آپ کو کوانٹم نیورو سائنس کے بارے میں کیوں خیال رکھنا چاہئے

اگر آپ نے نہیں سنا ہے تو ، ناقابل تصور طاقتور کوانٹم کمپیوٹرز ، انتہائی موثر کوانٹم مواصلات اور کوانٹم خفیہ کاری کے ذریعہ ناقابل تلافی سائبر سیکیورٹی کی پرجوش گفتگو کے ساتھ ، کوانٹم سائنس ابھی سفید گرم ہے۔

کیوں تمام hype؟

سیدھے الفاظ میں ، کوانٹم سائنس وعدہ کرتی ہے کہ ہم روزمرہ کی سائنس کے عادی ہوچکے بچ stepsے کے اقدامات کی بجائے آگے بڑھیں گے۔ مثال کے طور پر ، روزانہ سائنس ہمیں نئے کمپیوٹر مہیا کرتا ہے جو ہر 2-3 سال بعد دوگنا طاقت میں رہتا ہے ، جبکہ کوانٹم سائنس بہت سارے کمپیوٹرز کا وعدہ کرتا ہے کھربوں بار آج دستیاب سب سے زیادہ پٹھوں والے کمپیوٹر سے زیادہ طاقت۔

دوسرے الفاظ میں کوانٹم سائنس ، اگر کامیاب ہو گئی تو ، ٹیکنالوجی میں زلزلہ کی تبدیلی پیدا ہوگی جو دنیا کو نئی شکل دے گی جیسا کہ ہم جانتے ہیں ، انٹرنیٹ یا اسمارٹ فونز سے کہیں زیادہ گہرے طریقوں سے۔

کوانٹم سائنس کے سھدایکہ امکانات سب ایک آسان سچائی سے جنم لیتے ہیں: کوانٹم مظاہر ان اصولوں کو مکمل طور پر توڑ دیتا ہے جو "کلاسیکی" (معمول) کے مظاہر کو محدود کرسکتے ہیں۔

کوانٹم سائنس جہاں دو چیزوں کو اچھ possibleا ناممکن بنانا ممکن بناتی ہے ، وہ ہیں کوانٹم سپر پوزیشن اور کوانٹم الجھن۔

آئیے پہلے کوانٹم سپرپوزیشن سے نمٹیں۔

عام دنیا میں ، بیس بال جیسی شے ایک وقت میں صرف ایک ہی جگہ پر ہوسکتی ہے۔ لیکن کوانٹم دنیا میں ، الیکٹران جیسے ذرہ لاتعداد جگہوں پر قبضہ کرسکتا ہے عین اسی وقت پر، جس میں طبیعیات دان ایک سے زیادہ ریاستوں کی سپر پوزیشن کہتے ہیں۔ تو کوانٹم دنیا میں ، ایک چیز بعض اوقات بہت سی مختلف چیزوں کی طرح برتاؤ کرتی ہے۔

آئیے بیس بال کی مشابہت کو مزید تھوڑا سا بڑھا کر کوانٹم کے الجھنے کی جانچ کرتے ہیں۔ عام دنیا میں لاس اینجلس اور بوسٹن کے بڑے لیگ اسٹیڈیموں میں اندھیرے لاکروں میں بیٹھے دو بیس بال ایک دوسرے سے بالکل آزاد ہیں ، جیسے کہ اگر آپ نے ایک بیس بال کو دیکھنے کے لئے اسٹوریج لاکروں میں سے کسی کو کھولا تو ، دوسرے بیس بال کے ساتھ بالکل کچھ نہیں ہوگا۔ 3،000 میل دور تاریک اسٹوریج لاکر میں۔ لیکن کوانٹم دنیا میں ، دو انفرادی ذرات ، جیسے فوٹوون کر سکتے ہیں اس طرح الجھاؤ ، جیسے صرف ایک فوٹوون کو ڈیٹیکٹر کے ساتھ سینس کرنے کا عمل فوری طور پر دوسرے فوٹوون کو مجبور کرتا ہے ، چاہے وہ کتنا دور ہی کیوں نہ کسی خاص حالت کو سمجھنے پر مجبور ہوجائے۔

اس طرح کے الجھنے کا مطلب یہ ہے کہ کوانٹم کائنات میں ، متعدد الگ الگ اداروں میں بعض اوقات ایک واحد وجود کی حیثیت سے سلوک کیا جاسکتا ہے ، چاہے ان سے الگ الگ اداروں کا دور ہی کیوں نہ ہو۔

یہ کسی بیس بال کی حالت کو تبدیل کرنے کے مترادف ہو گا — کہتے ہیں کہ اسے اسٹوریج لاکر کے سب سے اوپر بمقابلہ نیچے شیلف پر رکھنا cing صرف 3،000 میل دور اسٹوریج لاکر کھول کر اور مکمل طور پر نگاہ ڈالنا مختلف بیس بال

یہ "ناممکن" سلوک کوانٹم اداروں کو ناممکن کرنے کے ل quant مثالی ، کمپیوٹرز کے ساتھ مثالی بناتے ہیں۔ عام کمپیوٹرز میں ذخیرہ شدہ معلومات یا تو صفر ہوتی ہے یا ایک ، لیکن ایک کوانٹم کمپیوٹر میں ذخیرہ شدہ بٹ ، جسے قوبیٹ (کوانٹم بٹ) کہا جاتا ہے ، دونوں ایک ہی وقت میں صفر اور ایک ہیں۔ اس طرح ، جہاں 8 بٹس کا ایک عام اسٹور اسٹور 0 سے 255 (2 ^ 8 = 256) تک کسی بھی انفرادی نمبر پر مشتمل ہوسکتا ہے 8 8 کیوبٹس کی میموری 2 ^ 8 = 256 رکھ سکتی ہے الگ الگ نمبر تمام ایک بار میں! کوانٹم کمپیوٹرز پروسیسنگ پاور میں ایک کوانٹم لیپ کا وعدہ کرتے ہیں۔

مذکورہ بالا مثال کے طور پر ، کوانٹم کمپیوٹر میں ایک 8 بٹ میموری ایک ساتھ میں 256 نمبرز کو 0 سے 255 کے درمیان جمع کرتی ہے جبکہ ایک عام کمپیوٹر میں 8 بٹ میموری ایک وقت میں 0 اور 255 کے درمیان صرف 1 نمبر اسٹور کرتی ہے۔ اب 24 بٹ کوانٹم میموری (2 ^ 24 = 16،777،216) کا تصور کریں جس میں ہماری پہلی میموری سے صرف 3 گنا زیادہ کیوبیت ہیں۔ ایک ساتھ 16،777،216 مختلف نمبر!

جو ہمیں کوانٹم سائنس اور نیوروبیولوجی کے چوراہے پر لے آتا ہے۔ انسانی دماغ آج کل موجود کسی بھی کمپیوٹر کے مقابلے میں کہیں زیادہ طاقتور پروسیسر ہے: کیا اس طرح کوانٹم کمپیوٹرز کی طرح کوانٹم عجیب و غریب استعمال کرکے اس خوفناک طاقت کو حاصل کرتا ہے؟

ابھی تک ، اس سوال کے بارے میں طبیعیات دانوں کا جواب ایک حیرت انگیز "نہیں" رہا ہے۔

کوانٹم مظاہر جیسے سپرپیسج ان مظاہر کو آس پاس کے ماحول سے الگ کرنے پر انحصار کرتے ہیں ، خاص طور پر ماحول میں گرمی جو حرکت میں ذرات متعین کرتی ہے ، سپر پوزیشن کے کارڈز کے ہائپر نازک کوانٹم ہاؤس کو پریشان کرتی ہے اور کسی خاص ذرہ کو پوائنٹ A یا نقطہ B پر قبضہ کرنے پر مجبور کرتی ہے۔ ، لیکن دونوں بیک وقت نہیں۔

اس طرح ، جب سائنس دان کوانٹم مظاہر کا مطالعہ کرتے ہیں تو وہ ارد گرد کے ماحول سے پڑھ رہے مواد کو الگ تھلگ کرنے کے ل great بہت حد تک جاتے ہیں ، عام طور پر اپنے تجربات میں درجہ حرارت کو تقریبا absolute صفر تک کم کرتے ہیں۔

لیکن شواہد فزیالوجی کی دنیا سے شواہد بڑھ رہے ہیں کہ کچھ حیاتیاتی عملیں جو کوانٹم سپرپوزیشن پر انحصار کرتے ہیں معمول کے درجہ حرارت پر پائے جاتے ہیں ، اس امکان کو بڑھا دیتے ہیں کہ کوانٹم میکینکس کی غیر یقینی طور پر عجیب و غریب دنیا واقعی دوسرے حیاتیاتی نظام جیسے ہر دن کے کاموں میں گھس سکتی ہے۔ اعصابی نظام.

مثال کے طور پر ، مئی 2018 میں گرننگن یونیورسٹی میں ایک تحقیقی ٹیم جس میں طبیعیات دان تھامس لا کور جانسن کو شامل کیا گیا تھا نے اس بات کا ثبوت پایا کہ پودوں اور کچھ فوٹوسنتھیٹک بیکٹیریا نے سورج کی روشنی کو قابل استعمال توانائی میں تبدیل کرنے میں تقریبا 100 100٪ کارکردگی حاصل کی ہے اس حقیقت کا استحصال کرتے ہوئے کہ شمسی توانائی کے جذب میں کچھ الیکٹران کا سبب بنتا ہے۔ پلانٹ کے اندر نسبتا long لمبی فاصلوں پر پھیلی ہوئی پرجوش اور غیر حوصلہ افزائی کوانٹم ریاستوں میں بیک وقت پر روشنی ڈالنے والے مالیکیولز موجود رہتے ہیں ، جس سے روشنی سے پرجوش الیکٹرانوں کو انوولوں سے انتہائی موثر راستہ تلاش کرنے میں مدد ملتی ہے جہاں روشنی مختلف انوولوں تک پہنچ جاتی ہے جہاں قابل استعمال توانائی پلانٹ پیدا کیا گیا ہے کے لئے.

ارتقاء ، انتہائی موثر توانائی کی زندگیوں کو انجینئر کرنے کے ل to اس کی جد و جہد میں ، طبیعیات دانوں کے اس یقین کو نظر انداز کرتا ہے کہ حیاتیات کے گرم ، گیلے ماحول میں مفید کوانٹم اثرات مرتب نہیں ہوسکتے ہیں۔

پودوں کی حیاتیات میں کوانٹم اثرات کی دریافت نے سائنس کے مکمل طور پر نئے شعبے کو جنم دیا ہے جسے کوانٹم حیاتیات کہتے ہیں۔ پچھلے کچھ سالوں میں ، کوانٹم حیاتیات نے کچھ پرندوں کی آنکھوں میں مقناطیسی میدان کے تاثرات (ہجرت کے دوران پرندوں کو گھومنے کے قابل بناتا ہے) ، اور انسانوں میں بو کے رسپٹروں کو چالو کرنے میں کوانٹم میکانکی خصوصیات کے انکشاف کیے ہیں۔ وژن کے محققین نے یہ بھی دریافت کیا ہے کہ انسانی ریٹنا میں فوٹو ریسیپٹرس ایک ہی مقدار میں ہلکی توانائی کے قبضے سے برقی سگنل پیدا کرنے کی صلاحیت رکھتے ہیں۔

کیا ارتقاء نے ہمارے دماغ کو قابل استعمال توانائی پیدا کرنے یا سپر پاور اور الجھن جیسے کوانٹم اثرات استعمال کرتے ہوئے نیورانوں میں معلومات کو منتقل اور ذخیرہ کرنے میں ہائپر موثر بنا دیا ہے؟

عصبی سائنس دان اس امکان کی تحقیقات کے آغاز میں ہی ہیں ، لیکن میں ایک کے لئے کوانٹم نیورو سائنس کے نوسینٹ فیلڈ کے بارے میں پرجوش ہوں کیونکہ اس سے دماغ کے بارے میں ہماری تفہیم میں جبڑے سے گرنے والی کامیابیاں پیدا ہوسکتی ہیں۔

میں یہ بات اس لئے کہتا ہوں کیونکہ سائنس کی تاریخ ہمیں یہ سکھاتی ہے کہ سب سے بڑی پیشرفتیں ہمیشہ ان خیالوں سے ہی آتی ہیں جو ، کسی خاص پیشرفت سے قبل ، حیرت انگیز طور پر عجیب و غریب لگتا ہے۔ آئن اسٹائن کی دریافت کہ جگہ اور وقت واقعتا the ایک ہی چیز ہیں (عام رشتہ داری) اس کی ایک مثال ہے ، ڈارون کی دریافت جس سے انسان زیادہ قدیم طرز زندگی سے تیار ہوا ، وہ ایک اور بات ہے۔ اور ظاہر ہے ، پلانک ، آئن اسٹائن اور بوہر کی پہلی جگہ کوانٹم میکینکس کی دریافت ، ایک اور اور ہے۔

ان سب کا سختی سے یہ مطلب ہے کہ کل کے کھیل کو نیورو سائنس میں بدلنے والی پیشرفت کے پیچھے آنے والے نظریات ، آج زیادہ تر لوگوں کو انتہائی غیر روایتی اور ناممکن معلوم ہوں گے۔

اب ، صرف اس وجہ سے کہ دماغ میں کوانٹم حیاتیات عجیب و غریب لگتا ہے اور خود بخود اس سے اعصابی سائنس میں اگلی وشال چھلانگ لگانے کا ذریعہ ہونے کے لئے خود بخود اہل نہیں ہوتی ہے۔ لیکن میرے پاس یہ گندگی ہے کہ نظام زندگی میں کوانٹم اثرات کی گہری تفہیم ہمارے دماغ اور اعصابی نظام کے بارے میں اہم نئی بصیرت پیدا کرے گی ، اگر کوئی اور وجہ نہیں ہے تو ، کہ نقطہ نظر کو اپنانے سے عصبی سائنس دانوں کو عجیب و غریب جوابات تلاش کرنے کا موقع ملے گا۔ ان حیرت انگیز جگہوں پر جو انہوں نے پہلے کبھی تفتیش پر غور نہیں کیا۔

اور جب تفتیش کار ان عجیب و غریب واقعات پر نگاہ ڈالتے ہیں تو ، وہ مظاہر ، ذرہ طبیعیات میں اپنے الجھے ہوئے کزنوں کی طرح ، ان کی طرف پیچھے دیکھ سکتے ہیں!