بازنویسی قوانین علت و معلول توسط ماهیت کوانتومی

منتشر‌شده در quantamagazine به تاریخ ۱۱ مارس ۲۰۲۱
لینک منبع Quantum Mischief Rewrites the Laws of Cause and Effect

آلیس و باب، ستاره‌های بسیاری از تجربیات فکری، در حال پختن شام هستند وقتی که اتفاقات ناگوار رخ می‌دهد. آلیس به طور تصادفی یک بشقاب را می‌اندازد؛ صدای آن باب را که خودش را روی اجاق می‌سوزاند و فریاد می‌زند، شگفت‌زده می‌کند. در روایت دیگری از وقایع، باب خودش را می‌سوزاند و فریاد می‌زند، و باعث می‌شود که آلیس یک بشقاب بیندازد.

در طول دهه گذشته، فیزیک‌دانان کوانتومی به بررسی مفاهیم ضمنی یک درک عجیب پرداخته‌اند: در اصل، هر دو نسخه داستان می‌توانند در یک زمان اتفاق بیفتند. به عبارت دیگر، حوادث می‌توانند در یک ترتیب علّی نامحدود رخ دهند، که در آن هم علل A و هم علل B به طور همزمان درست هستند.

کازو بروکنر، فیزیک‌دان دانشگاه وین، اعتراف کرد: «این کار ظالمانه به نظر می‌رسد.» این احتمال از پدیده کوانتومی که تحت عنوان برهم نهی شناخته می‌شود، پیروی می‌کند، که در آن ذرات تمام واقعیت‌های ممکن را به طور همزمان تا لحظه‌ای که اندازه‌گیری می‌شوند، حفظ می‌کنند. در آزمایشگاه‌های اتریش، چین، استرالیا و جاهای دیگر، فیزیک‌دانان نظم علّی نامحدود را با قرار دادن یک ذره نور (که فوتون نامیده می‌شود) در یک برهم نهی دو ناحیه مشاهده می‌کنند. سپس آن‌ها یک شاخه از برهم نهی را برای فرآیند A که با فرآیند B دنبال می‌شود، موضوع قرار می‌دهند و شاخه دیگر را بهB که با A دنبال می‌شود، موضوع قرار می‌دهند. در این روش، که به عنوان سوئیچ کوانتومی شناخته می‌شود، خروجی A بر آنچه در B اتفاق می‌افتد تاثیر می‌گذارد و بالعکس؛ فوتون هر دو ترتیب علّی را به طور همزمان تجربه می‌کند.

در طول پنج سال گذشته، یک جامعه در حال رشد از فیزیک‌دانان کوانتومی در حال پیاده‌سازی سوئیچ کوانتومی در آزمایش‌ها بر روی میز و بررسی مزایایی است که نظم علّی نامحدود برای محاسبات کوانتومی و ارتباطات ارائه می‌دهد. جولیا روبینو، محققی در دانشگاه بریستول که نخستین نمایش تجربی سوئیچ کوانتومی را در سال ۲۰۱۷ رهبری کرد، گفت: «این واقعا چیزی است که می‌تواند در زندگی روزمره مفید باشد.»

اما استفاده عملی از این پدیده تنها مفاهیم عمیق را حادتر می‌کند.

فیزیک‌دانان از مدت‌ها پیش احساس کرده‌اند که تصاویر معمول از رویدادها که به عنوان توالی علل و تاثیرات آشکار می‌شوند، ماهیت اساسی چیزها را نشان نمی‌دهند. آن‌ها می‌گویند که این دیدگاه علّی احتمالا باید برود اگر ما تا به حال منشا کوانتومی جاذبه، فضا و زمان را بفهمیم. اما تا همین اواخر، ایده‌های زیادی در مورد این که فیزیکِ پس رویدادی ممکن است چگونه کار کند، وجود نداشت. بروکنر، که یکی از رهبران در مطالعه علیت نامحدود است، گفت: «بسیاری از مردم فکر می‌کنند که علیت در درک ما از جهان آنقدر اساسی است که اگر ما این مفهوم را تضعیف کنیم، قادر به ایجاد نظریه‌های منسجم و معنادار نخواهیم بود.»

این در حالی تغییر می‌کند که فیزیک‌دانان در مورد آزمایش‌ها جدید تغییر کوانتومی و همچنین آزمایش‌ها فکری مرتبط که در آن‌ها آلیس و باب با عدم قطعیت سببی ایجاد شده توسط ماهیت کوانتومی جاذبه مواجه هستند، فکر می‌کنند. حساب‌داری برای این سناریوها محققان را مجبور به توسعه فرمالیسم‌های ریاضی جدید و روش‌های تفکر کرده است. بروکنر گفت: «با چارچوب‌های در حال ظهور، ما می‌توانیم بدون داشتن علیت به خوبی تعریف‌شده، پیش‌بینی‌هایی انجام دهیم.»

ممکن است مطالعه مقاله چگونه تراشه‌های سیلیکونی استاندارد می‌توانند برای محاسبات کوانتومی مورد استفاده قرار گیرند؟برای شما مفید باشد.

همبستگی، نه نسبت

پیشرفت‌های اخیر سریع‌تر شده است، اما بسیاری از متخصصان منشا این خط حمله به مسئله گرانش کوانتومی را تا ۱۶ سال پیش توسط لوسین هاردی، یک فیزیک‌دان نظری بریتانیایی-کانادایی در موسسه پریمتر برای فیزیک نظری در واترلو کانادا دنبال کردند. بروکنر گفت: «در مورد من، همه چیز با مقاله لوسین هاردی شروع شد.»

هاردی در آن زمان به خاطر اتخاذ یک رویکرد مفهومی معروف توسط آلبرت انیشتین و به کار بردن آن در مکانیک کوانتوم معروف بود. انیشتین فیزیک را نه با فکر کردن به آنچه که در جهان وجود دارد، بلکه با در نظر گرفتن آنچه که افراد می‌توانند اندازه‌گیری کنند، متحول کرد. به طور خاص، او افرادی را در حرکت با قطارها تصور می‌کرد که با خطکش و ساعت‌ اندازه‌گیری می‌کردند. با استفاده از این رویکرد «عملیاتی»، او توانست به این نتیجه برسد که فضا و زمان باید نسبی باشند.

در سال ۲۰۰۱ هاردی از همین روش برای مکانیک کوانتومی استفاده کرد. او همه تئوری کوانتومی را از پنج اصل عملیاتی بازسازی کرد. او سپس شروع به اعمال آن به یک مسئله بزرگ‌تر کرد: مسئله ۸۰ساله چگونگی آشتی دادن مکانیک کوانتومی و نسبیت عام، نظریه حماسی جاذبه انیشتین. هاردی در "زوم" این زمستان به من گفت: «من از این ایده ناشی می‌شوم که شاید روش عملیاتی تفکر در مورد نظریه کوانتوم را بتوان در گرانش کوانتومی به کار برد.»

سوال عملیاتی این است: در گرانش کوانتومی، در اصل، چه چیزی می‌توانیم مشاهده کنیم؟ هاردی در مورد این حقیقت فکر کرد که مکانیک کوانتومی و نسبیت عام هر کدام یک ویژگی بنیادی دارند. مکانیک کوانتومی به طور مشهور غیر‌قطعی است؛ ابر موقعیت‌های آن امکان احتمالات همزمان را فراهم می‌کند. نسبیت عام، در عین حال، نشان می‌دهد که فضا و زمان انعطاف‌پذیر هستند. در نظریه انیشتین، اشیا عظیم مانند زمین، «متریک» فضا-زمان را گسترش می‌دهند - اساسا فاصله بین علامت‌های درهم روی یک خط‌کش، و مدت‌زمان بین تیک‌تاک ساعت‌ها. مثلا هرچه به یک شی عظیم نزدیک‌تر باشید، ساعت شما کندتر تیک می‌زند. سپس متریک، «مخروط نور» یک رویداد مجاور را تعیین می‌کند -منطقه فضا- زمانی که رویداد می‌تواند به طور علّی بر آن تاثیر بگذارد.

هاردی گفت: وقتی شما این دو ویژگی بنیادی را با هم ترکیب می‌کنید، دو احتمال کوانتومی همزمان متریک را به روش‌های مختلف بسط می‌دهند. مخروط‌های روشن رویدادها نامشخص می‌شوند-و در نتیجه، خود علیت نیز همین طور.

بیشتر تحقیقات بر روی گرانش کوانتومی یکی از این ویژگی‌ها را حذف می‌کند. به عنوان مثال، برخی محققان تلاش می‌کنند تا رفتار گراویتون‌ها، واحدهای کوانتومی گرانش را توصیف کنند. اما محققان بر این باورند که گراویتون‌ها در مقابل زمان زمینه ثابت واکنش نشان می‌دهند. هاردی اشاره کرد: «ما بسیار به تفکر در مورد تحول جهان در طول زمان عادت داریم.» با این حال، او استدلال می‌کند که جاذبه کوانتومی قطعا ویژگی بنیادی نسبیت عام را به ارث خواهد برد و فاقد زمان ثابت و علیت ثابت است. فیزیک‌دان جدی و آرام گفت: «بنابراین ایده این است که به باد هشدار دهید و واقعا این وضعیت وحشی را در آغوش بگیرید که در آن هیچ ساختار علّی مشخصی ندارید.»

در زوم، هاردی از یک پروژکتور خاص برای فیلم‌برداری از یک تخته سفید استفاده کرد، که در آن او آزمایش‌های فکری مختلفی را طراحی کرد، که با یکی از آن‌ها شروع شد و به او کمک کرد تا ببیند چگونه داده‌ها را به طور کامل بدون ارجاع به ترتیب تصادفی رویدادها توصیف کند.

او یک ردیف از کاوشگرها را تصور کرد که در فضا شناور بودند. آن‌ها در حال ضبط داده‌ها هستند، مثلا، نور قطبیده از یک ستاره انفجاری یا ابرنواختر در آن نزدیکی بیرون می‌زند. هر ثانیه، هر پویشگر مکان خود، جهت‌گیری قطبی‌کننده خود را ثبت می‌کند (دستگاهی مانند عینک آفتابی قطبی که یا اجازه عبور یک فوتون را می‌دهد و یا بسته به قطبش آن را مسدود می‌کند) ، و اینکه آیا یک آشکارساز، در پشت پلاریزر واقع شده است یا نه، یک فوتون را تشخیص می‌دهد. این کاوشگر این اطلاعات را به مردی در یک اتاق ارسال می‌کند، که آن را بر روی یک کارت چاپ می‌کند. بعد از مدتی، اجرای آزمایشی به پایان می‌رسد؛ مرد داخل اتاق همه کارت‌ها را از همه کاوشگرها به هم می‌ریزد و یک دسته را تشکیل می‌دهد.

پروب‌ها سپس پولاریزرهای خود را می‌چرخانند و یک سری جدید از اندازه‌گیری‌ها را انجام می‌دهند، و یک دسته جدید از کارت‌ها را تولید می‌کنند، و این فرآیند را تکرار می‌کنند، به طوری که مرد حاضر در اتاق در نهایت دسته‌های بسیاری از اندازه‌گیری‌های خارج از ترتیب را به هم زده‌است. هاردی گفت: «کار او این است که سعی کند از کارت‌ها سر در بیاورد.» این مرد می‌خواهد نظریه‌ای را طراحی کند که تمام همبستگی‌های آماری در داده‌ها را در نظر بگیرد (و، به این ترتیب، ابرنواختر را توصیف می‌کند) بدون هیچ‌گونه اطلاعاتی در مورد روابط علّی داده‌ها یا نظم زمانی، زیرا آن‌ها ممکن است جنبه‌های اساسی واقعیت نباشند.

این مرد چگونه می‌توانست این کار را انجام دهد؟ او ابتدا می‌توانست کارت‌ها را با موقعیت مکانی مرتب کند، کارت‌های هر دسته را پخش کند به طوری که کارت‌های مربوط به فضاپیما در یک منطقه خاص از فضا در یک دسته قرار گیرند. در انجام این کار برای هر دسته، او می‌توانست متوجه همبستگی بین کپه‌ها شود. او ممکن است توجه داشته باشد که هر زمان که یک فوتون در یک منطقه تشخیص داده می‌شود، احتمال تشخیص بالایی در منطقه دیگر وجود دارد، تا زمانی که پولاریزرها در هر دو مکان به صورت یک‌سان زاویه‌دار شوند. (چنین همبستگی به این معنی است که نوری که از این مناطق عبور می‌کند گرایش به تسهیم یک پلاریزاسیون مشترک دارد.) هاردی گفت: «سپس او می‌توانست احتمالات را با عبارات مربوط به مناطق مرکب بزرگ‌تر ترکیب کند، و به این ترتیب، او می‌توانست اشیا ریاضی را برای مناطق بزرگ‌تر و بزرگ‌تر از مناطق کوچک‌تر بسازد.»

چیزی که ما به طور معمول به عنوان روابط علّی در نظر می‌گیریم - مانند فوتون‌هایی که از یک منطقه از آسمان به منطقه دیگر حرکت می‌کنند، همبستگی اندازه‌گیری‌های انجام‌شده در منطقه اول با اندازه‌گیری‌های انجام‌شده در منطقه دوم-در فرمالیسم هاردی، مانند فشرده‌سازی داده‌ها عمل می‌کنند. یک کاهش در مقدار اطلاعات مورد نیاز برای توصیف کل سیستم وجود دارد، زیرا یک مجموعه از احتمالات، دیگری را تعیین می‌کند.

هاردی فرمالیسم جدید خود را چارچوب «علّی‌الوئید» نامید که در آن علّی‌الوئید یک شی ریاضی است که برای محاسبه احتمالات نتایج هر اندازه‌گیری در هر منطقه استفاده می‌شود. او چارچوب کلی را در یک مقاله متراکم ۶۸صفحه‌ای در سال ۲۰۰۵ معرفی کرد، که نشان داد چگونه نظریه کوانتومی را در چارچوب فرمول‌بندی کند (اساسا با کاهش عبارات احتمال کلی آن به مورد خاص بیت‌های کوانتومی تعاملی).

هاردی بر این باور بود که باید بتوان نسبیت عام را در چارچوب علیت نیز فرمول‌بندی کرد، اما نمی‌توانست به خوبی ببیند که چگونه پیش برود. اگر او می‌توانست این کار را انجام دهد، در مقاله دیگری نوشت: «از این چارچوب می‌توان برای ساخت یک نظریه گرانش کوانتومی استفاده کرد.»

مطالعه مقاله دانشمندان ساختار کوانتومی اولیه جهان ما را شبیه‌سازی کردند. توصیه می‌شود.

سوئیچ کوانتوم

چند سال بعد، در پاویا ایتالیا، نظریه‌پرداز اطلاعات کوانتومی، جولیو چیریبلا و سه تن از همکارانش در حال بررسی یک سوال متفاوت بودند: چه نوع محاسباتی ممکن است؟ آن‌ها کار قانونی چارچ آلونزو دانشمند علوم کامپیوتر نظری را در ذهن داشتند. چارچ مجموعه‌ای از قوانین رسمی را برای توابع ساختمان توسعه داد - ماشین‌های ریاضی که ورودی را می‌گیرند و خروجی را تولید می‌کنند. ویژگی قابل‌توجه کتاب قوانین چارچ این است که ورودی یک عملکرد می‌تواند عملکرد دیگری باشد.

چهار فیزیک‌دان ایتالیایی از خود می‌پرسیدند: به طور کلی چه نوع کارکردی ممکن است، فراتر از آنچه که کامپیوترها در حال حاضر قادر به انجام آن هستند؟ آن‌ها به روشی رسیدند که شامل دو تابعA و B بود که در یک تابع جدید مونتاژ شدند. این تابع جدید -چیزی که آن‌ها سوئیچ کوانتومی می‌نامند- یک برهم‌نهی دو گزینه‌ای است. در یکی از شاخه‌های برهم نهی، ورودی تابع از A و سپس B عبور می‌کند و سپس ازB و سپس از A عبور می‌کند.

آن‌ها امیدوار بودند که این تغییر کوانتومی « بتواند پایه و اساس مدل جدیدی از محاسبات باشد، که از یکی از گفته‌های چارچ الهام‌گرفته شده باشد.» چیریلا به من گفت. در آغاز، انقلاب به اوج خود رسید. فیزیک‌دانان نمی‌توانستند تصمیم بگیرند که آیا سوئیچ کوانتومی عمیق یا بدیهی بود، یا اینکه قابل تحقق بود یا صرفا فرضی.

مقاله آن‌ها چهار سال طول کشید تا منتشر شود. تا زمانی که سرانجام در سال ۲۰۱۳ منتشر شد، محققان شروع به دیدن چگونگی ساخت سوئیچ‌های کوانتومی کردند. به عنوان مثال، آن‌ها ممکن است از یک فوتون به سمت یک دستگاه نوری به نام شکاف‌دهنده پرتو عکس بگیرند.

با توجه به مکانیک کوانتومی، فوتون یک شانس ۵۰-۵۰دارد که منتقل یا منعکس شود و بنابراین هر دو را انجام می‌دهد. نسخه انتقالی فوتون به سمت دستگاه نوری پرتاب می‌شود که جهت قطبش نور را به روشی که به خوبی تعریف شده است، می‌چرخاند. فوتون بعدی با یک دستگاه مشابه مواجه می‌شود که آن را به شیوه‌ای متفاوت می‌چرخاند. بیایید این دستگاه‌ها را به ترتیب A و B بنامیم.

در همین حال، نسخه منعکس‌شده فوتون ابتدا باB مواجه می‌شود، سپس نتیجه نهایی قطبش در این مورد متفاوت است.

ما می‌توانیم به این دو احتمال فکر کنیم-A قبل از B، یا B قبل ازA-به عنوان نظم علّی نامحدود. در شاخه اول، A به صورت علّی بر B تاثیر می‌گذارد به این معنا که اگر A رخ نداده باشد، ورودی و خروجی B کاملا متفاوت خواهد بود. به همین ترتیب، در شاخه دوم، B به طور علّی بر A تاثیر می‌گذارد که در آن فرآیند دوم نمی‌توانست در غیر این صورت اتفاق بیفتد.

بعد از اینکه این رویدادهای سببی جایگزین رخ دادند، یک شکاف‌دهنده پرتو دیگر دو نسخه از فوتون را دوباره به هم متصل می‌کند. اندازه‌گیری پلاریزاسیون آن (و بسیاری از فوتون‌های دیگر) منجر به گسترش آماری نتایج می‌شود.

بروکنر و دو همکار، روش‌هایی را برای آزمایش کمی اینکه آیا این فوتون‌ها واقعا یک نظم علّی نامحدود را تجربه می‌کنند یا نه، ابداع کردند. در سال ۲۰۱۲، محققان سقف را در مورد اینکه چگونه نتایج پلاریزاسیون می‌تواند با چرخش‌های اجرا شده درA و B در صورت رخ دادن چرخش‌ها در یک ترتیب علّی ثابت، همبستگی آماری داشته باشد، محاسبه کردند. اگر ارزش از این «نابرابری علّی» فراتر رود، آنگاه تاثیرات علّی باید در هر دو جهت باشد؛ ترتیب علّی باید نامحدود باشد.

روبینو که در سال ۲۰۱۵ به درون خود پرید، گفت: «ایده نابرابری علّی بسیار جالب بود و بسیاری از مردم تصمیم گرفتند که در این زمینه روی آورند.» او و همکارانش یک نمایش برجسته از سوئیچ کوانتومی در سال ۲۰۱۷ ارائه کردند که تقریبا مانند نمونه بالا عمل می‌کرد.

آن‌ها با استفاده از یک آزمون ساده‌تر که توسط بروکنر و شرکت طراحی شده بود، تایید کردند که نظم علّی نامحدود است. توجه به کاری معطوف شد که می‌شد با عدم قطعیت انجام داد. چیریبلا و همکاران استدلال کردند که اطلاعات بسیار بیشتری را می‌توان از طریق کانال‌های پر‌سر‌و‌صدا هنگامی که از طریق کانال‌ها به ترتیبی نامحدود فرستاده می‌شوند، منتقل کرد.

محققان در دانشگاه کوئینزلند و جاهای دیگر از آن زمان این مزیت ارتباطی را نشان داده‌اند. در «زیباترین آزمایش» که تا‌کنون انجام شده است، طبق نظر روبینو، جیان-وی پن در دانشگاه علم و فن‌آوری چین در هیفی در سال ۲۰۱۹ نشان داد که دو طرف می‌توانند رشته‌های بلند بیت‌ها را به صورت نمایی با انتقال بیت‌ها در هر دو جهت در یک زمان به جای یک ترتیب علّی ثابت مقایسه کنند - مزیتی که توسط بروکنر و همکاران نویسنده در سال ۲۰۱۶ پیشنهاد شده است. یک گروه دیگر در هیفی در ماه ژانویه گزارش دادند که در‌حالی‌که موتورها معمولا نیاز به یک مخزن گرم و سرد برای کار دارند، با یک سوئیچ کوانتومی آن‌ها می‌توانند گرما را از مخازن با دمای یکسان استخراج کنند-یک کاربرد شگفت‌انگیز که یک سال پیش توسط نظریه‌پردازان آکسفورد پیشنهاد شد. بلافاصله مشخص نیست که چگونه این کار تجربی را برای بررسی گرانش کوانتومی گسترش دهیم. تمام مقالات در مورد سوئیچ کوانتومی در ارتباط بین جاذبه کوانتومی و علیت نامحدود سر تکان می‌دهند.

اما ابر موقعیت‌های اشیا عظیم-که متریک فضا-زمان را به چندین روش در یک زمان گسترش می‌دهند-به سرعت فرو می‌ریزد به طوری که هیچ‌کس به این فکر نکرده است که چگونه فازی بودن روابط علت و معلولی را تشخیص دهد.

بنابراین در عوض محققان به آزمایش‌ها فکری روی می‌آورند.

شاید مطالعه مقاله زمانی که محاسبات کوانتومی، با رایانش ابری ملاقات می‌کند. برای شما جذاب باشد.

اصل معادلات کوانتومی

شما آلیس و باب را به یاد می‌آورید. تصور کنید که آن‌ها در سفینه‌های آزمایشگاهی جداگانه نزدیک زمین مستقر شده‌اند. زمین به طرز شگفت‌انگیزی (اما نه به طور غیر‌محتمل) در یک برهم‌نهی کوانتومی از دو مکان مختلف قرار دارد.

شما به یک سیاره کامل برای برهم‌نهی جاذبه برای ایجاد عدم قطعیت سببی نیاز ندارید: حتی یک اتم، وقتی که در یک برهم‌نهی دو مکان قرار دارد، متریک را به دو روش به طور همزمان تعریف می‌کند. اما وقتی در مورد آنچه که در اصل قابل‌اندازه‌گیری است صحبت می‌کنید، ممکن است بزرگ شوید. در یک شاخه از این وضعیت، زمین به آزمایشگاه آلیس نزدیک‌تر است، و بنابراین ساعت او آهسته‌تر تیک‌تاک می‌کند. در شاخه دیگر، زمین به باب نزدیک‌تر است، بنابراین ساعت او آهسته‌تر تیک‌تاک می‌کند.

اول، یک فوتون توسط یک شکاف‌دهنده پرتو به دو مسیر ممکن تقسیم می‌شود و به سمت آزمایشگاه آلیس و باب می‌رود. راه‌اندازی به گونه‌ای است که در شاخه برهم‌نهی جایی که ساعت آلیس آهسته‌تر تیک می‌زند، اول فوتون به آزمایشگاه باب می‌رسد؛ او قطبش آن را می‌چرخاند و فوتون را به آلیس می‌فرستد، که بعد چرخش خود را انجام می‌دهد و فوتون را به شخص سومی، چارلی، در آزمایشگاه سوم دوردست می‌فرستد. در شاخه دیگر این برهم‌نهی، فوتون ابتدا به آلیس می‌رسد و از او به باب و چارلی می‌رود. درست مانند مثال کلید کوانتومی، این «کلید کوانتومی گرانشی» یک برهم‌نهی از A و B و سپس A ایجاد می‌کند.

سپس چارلی دو مسیر فوتون را کنار هم می‌آورد و قطب آن را اندازه‌گیری می‌کند. آلیس، باب و چارلی آزمایش را بارها و بارها انجام می‌دهند. آن‌ها دریافتند که چرخش‌ها و نتایج اندازه‌گیری آن‌ها به قدری از نظر آماری هم‌بسته هستند که چرخش‌ها باید در یک ترتیب علّی نامحدود رخ دهند.

به منظور تجزیه‌و‌تحلیل عدم قطعیت علّی در سناریوهایی مانند این، محققان وین یک روش رمزگذاری احتمالات برای مشاهده نتایج مختلف در مکان‌های مختلف بدون ارجاع به یک زمان پس‌زمینه ثابت، مانند روش علت و معلولی هاردی توسعه دادند. «فرمالیسم ماتریس فرآیند» آن‌ها می‌تواند به احتمالاتی رسیدگی کند که به طور علّی یکدیگر را در هیچ جهتی، یک جهت یا هر دو را در یک زمان تحت‌تاثیر قرار نمی‌دهند. بروکنر گفت: «شما به خوبی می‌توانید شرایطی را تعریف کنید که تحت آن می‌توانید این احتمالات را حفظ کنید اما فرض نکنید که احتمالات قبل یا بعد از آن هستند.»

در همین حال، هاردی به هدف خود در فرمول‌بندی نسبیت عام در چارچوب علیت در سال ۲۰۱۶ دست یافت. در اصل، او راهی خیالی برای دسته‌بندی دسته کارت‌های خود پیدا کرد. او نشان داد که شما می‌توانید هر اندازه‌گیری را که ممکن است بر روی یک فضای انتزاعی عاری از فرضیات علّی انجام دهید، ترسیم کنید. برای مثال، ممکن است یک قطعه کوچک از جهان را بررسی کنید و هر چیزی را که می‌توانید در مورد آن اندازه‌گیری کنید - چگالی اکسیژن، مقدار انرژی تاریک، و غیره. سپس شما می‌توانید اندازه‌گیری‌های این قطعه را به عنوان یک نقطه منفرد در یک فضای انتزاعی با ابعاد بالا ترسیم کنید، نقطه‌ای که دارای یک محور متفاوت برای هر کمیت قابل‌اندازه‌گیری است.

هر چند قطعه فضا-زمان را که می‌خواهید تکرار کنید. بعد از اینکه محتویات فضا-زمان را در این فضای دیگر نگاشت کردید، الگوها و سطوح شروع به ظاهر شدن می‌کنند. طرح تمام همبستگی‌هایی که در فضا-زمان وجود داشتند را حفظ می‌کند، اما در حال حاضر هیچ حسی از زمان پس‌زمینه، یا علت و معلول وجود ندارد.

سپس می‌توانید از چارچوب علّی برای ایجاد عباراتی برای احتمالات مربوط به مناطق بزرگ‌تر و بزرگ‌تر نمودار استفاده کنید. این چارچوب مشترک برای مکانیک کوانتومی و نسبیت عام ممکن است زبانی را برای گرانش کوانتومی فراهم کند و هاردی مشغول بررسی مراحل بعدی است.

ممکن است به مطالعه مقاله کامپیوتر کوانتومی نوری قابل‌برنامه‌ریزی دیر اما پربار به بازار می‌آید! علاقمند باشید.

با کسب اجازه از ماگدالنا زیچ یک مفهوم وجود دارد که هم او و هم‌ نظریه‌پردازان وین اخیرا به عنوان یک پل بالقوه برای آینده شناسایی شده‌اند، فیزیک پس از علّی: یک «اصل برابری کوانتومی» مشابه با اصل برابری که، یک قرن پیش، راه را برای نسبیت عام به انیشتین نشان داد. یکی از راه‌های بیان اصل تعادل انیشتین این است که با وجود اینکه فضا-زمان می‌تواند به شدت کشیده و منحنی شود، تکه‌های محلی آن (مانند داخل یک آسانسور در حال سقوط) تخت و کلاسیک به نظر می‌رسند، و فیزیک نیوتنی اعمال می‌شود. هاردی گفت: «اصل برابری به شما اجازه داد تا فیزیک قدیم را در فیزیک جدید پیدا کنید.»

« این کار به اندازه کافی به انیشتین کمک کرد.» این اصل مشابه است: گرانش کوانتومی به متریک فضا-زمانی اجازه می‌دهد تا به طور همزمان به چندین روش منحنی شود. این بدان معنی است که هر رویدادی چندین مخروط نور ناهمخوان خواهد داشت-به طور خلاصه، علیت نامحدود است. اما هاردی اشاره می‌کند که اگر به معیارهای فضا-زمانی مختلف نگاه کنید، می‌توانید راهی برای شناسایی نقاط پیدا کنید به طوری که مخروط‌های نور، حداقل به صورت محلی، با هم مطابقت داشته باشند. نکاتی که در آینده یک مخروط نوری وجود دارند، در آینده مخروط دیگر نیز وجود دارند، بنابراین ساختار علّی محلی آن‌ها با این موضوع موافق است.

اصل تعادل کوانتومی هاردی ادعا می‌کند که همیشه چنین نکاتی وجود خواهند داشت. او گفت: «این راهی برای مقابله با سستی ساختار علّی نامحدود است.» انیشتین در سال ۱۹۰۷ با اصل هم‌ارزی خود مطرح شد و تا سال ۱۹۱۵ طول کشید تا نسبیت عام را به کار گیرد؛ هاردی امیدوار است مسیر مشابهی را در تعقیب گرانش کوانتومی ترسیم کند، اگرچه اشاره می‌کند که «من به باهوشی انیشتین نیستم و جوان هم نیستم.»

بروکنر، فلامینینیا جیاکومینی و دیگران ایده‌های مشابهی را در مورد چارچوب‌های مرجع کوانتومی و اصول تعادل دنبال می‌کنند. هنوز مشخص نیست که رویکرد عملیاتی این محققان نسبت به گرانش کوانتومی چگونه با تلاش‌هایی مانند نظریه ریسمان و گرانش کوانتومی حلقه، که در آن دو مورد به طور مستقیم به دنبال کوانتیزه کردن گرانش به واحدهای گسسته هستند، برخورد می‌کند («رشته‌ها» یا «حلقه‌های» کوچک نامرئی). بروکنر اشاره می‌کند که این رویکردهای اخیر «پیامدهای عملیاتی فوری ندارند». او نیز مانند هاردی ترجیح می‌دهد « تلاش کند تا مفاهیم درگیر را روشن سازد و سعی کند آن‌ها را به چیزهایی که ما می‌توانیم، در اصل، رعایت کنیم، مرتبط سازد.»

اما در نهایت گرانش کوانتومی باید به طور خاص پاسخ دهد نه فقط به این سوال که چه چیزی را می‌توانیم مشاهده کنیم؟

به گفته زیچ، تحقیق بر روی ساختارهای علّی نامحدود به جستجو برای یافتن نظریه کامل گرانش کوانتومی به دو روش کمک می‌کند: با ارائه یک چارچوب ریاضی، و با اطلاع از توسعه نظریه‌های خاص، زیرا استدلال باید در هر رویکردی به کوانتش گرانش باقی بماند. او گفت: «ما در حال ساختن شهود در مورد پدیده مرتبط با ویژگی‌های کوانتومی نظم موقتی و علّی هستیم، که به ما کمک خواهد کرد تا در یک نظریه جاذبه کوانتومی کامل به این مسائل بپردازیم.»

هاردی در حال حاضر در همکاری تحقیقاتی بزرگی به نام Qiss شرکت می‌کند که هدف آن، جوامع باروری متقابل محققانی مانند او، با پس‌زمینه‌هایی در مبانی کوانتومی و اطلاعات کوانتومی، با دیگر جوامع محققان گرانش کوانتومی است. کارلو روولی، یک نظریه‌پرداز گرانش کوانتومی حلقه شناخته‌شده در دانشگاه اکس-مارسی در فرانسه کهQISS را رهبری می‌کند، هاردی را «یک متفکر دقیق» می‌داند که به مسائل «از دیدگاهی متفاوت و با زبانی متفاوت» می‌پردازد که روولی آن را مفید می‌داند.

هاردی فکر می‌کند که چارچوب علت و معلولی او ممکن است با حلقه‌ها یا رشته‌ها سازگار باشد، به طور بالقوه نشان می‌دهد که چگونه آن نظریه‌ها را به شیوه‌ای تدوین کند که اشیا در حال تکامل در برابر زمان پس‌زمینه ثابت را تصور نکند. او گفت: «ما در تلاشیم تا مسیرهای مختلفی را در بالای کوه پیدا کنیم.» او گمان می‌کند که مطمئن‌ترین مسیر برای گرانش کوانتومی مسیری است که « این ایده ساختار علّی نامحدود را در قلب خود دارد.»

این متن با استفاده از ربات مترجم مقاله کوانتوم ترجمه شده و به صورت محدود مورد بازبینی انسانی قرار گرفته است.در نتیجه می‌تواند دارای برخی اشکالات ترجمه باشد.

مقالات لینک‌شده در این متن می‌توانند به صورت رایگان با استفاده از مقاله‌خوان ترجمیار به فارسی مطالعه شوند.