિશનમાં અસ્તિત્વમાં હોવી જોઈએ.

તેના બદલે, ભૌતિકશાસ્ત્રીના મતે, બિલાડીની ક્વોન્ટમ સ્થિતિ પરમાણુની સ્થિતિ સાથે ગૂંચવાયેલી હોવી જોઈએ, એટલે કે તેઓ એકબીજા સાથે "બિન-સ્થાનિક જોડાણ" માં છે. એટલે કે, જો ફસાઈ ગયેલી વસ્તુઓમાંથી કોઈ એકની સ્થિતિ અચાનક વિરુદ્ધ થઈ જાય, તો તેની જોડીની સ્થિતિ પણ બદલાઈ જશે, પછી ભલે તે એકબીજાથી ગમે તેટલા દૂર હોય. તે જ સમયે, હોબસન આ ક્વોન્ટમ સિદ્ધાંતની પ્રાયોગિક પુષ્ટિનો ઉલ્લેખ કરે છે.

"ક્વોન્ટમ એન્ટેંગલમેન્ટના સિદ્ધાંત વિશેની સૌથી રસપ્રદ બાબત એ છે કે બંને કણોની સ્થિતિમાં ફેરફાર તરત જ થાય છે: કોઈ પ્રકાશ અથવા ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક સિગ્નલ પાસે એક સિસ્ટમથી બીજી સિસ્ટમમાં માહિતી પ્રસારિત કરવાનો સમય નથી. તેથી તમે કહી શકો કે તે એક પદાર્થ છે જે અવકાશ દ્વારા બે ભાગોમાં વિભાજિત છે, પછી ભલેને તેમની વચ્ચેનું અંતર કેટલું મોટું હોય,” હોબસન સમજાવે છે.

શ્રોડિન્જરની બિલાડી હવે એક જ સમયે જીવંત અને મૃત નથી. જો વિઘટન થાય તો તે મૃત છે, અને જો વિઘટન ક્યારેય ન થાય તો તે જીવંત છે.

ચાલો આપણે ઉમેરીએ કે આ વિરોધાભાસના સમાન ઉકેલો છેલ્લા ત્રીસ વર્ષોમાં વૈજ્ઞાનિકોના વધુ ત્રણ જૂથો દ્વારા પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવ્યા હતા, પરંતુ તેઓને ગંભીરતાથી લેવામાં આવ્યા ન હતા અને વ્યાપક વૈજ્ઞાનિક વર્તુળોમાં કોઈનું ધ્યાન ન હતું. હોબસન નોંધે છે કે ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સના વિરોધાભાસને ઉકેલવા, ઓછામાં ઓછા સૈદ્ધાંતિક રીતે, તેની ઊંડી સમજણ માટે એકદમ જરૂરી છે.

શ્રોડિન્જર

પરંતુ તાજેતરમાં જ, સિદ્ધાંતવાદીઓએ સમજાવ્યું કે ગુરુત્વાકર્ષણ કેવી રીતે સ્ક્રોડિંગરની બિલાડીને મારી નાખે છે, પરંતુ આ વધુ જટિલ છે...

એક નિયમ તરીકે, ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ આ ઘટનાને સમજાવે છે કે કણોની દુનિયામાં સુપરપોઝિશન શક્ય છે, પરંતુ બિલાડીઓ અથવા અન્ય મેક્રો-ઓબ્જેક્ટ્સ, પર્યાવરણની દખલગીરી સાથે અશક્ય છે. જ્યારે કોઈ ક્વોન્ટમ ઑબ્જેક્ટ કોઈ ક્ષેત્રમાંથી પસાર થાય છે અથવા રેન્ડમ કણો સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે, ત્યારે તે તરત જ માત્ર એક સ્થિતિ ધારે છે - જેમ કે તે માપવામાં આવે છે. આ રીતે સુપરપોઝિશનનો નાશ થાય છે, જેમ કે વૈજ્ઞાનિકો માનતા હતા.

પરંતુ જો કોઈક રીતે મેક્રો-ઓબ્જેક્ટને અન્ય કણો અને ક્ષેત્રો સાથેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓથી સુપરપોઝિશનની સ્થિતિમાં અલગ પાડવાનું શક્ય બન્યું હોય, તો પણ તે વહેલા અથવા પછીથી એક જ સ્થિતિ લેશે. ઓછામાં ઓછું આ પૃથ્વીની સપાટી પર થતી પ્રક્રિયાઓ માટે સાચું છે.

“ક્યાંક ઇન્ટરસ્ટેલર અવકાશમાં, કદાચ બિલાડીને ક્વોન્ટમ સુસંગતતા જાળવવાની તક મળશે, પરંતુ પૃથ્વી પર અથવા કોઈપણ ગ્રહની નજીક આ અત્યંત અસંભવિત છે. અને તેનું કારણ ગુરુત્વાકર્ષણ છે,” નવા અભ્યાસના મુખ્ય લેખક, હાર્વર્ડ-સ્મિથસોનિયન સેન્ટર ફોર એસ્ટ્રોફિઝિક્સના ઇગોર પીકોવસ્કી સમજાવે છે.

પિકોવ્સ્કી અને વિયેના યુનિવર્સિટીના તેમના સાથીદારો દલીલ કરે છે કે ગુરુત્વાકર્ષણ મેક્રો-ઓબ્જેક્ટ્સના ક્વોન્ટમ સુપરપોઝિશન પર વિનાશક અસર કરે છે, અને તેથી આપણે મેક્રોકોઝમમાં સમાન ઘટનાઓનું અવલોકન કરતા નથી. નવી પૂર્વધારણાનો મૂળભૂત ખ્યાલ, માર્ગ દ્વારા, ફીચર ફિલ્મ "ઇન્ટરસ્ટેલર" માં ટૂંકમાં દર્શાવેલ છે.

આઈન્સ્ટાઈનનો સામાન્ય સાપેક્ષતાનો સિદ્ધાંત જણાવે છે કે અત્યંત વિશાળ પદાર્થ તેની આસપાસ અવકાશ સમયને વળાંક આપશે. નાના સ્તરે પરિસ્થિતિને ધ્યાનમાં લેતા, આપણે કહી શકીએ કે પૃથ્વીની સપાટીની નજીક સ્થિત પરમાણુ માટે, સમય આપણા ગ્રહની ભ્રમણકક્ષામાં સ્થિત એક કરતાં થોડો ધીમો પસાર થશે.

અવકાશ-સમય પર ગુરુત્વાકર્ષણના પ્રભાવને લીધે, આ પ્રભાવથી પ્રભાવિત પરમાણુ તેની સ્થિતિમાં વિચલન અનુભવશે. અને આ, બદલામાં, તેની આંતરિક ઊર્જાને અસર કરશે - પરમાણુમાં કણોના સ્પંદનો જે સમય જતાં બદલાય છે. જો કોઈ પરમાણુને બે સ્થાનોની ક્વોન્ટમ સુપરપોઝિશનની સ્થિતિમાં દાખલ કરવામાં આવે, તો સ્થિતિ અને આંતરિક ઊર્જા વચ્ચેનો સંબંધ ટૂંક સમયમાં પરમાણુને અવકાશમાં બે સ્થાનોમાંથી માત્ર એક જ "પસંદ" કરવા દબાણ કરશે.

"મોટા ભાગના કિસ્સાઓમાં, ડીકોહેરેન્સની ઘટના બાહ્ય પ્રભાવો સાથે સંકળાયેલી હોય છે, પરંતુ આ કિસ્સામાં, કણોનું આંતરિક કંપન પરમાણુની હિલચાલ સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે," પીકોવ્સ્કી સમજાવે છે.

આ અસર હજુ સુધી જોવામાં આવી નથી કારણ કે ચુંબકીય ક્ષેત્રો, થર્મલ રેડિયેશન અને સ્પંદનો જેવા ડીકોહેરેન્સના અન્ય સ્ત્રોતો સામાન્ય રીતે વધુ મજબૂત હોય છે, જેના કારણે ગુરુત્વાકર્ષણના ઘણા સમય પહેલા ક્વોન્ટમ સિસ્ટમનો વિનાશ થાય છે. પરંતુ પ્રયોગકર્તાઓ પૂર્વધારણાને ચકાસવા માટે પ્રયત્ન કરે છે.

સમાન સેટઅપનો ઉપયોગ ક્વોન્ટમ સિસ્ટમ્સને નષ્ટ કરવા માટે ગુરુત્વાકર્ષણની ક્ષમતાને ચકાસવા માટે પણ થઈ શકે છે. આ કરવા માટે, વર્ટિકલ અને હોરીઝોન્ટલ ઇન્ટરફેરોમીટર્સની તુલના કરવી જરૂરી રહેશે: પ્રથમમાં, પાથની વિવિધ "ઊંચાઈઓ" પર સમય વિસ્તરણને કારણે સુપરપોઝિશન ટૂંક સમયમાં અદૃશ્ય થઈ જવું જોઈએ, જ્યારે બીજામાં, ક્વોન્ટમ સુપરપોઝિશન રહી શકે છે.

ક્વોન્ટમ વિશ્વ આપણાથી ખૂબ જ દૂર છે, તેથી તેના કાયદાઓ ઘણીવાર વિચિત્ર અને વિરોધાભાસી લાગે છે. જો કે, ક્વોન્ટમ ભૌતિકશાસ્ત્રના મહત્વના સમાચારો શાબ્દિક રીતે દરરોજ આવે છે, તેથી હવે તેમની સાચી સમજ હોવી જરૂરી છે - અન્યથા, આપણી નજરમાં, ભૌતિકશાસ્ત્રીઓનું કાર્ય વિજ્ઞાનમાંથી જાદુમાં ફેરવાઈ જાય છે અને દંતકથાઓથી ભરપૂર થઈ જાય છે. અમે પહેલાથી જ ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટર્સ, નોનલોકેલિટી અને ક્વોન્ટમ ટેલિપોર્ટેશન વિશે વાત કરી છે. આજે આપણે બીજી રહસ્યમય ક્વોન્ટમ વસ્તુ વિશે વાત કરીશું - સુસંગતતા. રશિયન ક્વોન્ટમ સેન્ટરના જુનિયર સંશોધક એલેક્સી ફેડોરોવ તેના વિશે વાત કરે છે.

સુસંગતતા શું છે? શું શાસ્ત્રીય ભૌતિકશાસ્ત્રમાંથી કોઈ સારી સામ્યતાઓ છે?

સુસંગતતાનો ખ્યાલ પ્રથમ શાસ્ત્રીય ભૌતિકશાસ્ત્રમાં દેખાય છે, જ્યારે તે ઓસિલેશનની વાત આવે છે. ક્લાસિકલ સુસંગતતા એ સમાન આવર્તનની બે અથવા વધુ તરંગ પ્રક્રિયાઓ વચ્ચેના સંબંધિત તબક્કાની સ્થિરતા છે. જ્યારે તેઓ સુસંગતતા વિશે વાત કરે છે, ત્યારે તેઓ હંમેશા હસ્તક્ષેપને યાદ રાખે છે - એક એવી અસર કે જેમાં અવકાશમાં ચોક્કસ બિંદુએ ઘણા સુસંગત સ્ત્રોતોમાંથી ઊર્જાનો કુલ પ્રવાહ દરેક સ્ત્રોતમાંથી ઊર્જા પ્રવાહના સીધા ઉમેરા દ્વારા પ્રાપ્ત થતો નથી, પરંતુ થોડી વધુ જટિલ રીતે પ્રાપ્ત થાય છે. માર્ગ ઔપચારિક રીતે કહીએ તો, તમારે જટિલ કંપનવિસ્તાર ઉમેરવાની જરૂર છે જે દરેક સ્ત્રોતમાંથી આવતા તરંગનું વર્ણન કરે છે, પછી પરિણામી જટિલ સંખ્યાનું મોડ્યુલસ લો અને તેને ચોરસ કરો (ચોક્કસ ગુણાંક સાથે, જેથી બધું પરિમાણો સાથે બરાબર હોય).

તીવ્રતાને બદલે જટિલ કંપનવિસ્તારનો સરવાળો કરીને, અવકાશી તીવ્રતા પ્રોફાઇલમાં પરિચીત બને છે. તે તરંગ પ્રક્રિયાની પરિણામી તીવ્રતા અને તેના ઘટકોની તીવ્રતાના સરવાળા વચ્ચેનો તફાવત છે જે દખલગીરીની નિશાની છે.

હવે ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ પર. ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સની મુખ્ય જોગવાઈઓમાંની એક એ છે કે માઇક્રોસ્કોપિક કણો તેમના વર્તનમાં તરંગ ગુણધર્મો દર્શાવે છે. પરંતુ જો શાસ્ત્રીય ભૌતિકશાસ્ત્રમાં આપણે વાત કરીએ, ઉદાહરણ તરીકે, ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્ષેત્રની શક્તિના તરંગો વિશે, તો પછી માઇક્રોસ્કોપિક કણો માટે આપણે સંભવિત તરંગો વિશે વાત કરી રહ્યા છીએ, જે જટિલ "સંભાવના કંપનવિસ્તાર" દ્વારા વર્ણવવામાં આવે છે, જેને "તરંગ કાર્ય" તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે. આ વિચાર જ શ્રોડિન્જર સમીકરણમાં સમાયેલ છે.

સંભવિત તરંગો, અન્ય કોઈપણ તરંગોની જેમ, પણ તરંગો એકબીજા પર ચઢાવવાની સંભાવના સાથે સંકળાયેલી સમાન અસરો દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે. ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સમાં, આ સુપરપોઝિશનને (સુસંગત) સુપરપોઝિશન કહેવામાં આવે છે. તે સુપરપોઝિશન છે જે વિવર્તન અને દખલગીરીની "ક્વોન્ટમ" અસરો તરફ દોરી જાય છે.

ક્વોન્ટમ સિસ્ટમ્સ રાજ્યોની સુસંગત સુપરપોઝિશનમાં હોઈ શકે છે, પછી ભલે તે (શાસ્ત્રીય દૃષ્ટિકોણથી) પરસ્પર વિશિષ્ટ અવસ્થાઓની સુપરપોઝિશન હોય. ક્લાસિકલ વિશ્વમાં ક્વોન્ટમ કાયદાઓનો સીધો ઉપયોગ વિરોધાભાસી પરિસ્થિતિઓ તરફ દોરી જાય છે, જેમાંથી એક સૌથી પ્રખ્યાત છે શ્રોડિંગરની બિલાડી. હા, શ્રોડિન્ગર બૉક્સમાં બિલાડી (ડાઇ કેટ્ઝ) મૂકવા માગતો હતો, નર બિલાડી નહીં.

ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટિંગ માટે સુસંગતતા શા માટે જરૂરી છે?

ક્વોન્ટમ સુસંગતતા ક્વોન્ટમ સમાંતરતાને સમજવાનું શક્ય બનાવે છે. ક્વોન્ટમ કોમ્પ્યુટરનું આર્કિટેક્ચર ક્લાસિકલ કોમ્પ્યુટીંગના આર્કિટેક્ચરથી ઘણા મહત્વપૂર્ણ પાસાઓમાં અલગ છે (આની ચર્ચા પહેલાથી જ ક્વોન્ટમ મૂળાક્ષરોમાં કરવામાં આવી છે, પરંતુ મૂળભૂત બાબતો અનાવશ્યક રહેશે નહીં).

બિટ્સની સિસ્ટમને ક્યુબિટ્સની સિસ્ટમ દ્વારા બદલવામાં આવે છે, જે કેટલીક પ્રારંભિક સ્થિતિમાં છે. તાર્કિક ક્રિયાઓ શાસ્ત્રીય તર્ક તત્વો દ્વારા નહીં, પરંતુ તેમના ક્વોન્ટમ એનાલોગ દ્વારા કરવામાં આવે છે. આમ, ક્વોન્ટમ કોમ્પ્યુટરમાં, ઇનપુટ સિગ્નલોનો સંપૂર્ણ સમૂહ (સુસંગત સુપરપોઝિશન) એક જ સમયે ક્વોન્ટમ લોજિક એલિમેન્ટ (“ગેટ”)માંથી પસાર થઈ શકે છે, જે અનુરૂપ આઉટપુટ સિગ્નલોનું સુપરપોઝિશન આપે છે. આ સમસ્યાઓના કેટલાક વર્ગોમાં ક્લાસિકલ પર ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટિંગનો ફાયદો પૂરો પાડે છે, ઉદાહરણ તરીકે, ફેક્ટરાઇઝેશન સમસ્યામાં.

સાચું, અહીં એક સૂક્ષ્મતા છે: ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટર તેની ગણતરીઓ પૂર્ણ કર્યા પછી, તે જે સમસ્યાઓ હલ કરે છે તેના જવાબો પણ સુપરપોઝિશનની સ્થિતિમાં હશે. જલદી આપણે આ જવાબો શું છે તે શોધવાનો પ્રયત્ન કરીશું, અમને ફક્ત એક જ, અવ્યવસ્થિત રીતે પસંદ કરેલ જવાબ મળશે. પરંતુ ઘણી વખત ગણતરીઓ કર્યા પછી, અમે સંભવિતતાની વાજબી ડિગ્રી સાથે જવાબ વિશે વાત કરી શકીએ છીએ.

અમુક વર્ગોની સમસ્યાઓમાં ક્વોન્ટમ કોમ્પ્યુટરનો ક્લાસિકલ કરતાં ફાયદો છે. એક તરફ, આ તેની એપ્લિકેશનોને મર્યાદિત કરે છે અને સૂચવે છે કે તે અમારા ક્લાસિક વ્યક્તિગત કમ્પ્યુટરને બદલી શકશે નહીં. જો કે, આવી ધારણાઓ કરતી વખતે, તે યાદ રાખવું યોગ્ય છે કે કમ્પ્યુટર યુગની શરૂઆતમાં, વિશ્વને ફક્ત પાંચ કમ્પ્યુટર્સની જરૂરિયાતનો શ્રેય આપવામાં આવ્યો હતો.

વધુમાં, ક્વોન્ટમ કોમ્પ્યુટર ક્લાસિકલ કરતાં વધુ સારી રીતે હેન્ડલ કરી શકે તેવા કાર્યોનો વર્ગ સંકેતલિપી અને માહિતી સુરક્ષા વિશેના આધુનિક વિચારોને અનુસરે છે. તેથી ક્વોન્ટમ કોમ્પ્યુટરનો સંભવિત ઉદભવ પહેલાથી જ માહિતી ટેકનોલોજીના નિયમોમાં ફેરફાર કરી રહ્યો છે.

ડીકોહેરન્સ શું છે, કઈ પ્રક્રિયાઓ તેને પરિણમી શકે છે?

શાસ્ત્રીય ભૌતિકશાસ્ત્રમાં, ડીકોહેરેન્સની ઘટના પણ અસ્તિત્વમાં છે. ડીકોહેરેન્સ - સુસંગતતાનું ઉલ્લંઘન - સ્ત્રોતો વચ્ચેના સંબંધિત તબક્કાની સ્થિરતાના નુકશાન સાથે સંકળાયેલ સુસંગત ગુણધર્મોની અદ્રશ્યતા છે, જે, ઉદાહરણ તરીકે, આપણે ઉપર ચર્ચા કરેલી હસ્તક્ષેપ પેટર્નના વિનાશ તરફ દોરી જાય છે.

ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સમાં બધું વધુ જટિલ અને વધુ રસપ્રદ છે. ડીકોહેરેન્સ એ ક્વોન્ટમ સિસ્ટમની તેના પર્યાવરણ સાથેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા છે, જેમાં સિસ્ટમની ક્વોન્ટમ સ્થિતિ અનિયંત્રિત રીતે બદલાય છે. ક્વોન્ટમ માહિતી સિદ્ધાંતના દૃષ્ટિકોણથી, ડીકોહેરન્સ ક્વોન્ટમ સ્થિતિની સ્વતંત્રતાની ડિગ્રી અને પર્યાવરણની સ્વતંત્રતાની ડિગ્રી વચ્ચેના ગૂંચવણના ઉદભવને અનુરૂપ છે.

આ કિસ્સામાં, ક્વોન્ટમ ઑબ્જેક્ટ વિશેની માહિતીનો ભાગ પર્યાવરણમાં જાય છે, જ્યારે પર્યાવરણ વિશેની માહિતીનો ભાગ ક્વોન્ટમ સિસ્ટમમાં જાય છે. ડીકોહેરેન્સ એ હકીકતને કારણે થાય છે કે પર્યાવરણની સ્થિતિની અનિશ્ચિતતાની અંધાધૂંધી ક્વોન્ટમ સિસ્ટમની સ્થિતિમાં તૂટી જાય છે, તેને અનિયંત્રિત રીતે બદલીને.

ચાલો જંગના પ્રખ્યાત પ્રયોગના ઉદાહરણનો ઉપયોગ કરીને આને ધ્યાનમાં લઈએ: અમે "ક્વોન્ટમ મશીનગન" માંથી કણોને બે સ્લિટ્સ સાથે સ્ક્રીન પર શૂટ કરીશું. જો આપણે સ્ક્રીન પછી ઈલેક્ટ્રોન ડિટેક્ટર મૂકીશું, તો આપણને દખલગીરીની પેટર્ન દેખાશે. જંગના પ્રયોગમાં, જ્યારે કણ બેમાંથી કયા સ્લિટ્સમાંથી પસાર થાય છે તે વિશેની માહિતી પર્યાવરણમાં પ્રવેશે ત્યારે હસ્તક્ષેપ અદૃશ્ય થઈ જાય છે. આ એક ખાસ પ્રાયોગિક સેટઅપની હાજરી (ઉદાહરણ તરીકે, દરેક સ્લિટ્સને પ્રકાશિત કરતી "ફ્લેશલાઇટ્સ") અને પ્રયોગકર્તાઓ દ્વારા અનિયંત્રિત ઘટના બંનેને કારણે હોઈ શકે છે. એવું લાગે છે કે આ એક ચમત્કાર છે, પરંતુ ના - આ નિરીક્ષક સાથેની ક્વોન્ટમ સિસ્ટમની "ક્રિયાપ્રતિક્રિયા" છે.

જો આપણે ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સના દૃષ્ટિકોણથી મેક્રોસ્કોપિક સહિત તમામ પદાર્થોની વર્તણૂકને ધ્યાનમાં લઈએ, તો ડીકોહેરન્સ ચોક્કસ ક્વોન્ટમ ઑબ્જેક્ટ અને તેના પર્યાવરણ વચ્ચેના ગૂંચવણના ઉદભવને અનુરૂપ છે. ડીકોહેરન્સને લીધે, આપણે બિલાડીઓને એક જ સમયે વિરુદ્ધ દિશામાં દોડતા જોતા નથી.

કેવી રીતે નક્કી કરવું કે અસંગતતા આવી છે?

ડીકોહેરેન્સ શોધી શકાય છે, ઉદાહરણ તરીકે, દખલગીરી પેટર્નના અદ્રશ્ય થવાથી. આવો એક સરળ પ્રયોગ "વેલ્ચર વેગ" ("કઈ રીતે") છે. તેમાં, અમે આવશ્યકપણે ફક્ત બીમ સ્પ્લિટર પર ફોટોન મોકલીએ છીએ, જેના દ્વારા ફોટોન કાં તો પસાર થાય છે (ચાલો આને "પાથ 1" કહીએ) અથવા પ્રતિબિંબિત થાય છે (ચાલો આને "પાથ 2" કહીએ). પછી, મિરર્સનો ઉપયોગ કરીને, અમે બે પાથને બીજા બીમ સ્પ્લિટરમાં જોડીએ છીએ, જેના દરેક આઉટપુટમાં એક ફોટોન ડિટેક્ટર હોય છે.

ઉદાહરણ તરીકે, જો આ પ્રયોગમાં ઇન્ટરફેરોમીટર (એટલે ​​​​કે, પાથની લંબાઈ વચ્ચેનો સંબંધ) શરૂઆતમાં રૂપરેખાંકિત કરવામાં આવ્યો હતો જેથી કરીને તમામ ફોટોન આઉટપુટ બીમ સ્પ્લિટરની બે દિશાઓમાંથી એકમાં સખત રીતે બહાર નીકળી જાય. ડીકોહરન્સ દરમિયાન, એટલે કે. પાથ વચ્ચે સુસંગત સુપરપોઝિશનની સ્થિતિનો વિનાશ, તેઓ દરેક બે દિશામાં 1/2 સંભાવના સાથે બહાર નીકળી જશે.

ધારો કે ક્વોન્ટમ કોમ્પ્યુટર ચોક્કસ ઓપરેશન કરી રહ્યું હતું અને ડીકોહેરેન્સ (ઉદાહરણ તરીકે, શોરના અલ્ગોરિધમના અમલીકરણની મધ્યમાં, અથવા કેટલીક સરળ કામગીરી) આવી. ગણતરીનું પરિણામ શું આવશે, તે સંપૂર્ણ સુસંગત ક્યુબિટ્સ પરની ગણતરીથી કેવી રીતે અલગ હશે?

ડીકોહેરેન્સ આઉટપુટ ક્વોન્ટમ રજિસ્ટરમાં વિકૃત ગણતરી પરિણામ તરફ દોરી જશે (જે રનથી રનમાં પણ બદલાઈ શકે છે). ઉદાહરણ તરીકે, નંબર 15 માટે અમલીકરણના પરિણામે, અમે સતત 3 અને 5 પ્રાપ્ત કરીશું નહીં, પરંતુ કેટલીક સંભાવના સાથે 3 અને 5, અને કેટલીક સંભાવના સાથે તમામ પ્રકારના અન્ય પરિણામો (2 અને 4, 3 અને 6, વગેરે. )

અસંગતતા સાથે કેવી રીતે વ્યવહાર કરવો? શું તમે કોઈ ઉદાહરણ આપી શકો છો? શું મલ્ટિક્વિટ સિસ્ટમ્સમાં સુસંગતતા જાળવવી વધુ મુશ્કેલ છે?

અસંગતતાનો સામનો કરવા માટે, પર્યાવરણીય નિયંત્રણની જરૂર છે, કારણ કે સહેજ પર્યાવરણીય પ્રભાવ પણ અસંગતતા તરફ દોરી શકે છે. આમ, ક્વોન્ટમ સુપરપોઝિશનનો અભ્યાસ કરવા માટે, તેમને પર્યાવરણથી કાળજીપૂર્વક અલગ કરવા જરૂરી છે.

રસપ્રદ રીતે, પછીના સંજોગોએ ક્વોન્ટમ સેન્સરની વિભાવનાને જન્મ આપ્યો: કારણ કે ક્વોન્ટમ સ્ટેટ્સ બાહ્ય પ્રભાવો માટે ખૂબ સંવેદનશીલ હોય છે, તેનો અર્થ એ છે કે તેનો ઉપયોગ અતિસંવેદનશીલ માપન કરવા માટે થઈ શકે છે. તાજેતરમાં, એનવી કેન્દ્રો પર ક્વોન્ટમ સેન્સરનો ઉપયોગ કરીને વ્યક્તિગત ચેતાકોષમાંથી સિગ્નલ માપવામાં આવ્યું હતું.

વ્યવહારમાં, પર્યાવરણીય પરિમાણોમાં ધીમે ધીમે બદલાતી વધઘટ માટે નીચા તાપમાન અને વિવિધ વળતર યોજનાઓનો ઉપયોગ અસંગતતાનો સામનો કરવા માટે થાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, વૈજ્ઞાનિકોએ "સ્પિન ઇકો" (નીચે તેના પર વધુ) સાથે પ્રયોગોમાં ડીકોહેરન્સ રિવર્સ કરવાનું શીખ્યા છે.

મલ્ટિક્વિટ સિસ્ટમ્સમાં, ક્યુબિટ્સને એકબીજાને "સાંભળવા" અને એકબીજા સાથે "વાત" કરવાની જરૂરિયાતને સંતુલિત કરવી વધુ મુશ્કેલ છે, અને તે જ સમયે તેમની આસપાસના "સાંભળવા" નહીં. આ માટે કોઈ મૂળભૂત ભૌતિક મર્યાદાઓ નથી, પરંતુ આવી સમસ્યાને ઉકેલવાના માર્ગમાં સંખ્યાબંધ તકનીકી મુશ્કેલીઓ છે.

આધુનિક ક્યુબિટ્સમાં સુસંગતતા કેટલો સમય ચાલે છે?

તાજેતરમાં, યુનિવર્સિટી ઓફ મેરીલેન્ડના વૈજ્ઞાનિકોએ ઈલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ટ્રેપ્સ (તેના વિશે N+1)માં યટરબિયમ આયન પર આધારિત પાંચ ક્યુબિટ્સનું ઉપકરણ બનાવ્યું છે. ખાસ કરીને, આ કાર્યમાં, જે સૌથી તાજેતરનું છે, આ સમય સેકંડના ક્રમ પર છે.

આ મૂલ્ય ક્વોન્ટમ કોમ્પ્યુટરના ખ્યાલની જરૂરિયાતોને કેવી રીતે પૂર્ણ કરે છે?

તે જરૂરી છે કે સુસંગતતા સમય તે સમય કરતાં વધી જાય જે દરમિયાન ભૂલની ગણતરી અને સુધારણા થાય છે. આમ, પ્રાપ્ય સુસંગતતા સમય ગણતરીઓ હાથ ધરવા માટે પૂરતો છે. જો કે, સંપૂર્ણ અને સાર્વત્રિક ક્વોન્ટમ કોમ્પ્યુટર બનાવવા માટે આ હજી પૂરતું નથી, કારણ કે આ માટે લાંબા ગાળાની મેમરી અને અન્ય ઘટકોની જરૂર છે જેમાં સુસંગતતા સમય લાંબો હોવો જોઈએ. અન્ય રસપ્રદ અભિગમ ટોપોલોજીકલ ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટિંગ વિકસાવવાનો છે, જે ભૂલ-સહિષ્ણુ છે.

ડીકોહેરન્સ અને વેવ ફંક્શન કોલેપ્સ વચ્ચે શું સંબંધ છે? શું તેઓ એક જ વસ્તુ વિશે વાત કરે છે?

આ "ગુડ કોપ" અને "બેડ કોપ" છે.

આ બંને પ્રક્રિયાઓનો સાર એ પર્યાવરણમાં ક્વોન્ટમ સિસ્ટમની સ્થિતિ વિશેની માહિતીનું લિકેજ છે. જ્યારે લોકો ડીકોહેરન્સ વિશે વાત કરે છે, ત્યારે પ્રક્રિયા પ્રમાણમાં સરળ અને સમય જતાં વિસ્તૃત જણાય છે - જેમ કે એક સારા પોલીસમેનની પૂછપરછ. પતનના કિસ્સામાં, તે લગભગ તાત્કાલિક અને તીવ્ર હોવાનો અર્થ છે - દુષ્ટ કોપને તરત જ જવાબોની જરૂર છે. અને આપણી ક્વોન્ટમ સિસ્ટમ સાથે આગળ શું થાય છે તેનાથી કોઈ ફરક પડતો નથી.

તેઓ ઘણીવાર માપનની ક્ષણે વેવ ફંક્શનના પતન વિશે વાત કરે છે, જો કે વાસ્તવમાં માપ એ ડીકોહેરન્સનું એક વ્યવસ્થિત સંસ્કરણ છે, જેમાં પર્યાવરણની ભૂમિકા માપન ઉપકરણ દ્વારા લેવામાં આવે છે જે ક્વોન્ટમ સિસ્ટમ વિશેની માહિતીને પ્રસારિત કરે છે. મેક્રોસ્કોપિક સ્તર (પ્રમાણમાં કહીએ તો, સોયના વિચલન માટે). એવું પણ કહી શકાય કે વેવ ફંક્શનનું પતન એ ડીકોહેરેન્સના મર્યાદિત કેસને રજૂ કરે છે.

શું ડીકોહેરન્સને થોડું તોડવું અને પછી તેને તેના સ્થાને પરત કરવું શક્ય છે?

ડીકોહેરન્સ પ્રક્રિયાની પ્રકૃતિના આધારે, તે સ્પષ્ટ છે કે ડીકોહેરેન્સને રિવર્સ કરવા માટે ક્વોન્ટમ સિસ્ટમ વિશે પર્યાવરણને જાણીતી માહિતીને ક્વોન્ટમ સિસ્ટમમાં પરત કરવી જરૂરી છે, એટલે કે. મેક્રોસ્કોપિક પર્યાવરણને તેને "ભૂલી" જવાની જરૂર છે. સામાન્ય રીતે, આ ખૂબ જ મુશ્કેલ છે, કારણ કે માહિતી લિકેજની પ્રક્રિયા એ હકીકતને કારણે ઉલટાવી ન શકાય તેવી છે કે ત્યાં સ્વતંત્રતાની ઘણી બધી ડિગ્રી છે જેમાં આ માહિતી સંગ્રહિત કરી શકાય છે, અને તે બધા ઝડપથી તેની વચ્ચે વિનિમય કરે છે. તેથી, દરેક વસ્તુને તેના સ્થાને પરત કરવા માટે, તમારે પર્યાવરણને સારી રીતે નિયંત્રિત કરવાની જરૂર છે. સામાન્ય રીતે, બધું લોકો સાથે જેવું છે.

જો કે, સૈદ્ધાંતિક રીતે, ડિકોહેરેન્સને રિવર્સ કરવાની યુક્તિ શક્ય છે, ઉદાહરણ તરીકે, "સ્પિન ઇકો" નામના પ્રયોગમાં. તેનો સાર એ છે કે ક્વોન્ટમ સિસ્ટમના ઉત્ક્રાંતિનો સમય (ઉદાહરણ તરીકે, પરમાણુ સ્પિન) બાહ્ય પરિસ્થિતિઓ (ચુંબકીય ક્ષેત્ર) માં લાક્ષણિક ફેરફારોના સમય કરતાં ઘણો ઓછો હતો. કામગીરીના વિશિષ્ટ ક્રમનો ઉપયોગ કરીને, ક્વોન્ટમ સિસ્ટમ વિશે માહિતી લિકેજની પ્રક્રિયાને ઉલટાવી શકાય છે.

વ્લાદિમીર કોરોલેવ અને આન્દ્રે કોન્યાયેવ દ્વારા તૈયાર

ભૌતિકશાસ્ત્રીઓએ વિશ્વના નિયમોનું વર્ણન કરવા માટે ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ બનાવ્યું જેમાં માઇક્રો-ઓબ્જેક્ટ્સ રહે છે. પરંતુ આ કાયદા એટલા રહસ્યમય અને વિરોધાભાસી નીકળ્યા કે વૈજ્ઞાનિકો હજુ પણ તેમના કેટલાક પાસાઓને સમજી રહ્યા છે. આર્ટીઓમ કોર્ઝિમાનોવ, ભૌતિક અને ગાણિતિક વિજ્ઞાનના ઉમેદવાર, રશિયન એકેડેમી ઑફ સાયન્સિસના એપ્લાઇડ ફિઝિક્સના સંસ્થાના વરિષ્ઠ સંશોધક અને લોકપ્રિય વિજ્ઞાન બ્લોગના લેખક, ક્વોન્ટમ સુપરપોઝિશનની ઘટનાના અભ્યાસ માટે સમર્પિત તાજેતરના કાર્ય વિશે વાત કરે છે.

ક્વોન્ટમ સુપરપોઝિશન - ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સનો આધાર

ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ, જે 20મી સદીની શરૂઆતમાં ઉદ્દભવ્યું હતું અને 1930માં પરિપક્વ થયું હતું, તે હવે સારી રીતે ચકાસાયેલ અને અત્યંત સફળ ભૌતિક સિદ્ધાંત છે. આપણી સંસ્કૃતિ તકનીકી સિદ્ધિઓ વિના અકલ્પ્ય છે જે તેના દેખાવને આભારી છે. તે ઉલ્લેખ કરવા માટે પૂરતું છે કે જે કમ્પ્યુટર, લેપટોપ અથવા સ્માર્ટફોન સાથે તમે આ લખાણ વાંચી રહ્યા છો, જો ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ ન હોત તો તે ક્યારેય બનાવવામાં આવ્યું ન હોત.

જોકે, વૈજ્ઞાનિકોએ આ સિદ્ધિઓ માટે ભારે કિંમત ચૂકવવી પડી છે, કારણ કે ક્વોન્ટમ થિયરીના સિદ્ધાંતો આપણા અંતઃપ્રેરણાથી એટલા વિરુદ્ધ છે કે માનવજાતના સૌથી મજબૂત મનોએ પણ તેમને કોઈ પણ અર્થઘટન આપવાના પ્રયાસમાં સફેદ ધ્વજ ફેંકી દીધો છે. રિચાર્ડ ફેનમેન અથવા ડેવિડ મર્મિનને આભારી વાક્યમાંથી: "ચુપ રહો અને ગણતરી કરો!"

આવા એક વિરોધાભાસી સિદ્ધાંત ક્વોન્ટમ સુપરપોઝિશનનો સિદ્ધાંત છે. સામાન્ય રીતે, આપણે બધા સુપરપોઝિશનના સિદ્ધાંતથી ખૂબ જ પરિચિત છીએ, જો કે આપણે તેને રોજિંદા જીવનમાં કહી શકીએ નહીં. સામાન્ય રીતે, સુપરપોઝિશનને એક સરળ અવલોકન તરીકે સમજવામાં આવે છે: જો એક ક્રિયા એક પરિણામ તરફ દોરી જાય છે, અને બીજી ક્રિયા બીજા તરફ દોરી જાય છે, તો તેમની સંયુક્ત ક્રિયા બંને પરિણામો ઉત્પન્ન કરશે. ઉદાહરણ તરીકે, જો તમે એક સફરજન ખરીદો અને તમારો મિત્ર એક સફરજન ખરીદે, તો તમે એકસાથે બે સફરજન ખરીદશો. સુપરપોઝિશનનો સિદ્ધાંત, અલબત્ત, હંમેશા પરિપૂર્ણ થતો નથી: જો સ્ટોરમાં વેચાણ માટે ફક્ત એક જ સફરજન બાકી હોય, તો તમે અને તમારા મિત્ર ક્યારેય બે સફરજન ખરીદશો નહીં, જો કે તમે એક સફરજન અલગથી ખરીદી શકો છો.

ક્વોન્ટમ સુપરપોઝિશન, જોકે, ક્લાસિકલ સુપરપોઝિશનથી નોંધપાત્ર રીતે અલગ છે. ક્વોન્ટમ થિયરીમાં આપણે ક્રિયાઓની નહીં, પણ અવસ્થાઓની સુપરપોઝિશન વિશે વાત કરી રહ્યા છીએ. ઉદાહરણ તરીકે, જો તમારી પાસે બે બોક્સ હોય, તો પછી ઇલેક્ટ્રોન તેમાંથી એક અથવા બીજામાં હોઈ શકે છે, પરંતુ તે પણ તારણ આપે છે કે તે આ બે અવસ્થાઓની સુપરપોઝિશનમાં હોઈ શકે છે - એટલે કે, એક અર્થમાં, બંને બૉક્સમાં તે જ સમયે આ હકીકત, જે આપણા બધા રોજિંદા અનુભવોનો વિરોધાભાસ કરે છે, તે માત્ર ઇલેક્ટ્રોન સાથે જ નહીં, પણ મોટા પદાર્થો સાથે, તદ્દન મેક્રોસ્કોપિક સુપરકન્ડક્ટિંગ ધાતુના રિંગ્સ સાથે પણ વારંવાર પુષ્ટિ કરવામાં આવી છે, જેમાં વર્તમાન ઘડિયાળની દિશામાં અને કાઉન્ટરક્લોકવાઇઝ બંને તરફ વહે છે.

ડબલ-સ્લિટ પ્રયોગ

ક્વોન્ટમ સુપરપોઝિશનની ઘટનાને દર્શાવતું ઉત્તમ ઉદાહરણ ડબલ-સ્લિટ પ્રયોગ છે. આ પ્રયોગ ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સની સમજ માટે એટલો મહત્વપૂર્ણ છે કે પ્રખ્યાત ભૌતિકશાસ્ત્રી રિચાર્ડ ફેનમેન, ભૌતિકશાસ્ત્ર પરના તેમના સમાન પ્રસિદ્ધ ફેનમેન લેક્ચર્સમાં, તેને એક અસાધારણ ઘટના કહે છે "જે શાસ્ત્રીય રીતે સમજાવવું અશક્ય છે, એકદમ, એકદમ અશક્ય છે. આ ઘટનામાં ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સનો ખૂબ જ સાર છે."

અનુભવનો સાર પ્રમાણમાં સરળ છે. કણોનો સ્ત્રોત રહેવા દો - આ પ્રકાશના કણો, ફોટોન, ઇલેક્ટ્રોન, અણુઓ હોઈ શકે છે અને તાજેતરમાં પરમાણુઓ માટે એક પ્રયોગ હાથ ધરવામાં આવ્યો હતો - અને આ સ્ત્રોત કણો માટે અપારદર્શક પ્લેટને પ્રકાશિત કરે છે. પ્લેટમાં બે પાતળા સ્લિટ્સ બનાવવામાં આવે છે, અને તેની પાછળ એક સ્ક્રીન છે જેના પર આવતા કણો નિશાન છોડે છે. જો આપણે એક સ્લિટ બંધ કરીએ, તો આપણે બીજી સ્લિટની સામે સ્ક્રીન પર વધુ કે ઓછી પાતળી પટ્ટી જોશું. જો આપણે બીજી સ્લિટ બંધ કરીએ અને પ્રથમ ખોલીએ, તો પરિણામ એ જ આવશે, પરંતુ પટ્ટા પ્રથમ સ્લિટની વિરુદ્ધ દેખાશે. પ્રશ્ન એ છે કે જો બંને સ્લિટ્સ એક જ સમયે ખોલવામાં આવે તો શું થશે?

રોજિંદા અંતર્જ્ઞાન સૂચવે છે કે આ કિસ્સામાં આપણે સ્ક્રીન પર ફક્ત બે પટ્ટાઓ જોશું. અથવા, જો સ્લિટ્સ એકબીજાની પર્યાપ્ત નજીક સ્થિત હોય, તો એક જાડી પટ્ટી, દરેક સ્લિટ્સમાંથી ફક્ત સુપરઇમ્પોઝિંગ સ્ટ્રિપ્સ દ્વારા મેળવવામાં આવે છે. જો કે, થોમસ યંગ, જેણે 19મી સદીની શરૂઆતમાં આ પ્રયોગ હાથ ધર્યો હતો, તે સંપૂર્ણપણે અલગ ચિત્ર જોઈને આશ્ચર્યચકિત થઈ ગયો હતો. સ્ક્રીન પર ઘણી બધી પટ્ટાઓ સ્પષ્ટ દેખાતી હતી, જેની જાડાઈ શરૂઆતમાં મળેલી પટ્ટાઓની જાડાઈ કરતાં ઓછી હતી. હવે આપણે આને હસ્તક્ષેપ પેટર્ન કહીએ છીએ, અને અસરને જ ડબલ-સ્લિટ હસ્તક્ષેપ કહેવામાં આવે છે.

થોમસ યંગે, જોકે, વ્યક્તિગત કણો સાથે કામ કર્યું ન હતું, પરંતુ તેમાંથી મોટી સંખ્યામાં - તેજસ્વી પ્રકાશ સ્ત્રોત સાથે. તેથી, તેમ છતાં તેમના અવલોકનો સાબિત કરે છે કે પ્રકાશ એક તરંગ છે, તેઓએ વિશ્વ દૃષ્ટિકોણમાં સાચી ક્રાંતિ પેદા કરી નથી. વૈજ્ઞાનિકોએ પ્રકાશને ફક્ત તરંગો તરીકે વર્ણવવાનું શરૂ કર્યું. પરંતુ તરંગો માટે, દખલગીરીની ઘટના કુદરતી છે. પાણીમાં બે કાંકરા ફેંકો અને તમે જોશો કે વર્તુળો તેમાંથી અલગ થઈને, છેદે છે, એક જટિલ પેટર્ન બનાવે છે, જે દખલગીરીની પેટર્ન હશે.

ક્રાંતિ 20મી સદીની શરૂઆતમાં થઈ હતી. પ્રથમ, મેક્સ પ્લાન્ક અને આલ્બર્ટ આઈન્સ્ટાઈનના સૈદ્ધાંતિક કાર્યોમાં, પૂર્વધારણા રજૂ કરવામાં આવી હતી કે પ્રકાશમાં કણોનો સમાવેશ થાય છે, અને પછી બ્રિટીશ ભૌતિકશાસ્ત્રી જ્યોફ્રી ઈન્ગ્રામ ટેલર યંગના પ્રયોગને પુનરાવર્તિત કરવામાં વ્યવસ્થાપિત થયા, પરંતુ આવા નબળા પ્રકાશ સ્ત્રોત સાથે કે વ્યક્તિગત ફોટોનનું આગમન. સ્ક્રીન પર શોધી શકાય છે. તે જ સમયે, મોટી સંખ્યામાં ફોટોનના આગમન પછી પ્રાપ્ત થયેલ હસ્તક્ષેપ પેટર્ન યંગની જેમ જ રહી. આમ, તે બહાર આવ્યું કે પ્રકાશમાં કણો હોય તેવું લાગે છે, પરંતુ આ કણો તરંગોની જેમ વર્તે છે.

પરિસ્થિતિ એ હકીકત દ્વારા વધુ જટિલ હતી કે ઇલેક્ટ્રોન માટે સમાન અસરની આગાહી કરવામાં આવી હતી - કણો કે જેમાંથી તરંગ ગુણધર્મો અને દખલગીરીની ઘટના ચોક્કસપણે અપેક્ષિત ન હતી. અને તેમ છતાં ઇલેક્ટ્રોન માટે યંગના પ્રયોગનું એનાલોગ ફક્ત 1961 માં જર્મન ભૌતિકશાસ્ત્રી ક્લાઉસ જોન્સન દ્વારા હાથ ધરવામાં આવ્યું હતું, 1920 ના દાયકામાં અન્ય પદ્ધતિઓ દ્વારા તેમનામાં તરંગ ગુણધર્મોની હાજરી સાબિત થઈ હતી.

ઉદભવેલા વિરોધાભાસને ઉકેલવા માટે, જેને તરંગ-કણ દ્વૈત કહેવામાં આવે છે, વૈજ્ઞાનિકોએ એવું માનવું પડ્યું કે દરેક કણ ચોક્કસ તરંગને અનુરૂપ છે - તેને વેવ ફંક્શન કહેવામાં આવે છે - જે કણ કઈ સ્થિતિમાં છે તેના પર આધાર રાખે છે. ઉદાહરણ તરીકે, જો કોઈ કણ એક સ્લિટમાંથી પસાર થાય છે, તો આ એક અવસ્થા છે અને તેની પાસે એક તરંગ કાર્ય છે, અને જો કોઈ કણ બીજા સ્લિટમાંથી પસાર થાય છે, તો તે એક અલગ સ્થિતિમાં છે અને તે અલગ તરંગ કાર્ય ધરાવે છે. ક્વોન્ટમ સુપરપોઝિશનનો સિદ્ધાંત જણાવે છે કે બે ખુલ્લા સ્લિટ્સ સાથે, કણ પ્રથમ અને બીજી સ્થિતિની સુપરપોઝિશનની સ્થિતિમાં છે અને તે મુજબ તેનું વેવ ફંક્શન બે વેવ ફંક્શનનો સરવાળો છે. આ રકમ હસ્તક્ષેપ પેટર્નના દેખાવ તરફ દોરી જાય છે. આ અર્થમાં, કણ એક જ સમયે બંને સ્લિટ્સમાંથી પસાર થવાનું કહેવાય છે, કારણ કે જો તે તેમાંથી માત્ર એકમાંથી પસાર થાય છે, તો પછી કોઈ દખલગીરી પેટર્ન હશે નહીં.

આશ્ચર્યજનક રીતે, ક્વોન્ટમ ભૌતિકશાસ્ત્રમાં ડબલ-સ્લિટ પ્રયોગની ભૂમિકા હોવા છતાં, ઘણા વૈજ્ઞાનિકો તેને સંપૂર્ણપણે યોગ્ય રીતે સમજી શકતા નથી. વધુમાં, આ ખોટું સમજૂતી ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ પરના મોટાભાગના પાઠ્યપુસ્તકોમાં હાજર છે. હકીકત એ છે કે આ પ્રયોગમાં સુપરપોઝિશનની ઘટના સામાન્ય રીતે નીચે મુજબ સમજાવવામાં આવે છે: રાજ્યનું તરંગ કાર્ય કે જેમાં ઇલેક્ટ્રોન બે સ્લિટ્સમાંથી પસાર થાય છે તે સ્થિત છે, તે રાજ્યોના તરંગ કાર્યોનો સરવાળો છે જેમાં તે હશે જો એક ચીરો બંધ હતો. જો કે, આ સમજૂતી એ ધ્યાનમાં લેતી નથી કે બીજી સ્લિટ ખોલીને, આપણે પ્રથમમાંથી ઇલેક્ટ્રોન પસાર થવાની રીત બદલી શકીએ છીએ. સફરજન સાથેના ઉદાહરણ પર પાછા ફરો, કલ્પના કરો કે તમે મિત્ર પાસેથી ઉછીના લીધેલા પૈસાથી એક સફરજન ખરીદો છો, તો પછી બે સફરજન ખરીદવું એટલું સરળ નહીં થાય જેટલું તમારામાંથી એક સફરજન ખરીદે છે, કારણ કે કુલ પૈસા તમારા માટે પૂરતા નથી. .

થ્રી-સ્લિટ પ્રયોગ: સિદ્ધાંત

જ્યારે એક કરતાં વધુ સ્લિટ ખુલ્લી હોય ત્યારે શું થાય છે તેનો સાર પ્રયોગના ઉદાહરણનો ઉપયોગ કરીને સમજાવવું સરળ છે જેમાં બીજી સ્લિટ ઉમેરવામાં આવે છે. વધુમાં, તે જ રિચાર્ડ ફેનમેન દ્વારા શોધાયેલ ક્વોન્ટમ ભૌતિકશાસ્ત્રના વૈકલ્પિક વર્ણન તરફ આગળ વધવું અનુકૂળ છે. 1940 ના દાયકાના અંતમાં, તેમણે બતાવ્યું કે તે સમયે પહેલેથી જ સારી રીતે વિકસિત ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સના તમામ પરિણામો, કોઈપણ તરંગ કાર્યોની રજૂઆત કર્યા વિના મેળવી શકાય છે, પરંતુ ધારીને કે એક કણ એક બિંદુથી બીજા સ્થાને તમામ સંભવિત માર્ગો સાથે આગળ વધે છે. એકવાર, પરંતુ દરેક માર્ગનું "વજન", એટલે કે, અંતિમ પરિણામમાં તેનું યોગદાન અલગ છે અને વિશેષ નિયમો અનુસાર નિર્ધારિત છે.

શાસ્ત્રીયની નજીકના માર્ગો સૌથી વધુ વજન ધરાવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, બે સ્લિટ્સના કિસ્સામાં, નીચેની આકૃતિમાં આવા માર્ગો લીલા રંગમાં બતાવવામાં આવ્યા છે.

પરંતુ અન્ય ઘણા માર્ગો પણ ફાળો આપે છે, અને આવા વિચિત્ર પણ, જેમાં કણ પાછળના માર્ગનો ભાગ ખસે છે અને આગળ નહીં. તેમાંથી એવા પણ છે કે જેઓ એક સ્લિટમાં પ્રવેશ્યા પછી બીજામાંથી પસાર થાય છે અને ત્રીજામાંથી બહાર નીકળે છે, જેમ કે નીચેની આકૃતિમાં જાંબલીમાં બતાવ્યા પ્રમાણે.

તે આવા બિન-શાસ્ત્રીય માર્ગની હાજરી છે જે એ હકીકત તરફ દોરી જાય છે કે ત્રણ સ્લિટ્સમાંથી પસાર થયા પછી કણની સ્થિતિ અન્ય બે બંધ સાથે અલગથી તેમાંથી દરેકમાંથી પસાર થવાની સ્થિતિના સાદા સરવાળા સમાન નથી. તફાવત, અલબત્ત, સામાન્ય રીતે નાનો હોય છે, પરંતુ, પ્રથમ, જો તમને કેટલીક નબળી અસરોમાં રસ હોય તો તે નોંધપાત્ર હોઈ શકે છે, અને બીજું, તેને વિશેષ યુક્તિઓનો આશરો લઈને મજબૂત કરી શકાય છે.

ડબલ-સ્લિટ પ્રયોગ માટે સુપરપોઝિશન સિદ્ધાંતની સામાન્ય સમજૂતીની અયોગ્યતાને દર્શાવનાર સૌપ્રથમ, દેખીતી રીતે, 1986 માં જાપાની ભૌતિકશાસ્ત્રી એચ. યાબુકી હતા, પરંતુ તેમના કાર્ય પર લાંબા સમય સુધી કોઈનું ધ્યાન ગયું ન હતું. આ વિષયમાં આધુનિક રસ પ્રતિષ્ઠિત જર્નલ ફિઝિકલ રિવ્યુ A માં પ્રકાશિત થયેલા 2012 ના પેપર દ્વારા પુનઃજીવિત કરવામાં આવ્યો હતો. તેમાં, લેખકોએ ઉદાહરણ તરીકે ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગોનો ઉપયોગ કરીને ત્રણ સ્લિટ્સ પર ક્લાસિકલ તરંગ દખલના કેસની તપાસ કરી હતી. મેક્સવેલના સમીકરણોના સીધા આંકડાકીય સિમ્યુલેશન દ્વારા, આ ક્ષેત્ર માટે મૂળભૂત, તેઓએ દર્શાવ્યું કે સાચા જવાબ અને સુપરપોઝિશન સિદ્ધાંતના ખોટા અર્થઘટન દ્વારા મેળવેલા જવાબ વચ્ચેનો તફાવત વાસ્તવિક પરિસ્થિતિઓમાં લગભગ 0.5% છે. અને જો કે આ મૂલ્ય નાનું છે, અને તેને પ્રાયોગિક રીતે માપવાનું હજી શક્ય નથી, અસર પોતે નિર્વિવાદ છે.

પરંતુ તેમ છતાં, વૈજ્ઞાનિકો આ હકીકતને પ્રાયોગિક ધોરણે તપાસવા માંગે છે, તેથી 2014 અને 2015 માં, ભારતના મહિલા ભૌતિકશાસ્ત્રી ઉરબસી સિન્હાની આગેવાની હેઠળના વૈજ્ઞાનિકોના સમાન જૂથે ભૌતિક સમીક્ષા લેટર્સ અને સાયન્ટિફિક રિપોર્ટ્સમાં બે લેખો પ્રકાશિત કર્યા હતા, જેમાં તેઓએ તપાસ કરી હતી. ત્રણ સ્લિટ્સ દ્વારા કણોના પેસેજની વિગતવાર ક્વોન્ટમ થિયરી અને બતાવ્યું કે સાચા પરિણામ અને ખોટા અર્થઘટનની આગાહી વચ્ચેની વિસંગતતાની અસર નોંધપાત્ર રીતે વધારી શકાય છે જો માપ ઓપ્ટિકલ શ્રેણીમાં ન હોય તો ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગો સાથે હાથ ધરવામાં આવે, તે પ્રકાશ સાથે છે, પરંતુ માઇક્રોવેવ શ્રેણીમાં - આવા તરંગોનો ઉપયોગ થાય છે, ઉદાહરણ તરીકે, ખોરાકને ગરમ કરવા માટે ઘરના માઇક્રોવેવ ઓવનમાં.

ત્રણ ચીરો પ્રયોગ: પ્રેક્ટિસ

ઉરબસી સિંહાએ 2014ના એક લેખ પર ટિપ્પણી કરતાં દાવો કર્યો હતો કે તેમના જૂથે માઇક્રોવેવ્સ સાથે પ્રયોગ કરવાનું શરૂ કરી દીધું છે, પરંતુ તેમના પરિણામો હજી પ્રકાશિત થયા નથી. પરંતુ તાજેતરમાં જ પ્રખ્યાત ભૌતિકશાસ્ત્રી રોબર્ટ બોયડની આગેવાની હેઠળના વૈજ્ઞાનિકોના અન્ય જૂથ દ્વારા એક લેખ પ્રકાશિત કરવામાં આવ્યો હતો (તે પ્રખ્યાત છે, ઉદાહરણ તરીકે, "ધીમા" પ્રકાશ સાથે પ્રયોગ હાથ ધરનાર પ્રથમ વ્યક્તિ તરીકે). આ લેખ નેચર કોમ્યુનિકેશન્સમાં પ્રકાશિત થયો હતો અને પ્રાયોગિક રીતે ચર્ચા કરેલી અસર દર્શાવી હતી. સાચું, આ પ્રયોગનો વિચાર અલગ હતો.

રોબર્ટ બોયડ અને તેના સાથીઓએ કહેવાતા પ્લાઝમોન્સના ઉપયોગ દ્વારા સ્લિટ્સ સાથે પ્લેટની નજીક બિન-શાસ્ત્રીય માર્ગનું "વજન" વધારવાનો પ્રસ્તાવ મૂક્યો. પ્લાઝમોન્સ એ "ટીથર પરના ફોટોન" જેવું કંઈક છે જે ફક્ત ધાતુની સપાટી સાથે એક ચીરાથી બીજી તરફ દોડી શકે છે. આ હેતુ માટે, સ્લિટ્સ સાથેની પ્લેટ સોનાની બનેલી હતી. સોનું એક ઉત્તમ વાહક છે, તેથી તે ખાસ કરીને મજબૂત પ્લાઝમોન્સ બનાવે છે.

પ્રયોગમાં, પ્રકાશ સ્ત્રોતે ત્રણ સ્લિટ્સમાંથી માત્ર એક જ ઇરેડિયેટ કર્યું. તદુપરાંત, જો અન્ય બે બંધ હોય, તો ખુલ્લી ચીરોની વિરુદ્ધ સહેજ અસ્પષ્ટ પટ્ટાનું લાક્ષણિક ચિત્ર જોવા મળ્યું હતું. પરંતુ જ્યારે અન્ય બે સ્લિટ્સ ખોલવામાં આવી ત્યારે, ચિત્ર ધરમૂળથી અલગ હતું: એક લાક્ષણિક હસ્તક્ષેપ પેટર્ન ઘણી સાંકડી પટ્ટાઓ સાથે દેખાય છે.

સ્ક્રીન પરની છબીઓની સરખામણી જ્યારે ત્રણમાંથી બે સ્લિટ્સ બંધ હોય (ડાબે) અને જ્યારે ત્રણેય સ્લિટ્સ ખુલ્લા હોય (જમણે). O. S. Magana-Loaiza et al., Nat. કોમ્યુન. 7, 13987 (2016)

આ બધી સૂક્ષ્મતા શા માટે જરૂરી છે?

શું આ અભ્યાસોની કોઈ વ્યવહારિક અસરો હોઈ શકે છે? ઉલ્લેખિત કૃતિઓના લેખકો એવી આશા રાખે છે. ક્વોન્ટમ સુપરપોઝિશનની ઘટનાનો વ્યાપકપણે કહેવાતા ક્વોન્ટમ કમ્યુનિકેશન માટે ઉપયોગ થાય છે. ક્વોન્ટમ ક્રિપ્ટોગ્રાફી, ઉદાહરણ તરીકે, તેના પર આધારિત છે. તે સુપરપોઝિશનની ઘટના છે જે પરંપરાગત ઇલેક્ટ્રોનિક્સ પર આધારિત કમ્પ્યુટર્સ પર ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટર્સને નિર્વિવાદ ફાયદા આપે છે. તેથી, આ દિશાઓમાં, ક્વોન્ટમ સુપરપોઝિશન કેવી રીતે કાર્ય કરે છે તેની ચોક્કસ સમજ અત્યંત મહત્વપૂર્ણ છે. અને તેથી જ અમે આશા રાખી શકીએ છીએ કે ટ્રિપલ-સ્લિટ હસ્તક્ષેપમાં સંશોધન અમને ક્વોન્ટમ ઉપકરણોના સંચાલન માટે નવા, વધુ કાર્યક્ષમ પ્રોટોકોલ્સ સાથે આવવામાં મદદ કરશે.

આર્ટીઓમ કોર્ઝિમાનોવ

ક્વોન્ટમ જાદુ ડોરોનિન સેર્ગેઈ ઇવાનોવિચ

2.4. રાજ્યોની સુપરપોઝિશન

2.4. રાજ્યોની સુપરપોઝિશન

આપણી આસપાસના વિશ્વમાં "અકુદરતી" (શાસ્ત્રીય દૃષ્ટિકોણથી) ની હાજરી જણાવે છે, ભૌતિક પ્રયોગો દ્વારા તેમના અસ્તિત્વની ઉદ્દેશ્યની પુષ્ટિ કરવામાં આવી છે, અને આ હકીકત ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સના સૌથી મૂળભૂત સિદ્ધાંતોમાંથી એકનું સીધુ પરિણામ છે. - રાજ્યોની સુપરપોઝિશનનો સિદ્ધાંત. અથવા બીજી રીતે કહેવું વધુ સારું છે: પ્રકૃતિની આ સહજ ગુણધર્મ ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સના મૂળભૂત સૈદ્ધાંતિક સિદ્ધાંતમાં પ્રતિબિંબિત થાય છે. તે નીચે પ્રમાણે ઘડી શકાય છે.

રાજ્યોની સુપરપોઝિશનનો સિદ્ધાંત : જો સિસ્ટમ વિવિધ રાજ્યોમાં હોઈ શકે છે, તો તે આ સમૂહમાંથી બે અથવા વધુ રાજ્યોના એક સાથે "સુપરપોઝિશન" ના પરિણામે પ્રાપ્ત થયેલા રાજ્યોમાં રહેવા માટે સક્ષમ છે.

ક્વોન્ટમ થિયરીમાં બે ગુણાત્મક રીતે અલગ-અલગ પ્રકારના સુપરપોઝિશન છે તે હકીકત અનુસાર શુદ્ધ અવસ્થાઓનું વર્ણન સ્ટેટ વેક્ટર દ્વારા અને મિશ્ર અવસ્થાઓ ઘનતા મેટ્રિસિસ દ્વારા કરી શકાય છે. તેથી, રાજ્ય વેક્ટર અથવા ઘનતા મેટ્રિસિસ એકબીજાને ઓવરલેપ કરી શકે છે. અત્યારે આપણે શુદ્ધ અવસ્થાઓની સુપરપોઝિશન વિશે વાત કરીશું;

શાસ્ત્રીય ભૌતિકશાસ્ત્રમાં, સુપરપોઝિશનનો ખ્યાલ પણ વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાય છે. શાળામાં આપણે બધા શરીર પર લાગુ પડેલા દળો માટે વેક્ટર એરો દોરતા હતા, અને સમાંતર (ત્રિકોણ) નિયમનો ઉપયોગ કરીને અમને પરિણામી બળ વેક્ટર મળ્યું હતું. આ કિસ્સામાં, અમે ક્લાસિકલ ફિઝિક્સના સુપરપોઝિશનના સિદ્ધાંતનો ઉપયોગ કર્યો, જેનો સાર એ છે કે કેટલાક સ્વતંત્ર પ્રભાવોથી પરિણામી અસર એ દરેક પ્રભાવને કારણે અલગથી થતી અસરોનો સરવાળો છે. તે રેખીય સમીકરણો દ્વારા વર્ણવેલ સિસ્ટમો અથવા ભૌતિક ક્ષેત્રો માટે માન્ય છે.

પરંતુ શાસ્ત્રીય ભૌતિકશાસ્ત્રમાં, સુપરપોઝિશનનો સિદ્ધાંત અંદાજિત છે, અને સાર્વત્રિક નથી, મૂળભૂત છે. આ અનુરૂપ પ્રણાલીઓની ગતિના સમીકરણોની રેખીયતાનું પરિણામ છે અને જ્યારે બિનરેખીય અસરો નજીવી હોય ત્યારે તે એકદમ સારા અંદાજ તરીકે સેવા આપે છે.

ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સમાં પરિસ્થિતિ અલગ છે. તેમાં, સુપરપોઝિશનનો સિદ્ધાંત મૂળભૂત છે, જે સિદ્ધાંતના ગાણિતિક ઉપકરણની રચનાને નિર્ધારિત કરતી મુખ્ય ધારણાઓમાંની એક છે. તે અનુસરે છે, ઉદાહરણ તરીકે, રાજ્યો કે ક્વોન્ટમ યાંત્રિક