Kuantum Yarışında, Hem Kazanan Hem Kaybedensindir

Fizik yasalarını kullanarak doğayı açıklarken, bilim insanları genellikle günlük deneylerden başlar. Ancak, bizim genel sezgilerimiz kuantum dünyası için geçerli değildir. Fizikçiler yakınlarda kuantum teorisinin bizi herhangi bir şeyin oluşma düzeni gibi “doğadan gelen” konseptleri dahi sorgulamaya ittiğini fark ediyor. Örnek olarak iki arkadaş olan Alice ve Bob arasındaki bir yarışı hayal edelim. Günlük hayatta kazanan, bitiş çizgisine ilk varandır. Ya da berabere kalırlar. Ancak yaptığımız bu muhakeme kuantum dünyasında her zaman geçerli değildir. Hatta kuantum mekaniği her yarışçının bir yarışta kazanmasını ve kaybetmesini göz önüne alır: Kuantum süperpozisyonunda Alice bitiş çizgisine Bob’dan önce de sonra da varabilir. Böyle bir kuantum yarışı düzenlesek bile, her iki yarışçının da süperpozisyonda kazandığını nasıl kanıtlayabiliriz? Sorunun bir kısmı şu ki; kuantum mekaniği, yarışı gözlemlediğimizde yarışın “çökeceğini” söyler. Bunun anlamı, biz sadece Alice’in kazandığını ya da kaybettiğini görüyoruz, süperpozisyonu göremiyoruz.

Operatörlerin Karışık Düzenine Şahitlik Etmek

Viyana Üniversitesi’nden Philip Walther önderliğinde bir grup fizikçi “nedensel tanık” isimli, Alice’in aynı anda hem kazandığını hem de kaybettiğini görmeyi mümkün kılan yeni bir ölçüm uyguladı. Bu heyecan verici ölçüm tekniği Avusturya Bilimler Akademisi’nden Caslav Brukner’ın teori grubu tarafından tasarlandı. Nedensel tanık matematiksel bir araçtır. Bu yeni aracı kullanarak, fizikçiler süperpozisyonda Alice’in sadece kazanıp kaybettiğini görmekten fazlasını yapabilecek: iki durumdan hangisinin üste konduğunun derecesini ölçebilecekler.

Mikroskobik boyutta bir kuantum yarışı düzenlemektense, bilim insanları ışık parçacıkları üzerinde etkisi olan iki kuantum operatörünü üst üste bindirdi. Deneylerinde, fizikçiler fotonları süperpozisyonda iki farklı yörüngeye yerleştirdi. Daha sonra her iki yol iki farklı kuantum operatörü ile farklı düzenlere yönlendirdi. Aynı zamanda daha önce ekip, bu şekilde üst üste binen bir düzende kuantum operatörü oluşturmuştu ve süperpozisyonu dolaylı olarak kanıtlamıştı.

Geçici tanığı uygulamak için, fizikçilerin mahvetmeden hayli narin olan kuantum prosesinin içinden bilgi almayı sağlayacak bir şema düzenlemesi gerekti. Bunu yapmak için, foton bir kuantum operatöründen geçtiğinde esasen bayrak kaldıracak başka bir kuantum sistemi kullandılar. Aslında bu da sistemi çökertebilirdi, fizikçiler süperpozisyonu bozulmadan tutarak ek kuantum sistemini kullanmak için yeni bir püf noktası buldu. Yeni teknik sadece genel süperpozisyon hakkında bilgi alımını sağlıyor. Operatör düzeniyle ilgili bilgi sağlamıyor. Bu ölçümlerin sonucunda araştırmacılar fotonların iki düzende iki kuantum operatöründen aynı anda geçtiğini doğruladı. 

Gelecekteki Etkileri

Gerçek şu ki, kuantum operatörlerinin düzeninin kuantum süperpozisyonlarına konabilmesi, kuantum mekaniğindeki çalışmalar için yeni bir oyun alanı açıyor. Teorik açıdan, bu zaten kuantum mekaniğindeki “nedensel ilişkiler” üzerine bir çok çalışmada ve önermelerde belirtildi. Her nasılsa, bu önermeleri deneye dönüştürmek oldukça zor. Çalışmanın başyazarı şöyle söylüyor; “Bu proseste kuantum doğalarını bozmadan içeriden nasıl bilgi alabileceğimizi gösterdiği için, deneysel gösterimimiz bu alanda oldukça önemli bir adım.”

Grubun bir sonraki hedefi yeni teknolojik gelişmeleri kullanarak daha karmaşık proseslerin süperpozisyonlarını oluşturmak. Bu, nedensel ilişkiler ve kuantum mekaniği arasındaki etkileşime daha derin kavrayışlar kazandıracak. Daha ötesi, sabit bir işlem sırasına sahip kuantum bilgisayarları kullanarak mümkün olanın ötesinde görevleri optimize etmek için ilginç, yeni bir yol sunacak.

Kaynak: sciencedaily.com