کوانٹم ڈبل سلٹ تجربہ زمین کے سائز کی ٹیلی سکوپ کے لیے امید پیش کرتا ہے۔

تصور کریں کہ زمین جیسے سیارے کی سطح کو کسی دوسرے ستارے کے گرد چکر لگاتے ہوئے، یا کسی ستارے کو بلیک ہول کے ذریعے ٹکڑے ٹکڑے ہوتے دیکھنا۔

اس طرح کے درست مشاہدات فی الحال ناممکن ہیں۔ لیکن سائنس دان کوانٹم میکانکی طور پر دنیا بھر میں آپٹیکل دوربینوں کو جوڑنے کے طریقے تجویز کر رہے ہیں تاکہ برہمانڈ کو ذہن میں حیران کن سطح پر تفصیل سے دیکھا جا سکے۔

چال یہ ہے کہ دوربینوں کے درمیان نازک فوٹونز کو منتقل کیا جائے، تاکہ سگنلز کو ملایا جا سکے، یا زیادہ تیز تصاویر بنانے کے لیے "مداخلت" کی جا سکے۔ محققین کے پاس ہے۔ سالوں سے جانا جاتا ہے۔ کہ اس قسم کی انٹرفیومیٹری ٹیلی پورٹیشن آلات کے مستقبل کے نیٹ ورک کے ساتھ ممکن ہوگی جسے a کہا جاتا ہے۔ کوانٹم انٹرنیٹ. لیکن جہاں کوانٹم انٹرنیٹ ایک بہت دور کا خواب ہے، ایک نئی تجویز کوانٹم اسٹوریج ڈیوائسز کے ساتھ آپٹیکل انٹرفیومیٹری کرنے کے لیے ایک اسکیم پیش کرتی ہے جو اب ترقی کے مراحل میں ہیں۔

یہ نقطہ نظر فلکیات کے سائز کے جنون کے اگلے مرحلے کی نمائندگی کرے گا۔ وسیع تر آئینے تیز تر تصاویر بناتے ہیں، اس لیے ماہرین فلکیات مسلسل ہمیشہ سے بڑی دوربینیں ڈیزائن کر رہے ہیں اور کائنات کی مزید تفصیلات کو سامنے آتے دیکھ رہے ہیں۔ آج وہ ایک نظری دوربین بنا رہے ہیں جس میں تقریباً 40 میٹر چوڑا آئینے ہے، جو ہبل اسپیس ٹیلی سکوپ کی چوڑائی (اور اس طرح ریزولیوشن) سے 16 گنا زیادہ ہے۔ لیکن آئینہ کتنا بڑھ سکتا ہے اس کی ایک حد ہوتی ہے۔

"ہم 100 میٹر سنگل یپرچر دوربین نہیں بنانے جا رہے ہیں۔ یہ پاگل ہے!" کہا لیزا پراٹوایریزونا میں لوئیل آبزرویٹری میں ماہر فلکیات۔ "تو مستقبل کیا ہے؟ مستقبل کی انٹرفیومیٹری۔"

زمین کے سائز کی دوربین

ریڈیو کے ماہرین فلکیات کئی دہائیوں سے انٹرفیومیٹری کر رہے ہیں۔ دی بلیک ہول کی پہلی تصویر2019 میں جاری کیا گیا، سگنلز کو ہم آہنگ کرکے بنایا گیا تھا جو دنیا بھر میں بند آٹھ ریڈیو دوربینوں پر پہنچے تھے۔ اجتماعی طور پر، دوربینوں میں ایک آئینے کی حل کرنے کی طاقت اتنی ہی وسیع تھی جتنی کہ ان کے درمیان فاصلہ ہے - ایک مؤثر طریقے سے زمین کے سائز کی دوربین۔

تصویر بنانے کے لیے، ہر دوربین پر آنے والی ریڈیو لہروں کو درست طریقے سے ٹائم اسٹیمپڈ اور اسٹور کیا گیا تھا، اور ڈیٹا کو بعد میں ایک ساتھ سلائی کیا گیا تھا۔ ریڈیو فلکیات میں یہ طریقہ کار نسبتاً آسان ہے، دونوں اس لیے کہ ریڈیو سے خارج ہونے والی اشیاء انتہائی روشن ہوتی ہیں، اور اس لیے کہ ریڈیو لہریں نسبتاً بڑی ہوتی ہیں اور اس لیے لائن لگانا آسان ہے۔

آپٹیکل انٹرفیومیٹری بہت مشکل ہے۔ مرئی طول موج سیکڑوں نینو میٹر لمبی پیمائش کرتی ہے، جس سے لہروں کو مختلف دوربینوں پر پہنچنے کے حساب سے سیدھ میں کرنے میں غلطی کی گنجائش بہت کم رہ جاتی ہے۔ مزید برآں، آپٹیکل دوربینیں انتہائی مدھم ذرائع سے فوٹون بہ فوٹون تصاویر بناتی ہیں۔ ان دانے دار سگنلز کو عام ہارڈ ڈرائیوز پر معلومات کو کھوئے بغیر محفوظ کرنا ناممکن ہے جو انٹرفیومیٹری کرنے کے لیے ضروری ہے۔

ماہرین فلکیات نے قریبی نظری دوربینوں کو آپٹیکل ریشوں کے ساتھ براہ راست جوڑنے کا انتظام کیا ہے - ایک ایسا نقطہ نظر جس کی وجہ سے 2019 میں ایک سیارہ کا پہلا براہ راست مشاہدہ. لیکن دوربینوں کو 1 کلومیٹر یا اس سے زیادہ کے فاصلے سے جوڑنا "انتہائی غیر مہنگا اور مہنگا ہے،" کہا۔ تھیو دس برممیلار، CHARA Array کے ڈائریکٹر، کیلیفورنیا میں ایک آپٹیکل انٹرفیومیٹرک سرنی۔ "اگر کسی قسم کے کوانٹم ڈیوائس کے ساتھ آپٹیکل ٹیلی سکوپ میں فوٹوون کے واقعات کو ریکارڈ کرنے کا کوئی طریقہ تھا، تو یہ سائنس کے لیے ایک بہت بڑا اعزاز ہوگا۔"

ینگز سلٹس

Joss Bland-Hawthorn اور جان بارتھولومیو سڈنی یونیورسٹی کے اور میتھیو سیلرز آسٹریلوی نیشنل یونیورسٹی کے حال ہی میں ایک اسکیم تجویز کی۔ کوانٹم ہارڈ ڈرائیوز کے ساتھ آپٹیکل انٹرفیومیٹری کرنے کے لیے۔

نئی تجویز کے پیچھے اصول کوانٹم انقلاب سے پہلے 1800 کی دہائی کے اوائل تک کا پتہ چلتا ہے، جب تھامس ینگ ایک تجربہ تیار کیا یہ جانچنے کے لیے کہ روشنی ذرات سے بنی ہے یا لہروں سے۔ نوجوان نے روشنی کو قریب سے الگ کیے ہوئے دو سلٹوں سے گزارا اور پیچھے اسکرین پر باقاعدہ روشن بینڈز کا نمونہ دیکھا۔ اس نے استدلال کیا کہ مداخلت کا یہ نمونہ ظاہر ہوا کیونکہ ہر سلٹ سے روشنی کی لہریں منسوخ ہو جاتی ہیں اور مختلف مقامات پر ایک ساتھ شامل ہو جاتی ہیں۔

پھر چیزیں بہت زیادہ عجیب ہوگئیں۔ کوانٹم طبیعیات دانوں نے دریافت کیا کہ ڈبل سلٹ مداخلت کا نمونہ برقرار رہتا ہے یہاں تک کہ اگر فوٹون ایک وقت میں ایک سلٹ کی طرف بھیجے جائیں؛ ڈاٹ بائے ڈاٹ، وہ آہستہ آہستہ اسکرین پر روشنی اور اندھیرے کے ایک جیسے بینڈ بناتے ہیں۔ تاہم، اگر کوئی مانیٹر کرتا ہے کہ ہر فوٹون کس سلٹ سے گزرتا ہے، تو مداخلت کا نمونہ غائب ہو جاتا ہے۔ ذرات صرف اس وقت موج نما ہوتے ہیں جب کوئی خلل نہ ہو۔

اب تصور کریں کہ دو سلٹ کے بجائے آپ کے پاس دو دوربینیں ہیں۔ جب برہمانڈ سے ایک فوٹون زمین پر آتا ہے، تو یہ کسی بھی دوربین سے ٹکر سکتا ہے۔ جب تک آپ اس کی پیمائش نہیں کرتے — جیسا کہ ینگ کے ڈبل سلِٹس کے ساتھ — فوٹون ایک لہر ہے جو دونوں میں داخل ہوتی ہے۔

Bland-Hawthorn، Bartholomew اور Sellars ہر دوربین میں کوانٹم ہارڈ ڈرائیو میں پلگ لگانے کا مشورہ دیتے ہیں جو آنے والے فوٹون کی لہراتی حالتوں کو بغیر کسی پریشان کیے ریکارڈ اور ذخیرہ کر سکتی ہے۔ تھوڑی دیر کے بعد، آپ ہارڈ ڈرائیوز کو ایک ہی جگہ پر منتقل کرتے ہیں، جہاں آپ ناقابل یقین حد تک ہائی ریزولوشن امیج بنانے کے لیے سگنلز میں مداخلت کرتے ہیں۔

کوانٹم میموری

یہ کام کرنے کے لیے، کوانٹم ہارڈ ڈرائیوز کو طویل عرصے تک بہت سی معلومات ذخیرہ کرنی پڑتی ہیں۔ ایک اہم موڑ 2015 میں آیا، جب بارتھولومیو، سیلرز اور ساتھیوں نے ایک میموری ڈیوائس ڈیزائن کیا یوروپیم نیوکلی سے بنایا گیا ہے جو ایک کرسٹل میں سرایت کرتا ہے جو نازک کوانٹم ریاستوں کو چھ گھنٹے تک ذخیرہ کر سکتا ہے، اس کو دنوں تک بڑھانے کی صلاحیت کے ساتھ۔

پھر، اس سال کے شروع میں، ہیفی میں چین کی یونیورسٹی آف سائنس اینڈ ٹیکنالوجی کی ایک ٹیم نے یہ ظاہر کیا کہ آپ فوٹوون ڈیٹا کو اسی طرح کے آلات میں محفوظ کر سکتے ہیں اور بعد میں اسے پڑھ سکتے ہیں۔

"یہ دیکھنا بہت دلچسپ اور حیران کن ہے کہ کوانٹم انفارمیشن تکنیک فلکیات کے لیے مفید ہو سکتی ہے،" کہا۔ زونگ کوان چاؤ، جس نے اس کے شریک مصنف تھے۔ حال ہی میں شائع شدہ مقالہ. Zhou ایک ایسی دنیا کی وضاحت کرتا ہے جس میں تیز رفتار ٹرینیں یا ہیلی کاپٹر تیزی سے کوانٹم ہارڈ ڈرائیوز کو دور دوربینوں کے درمیان شٹل کرتے ہیں۔ لیکن یہ دیکھنا باقی ہے کہ آیا یہ آلات لیبارٹریوں کے باہر کام کر سکتے ہیں۔

بارتھولومیو کو یقین ہے کہ ہارڈ ڈرائیوز کو غلط برقی اور مقناطیسی شعبوں سے بچایا جا سکتا ہے جو کوانٹم حالتوں میں خلل ڈالتے ہیں۔ لیکن انہیں دباؤ کی تبدیلیوں اور سرعت کو بھی برداشت کرنا پڑے گا۔ اور محققین ہارڈ ڈرائیوز کو ڈیزائن کرنے کے لیے کام کر رہے ہیں جو بہت سے مختلف طول موجوں کے ساتھ فوٹونز کو ذخیرہ کر سکتے ہیں - برہمانڈ کی تصاویر لینے کے لیے ایک ضرورت۔

ہر کوئی نہیں سوچتا کہ یہ کام کرے گا۔ "طویل مدت میں، اگر ان تکنیکوں کو عملی شکل دینا ہے، تو انہیں کوانٹم نیٹ ورک کی ضرورت ہوگی،" کہا۔ میخائل لوکنہارورڈ یونیورسٹی میں کوانٹم آپٹکس کے ماہر۔ کوانٹم ہارڈ ڈرائیوز کو جسمانی طور پر منتقل کرنے کے بجائے، لوکن کے پاس ہے۔ ایک اسکیم تجویز کی جو کوانٹم انٹرنیٹ پر انحصار کرے گا - آلات کا ایک نیٹ ورک جسے کوانٹم ریپیٹر کہتے ہیں جو فوٹوون کو ان کی ریاستوں کو پریشان کیے بغیر مقامات کے درمیان ٹیلی پورٹ کرتے ہیں۔

بارتھولومیو کا کہنا ہے کہ کوانٹم ہارڈ ڈرائیوز کے بارے میں "ہمارے پاس پرامید ہونے کی اچھی وجوہات ہیں"۔ "میرے خیال میں پانچ سے 10 سال کے ٹائم فریم میں آپ عارضی تجربات دیکھ سکتے ہیں جہاں آپ اصل میں [فلکیاتی] ذرائع کو دیکھنا شروع کر دیتے ہیں۔" اس کے برعکس، کوانٹم انٹرنیٹ کی تعمیر، Bland-Hawthorn نے کہا، "حقیقت سے کئی دہائیاں" ہیں۔

ماخذ: https://www.quantamagazine.org/famous-quantum-experiment-offers-hope-for-earth-size-telescope-20210505/