Kuantum dolaşıklığı, modern fizikçiler için en zorlu çalışma alanlarından biri olmaya devam ediyor. Einstein tarafından “uzaktan ürkütücü eylem” olarak tanımlanan bilim adamları, kuantum mekaniğinin bu yönünün klasik mekanikle nasıl bir arada varolabileceğini uzlaştırmaya çalıştılar. Esasen, iki parçacığın uzak mesafelere bağlanabilmesi, yerellik ve gerçekçilik kurallarını ihlal etmektedir.
Resmi olarak, bu onlarca yıl boyunca kuantum mekaniğiyle tutarsız olmasına rağmen yerin ve gerçekçiliğin geçerli olduğunu göstermek için kullanılan bir teori olan Bell’in Ineqaulity 'in ihlalidir. Bununla birlikte, yakın tarihli bir çalışmada, Ludwig-Maximilian Üniversitesi'nden (LMU) ve Münih'teki Max Planck Kuantum Optik Enstitüsü'nden bir araştırma ekibi, Bell’in Eşitsizliğini bir kez daha ihlal eden ve dolaşıklığın varlığını kanıtlayan testler gerçekleştirdi.
“Tespit ve Yerellik Loopholes'ları Eşzamanlı Olarak Kapatayan Dolaşmış Atomlar Kullanarak Etkinliğe Hazır Çan Testi” başlıklı çalışmaları, Fiziksel İnceleme Mektupları. LMU'da bir fizikçi olan Wenjamin Rosenfeld ve Kuantum Optikler için Max Planck Enstitüsü tarafından yönetilen ekip, uzaktan iki parçacığı karıştırarak Bell’in Eşitsizliğini test etmeye çalıştı.
Bell’in Eşitsizliği (adını 1964'te öneren İrlandalı fizikçi John Bell'den almıştır) temelde nesnelerin özelliklerinin gözlemlenmekten (gerçekçilik) bağımsız olduğunu ve hiçbir bilginin veya fiziksel etkinin ışık hızından (yerellik) daha hızlı yayılamayacağını belirtir. Bu kurallar, insanların belirli bir alanda ve zamanda kök saldığı ve bir gözlemciden bağımsız olarak var olduğu günlük temelde yaşadığımız gerçeği mükemmel bir şekilde tanımladı.
Bununla birlikte, kuantum düzeyinde, işler bu kurallara uygun görünmemektedir. Parçacıklar büyük mesafelerde (yani dolaşma) yerel olmayan yollarla birleştirilemez, aynı zamanda bu parçacıkların özellikleri ölçülene kadar tanımlanamaz. Tüm deneyler kuantum mekaniğinin tahminlerinin doğru olduğunu doğrulasa da, bazı bilim adamları yerel gerçekçiliğe izin veren boşluklar olduğunu iddia etmeye devam ettiler.
Bunu ele almak için Münih ekibi, LMU'da iki laboratuvar kullanarak bir deney yaptı. İlk laboratuvar fizik bölümünün bodrum katında bulunurken, ikincisi yaklaşık 400 metre uzaklıktaki ekonomi bölümünün bodrum katındaydı. Her iki laboratuvarda, ekipler topikal bir tuzakta tek bir rubidyum atomu yakaladı ve tek bir foton serbest bırakana kadar onları heyecanlandırmaya başladı.
Wenjamin Rosenfeld'in bir Max Planck Enstitüsü basın bülteninde açıkladığı gibi:
“İki gözlemci istasyonumuz bağımsız olarak çalıştırılıyor ve kendi lazer ve kontrol sistemleri ile donatılmış durumda. Laboratuarlar arasındaki 400 metrelik mesafe nedeniyle, birinden diğerine iletişim, ölçüm işleminin süresinden çok daha fazla olan 1328 nanosaniye sürecektir. Dolayısıyla, bir laboratuvardaki ölçüm hakkında hiçbir bilgi diğer laboratuvarda kullanılamaz. Yerellik boşlukunu bu şekilde kapatıyoruz. ”
İki rubidyum atomu bir foton salma noktasına kadar heyecanlandıktan sonra, rubidyum atomlarının spin durumları ve fotonların polarizasyon durumları etkili bir şekilde birbirine dolanmıştı. Fotonlar daha sonra optik fiberlere bağlandı ve parazite getirildikleri bir düzeneğe yönlendirildi. Sekiz gün boyunca bir ölçüm çalışması yaptıktan sonra, bilim adamları işaretlerin dolaşmasını kontrol etmek için yaklaşık 10.000 olay topladılar.
Bu, aynı yönde (ya da dolaşıklığın türüne bağlı olarak ters yönde) işaret eden iki sıkışmış rubidyum atomunun spinleri ile belirtilmişti. Münih ekibinin bulduğu şey, olayların büyük çoğunluğu için atomların aynı durumda (veya zıt durumda) olması ve Bell’in Eşitsizliği ile tutarlı olarak sadece altı sapma olmasıydı.
Bu sonuçlar aynı zamanda Hollandalı fizikçilerden oluşan bir ekip tarafından 2015 yılında elde edilenlerden istatistiksel olarak daha anlamlıydı. Bu çalışma uğruna, Hollanda ekibi, 1.3 km uzaklıktaki laboratuarlarda elmaslardaki elektronları kullanarak deneyler gerçekleştirdi. Sonunda, sonuçları (ve Bell’in Eşitsizliğinin diğer son testleri), kuantum dolaşıklığının gerçek olduğunu ve yerel gerçekçilik boşluklarını etkili bir şekilde kapattığını gösterdi.
Wenjamin Rosenfeld'in açıkladığı gibi, ekibi tarafından yapılan testler de başka bir önemli konuyu ele alarak bu diğer deneylerin ötesine geçti. “Atomların dönme durumunu çok hızlı ve verimli bir şekilde belirleyebildik” dedi. “Böylece ikinci bir potansiyel boşluğu kapattık: gözlemlenen ihlalin tespit edilen atom çiftlerinin eksik bir örneğinden kaynaklandığı varsayımı”.
Bilim adamları, Bell’in Eşitsizliğinin ihlal edildiğine dair kanıt elde ederek, sadece klasik ve kuantum fiziği arasındaki kalıcı uyuşmazlığın giderilmesine yardımcı olmuyorlar. Ayrıca bazı heyecan verici olanaklara kapı açıyorlar. Örneğin, bilim adamları yıllardır, sıfırları ve ikili kod olanlarını simüle etmek için dolaşıklıklara dayanan kuantum işlemcilerin geliştirilmesini beklemektedir.
Kuantum mekaniğine dayanan bilgisayarlar, geleneksel mikroişlemcilerden katlanarak daha hızlı olacak ve yeni bir araştırma ve geliştirme çağını başlatacaktı. Bilgilerin şifrelenmesi için kuantum şifrelemenin kullanılacağı siber güvenlik için de aynı ilkeler önerilmiştir ve bu da onu geleneksel bilgisayarlara güvenen bilgisayar korsanlarına karşı savunmasız hale getirir.
Son olarak, ama kesinlikle en önemlisi, bilgiyi ışık hızından daha hızlı iletmemize izin verecek bir yöntem olan Kuantum Entanglement Communications kavramı var. Göreli iletişimin sınırlarına artık bağlı olmadığımızda uzay yolculuğu ve keşif olanaklarını hayal edin!
Einstein, kuantum dolaştırmaları “ürkütücü eylem” olarak nitelendirdiğinde yanlış değildi. Gerçekten de, bu fenomenin etkilerinin çoğu fizikçiler için büyüleyici olduğu kadar korkutucudur. Fakat bunu anlamaya ne kadar yaklaşırsak, Evrenin bilinen tüm fiziksel güçlerinin nasıl bir araya geldiğini anlamak için o kadar yakın olacağız - aka. Her Şeyin Teorisi!
