“Kuantum dolaşıklığı”, modern bilimkurgu filmlerinde karşımıza çıkan birkaç olay örgüsünden biridir. Örneğin, Marvel süper kahraman filmlerinin hayranları, farklı zaman çizgilerinin birleştiği ve kesiştiği ya da karakterlerin kaderlerinin görünüşte sihirli yollarla iç içe geçtiği fikrine aşina olacaklardır.
Ancak “kuantum dolaşıklığı” sadece bir bilimkurgu moda sözcüğü değildir. Bu çok gerçek, şaşırtıcı ve faydalı bir fenomendir. “Dolaşıklık”, doğanın davranışını atomik ve hatta atom altı düzeyde tanımlayan bir teori olan kuantum mekaniği olarak bilinen fizikteki daha geniş fikir koleksiyonunun bir yönüdür.
Dolaşmayı anlamak ve kullanmak, birçok son teknolojiyi yaratmanın anahtarıdır. Bunlar, belirli sorunları sıradan bilgisayarlardan çok daha hızlı çözebilen kuantum bilgisayarları ve en ufak bir kulak misafiri dinleme olasılığı olmadan birbirimizle iletişim kurmamızı sağlayacak kuantum iletişim cihazlarını içerir.
Fakat kuantum dolaşıklık tam olarak nedir? Kuantum mekaniğinde, parçacıklardan biri, diğeri hakkındaki tüm bilgiler dahil edilmeden mükemmel bir şekilde tanımlanamadığında, iki parçacığın dolaşmış olduğu söylenir : parçacıklar, birbirinden bağımsız olmayacak şekilde “bağlıdır”. Bu tür bir fikir ilk bakışta mantıklı görünse de, kavraması zor bir kavramdır ve fizikçiler hala bu konuda daha fazla şey öğrenmektedir.
ne kadar olduğunu söyle
Size ve arkadaşınız Thandi’ye küçük, opak bir kara kutu verdiğimi varsayalım. Her kutuda sıradan bir altı yüzlü kalıp bulunur. Zarları karıştırmak için ikinize de kutularınızı hafifçe sallamanız söylendi. Sonra yollarını ayırıyorsun. Thandi bir Güney Afrika şehri olan Cape Town’a gider; bir başkasına dönersin, Durban. Süreç boyunca birbirinizle iletişim kurmuyorsunuz. Eve geldiğinizde, her biriniz kutunuzu açın ve kalıbınızdaki yukarı bakan sayıya bakın.
Normalde, Thandi’yle sizin gördüğünüz sayılar arasında bir bağıntı olmazdı. Sizin gibi, 1 ile 6 arasında herhangi bir sayıyı gözlemleme olasılığı eşit olacaktır; Daha da önemlisi, onun kalıbında gördüğü sayının, seninkinde gördüğün sayıyla hiçbir ilgisi olmayacaktı.
Bu şaşırtıcı değil – aslında, dünya normalde böyle işliyor. Ancak bu örneği “kuantum” haline getirebilirsek, oldukça farklı davranabilir. Şimdi Thandi’ye ve size, önce kutuları hafifçe birbirine vurmanızı, sonra ayrı ayrı sallamanızı ve ayrı yollara gitmenizi söylediğimi varsayalım.
Kuantum mekaniği benzetmesinde, kutuları birbirine vurma eylemi, zarları büyüleyecek ve onları gizemli bir şekilde birbirine bağlayacak – veya dolaştıracak -: eve vardığınızda, kutularınızı açın ve sayılara, numaranıza ve Thandi’nin sayısına bakın. mükemmel bir şekilde ilişkili olduğu garanti edilir. Durban’da bir ‘4’ görürseniz, Cape Town’daki Thandi’nin kalıbında da bir ‘4’ ölçmesinin garanti olduğunu bilirsiniz; Eğer bir ‘6’ görürseniz, o da görecektir.
Bu benzetmede, zar bireysel parçacıkları temsil eder (atomlar veya foton adı verilen ışık parçacıkları gibi) ve kutuları fiziksel olarak birbirine vurmanın sihirli eylemi onları dolaştırır, böylece bir kalıbın ölçülmesi bize diğeri hakkında bilgi verir.
Daha iyi dolaşma yapmak
Bildiğimiz kadarıyla, insani, makroskopik ölçeğimizde bir çift zar veya diğer nesneleri büyülemek için sihirli bir kutuya vurma eylemi yok (eğer olsaydı, kuantum mekaniğini günlük hayatımızda deneyimleyebilirdik ve muhtemelen olmazdı. çok yabancı, kafa karıştırıcı bir kavram olabilir). Şimdilik bilim adamları, iyon adı verilen yüklü atomlar veya transmon adı verilen özel süper iletken cihazlar gibi kuantum etkilerini gözlemlemenin çok daha kolay olduğu mikroskobik düzeydeki şeyleri kullanmakla yetinmek zorundalar .
Bu, Güney Afrika’daki Witwatersrand Üniversitesi Yapılandırılmış Işık Laboratuvarı’nda yürütülen türden bir çalışmadır . Bununla birlikte, laboratuvardaki araştırmacılar, kuantum mekaniğini ve etkilerini daha iyi anlamak için iyonlar veya transmonlar yerine foton adı verilen ışık parçacıklarını kullanırlar. Işığın kuantum doğasını çeşitli amaçlarla kullanmakla ilgileniyoruz: kötü niyetli bir üçüncü tarafça tamamen hacklenemeyen verimli iletişim sistemleri tasarlamaktan, hassas biyolojik örnekleri onlara zarar vermeden görüntüleme yöntemleri oluşturmaya kadar.
Bunun gibi çalışmalar genellikle, özel olarak oluşturulmuş dolanık foton halleriyle başlamamızı gerektirir. Ancak bu, iki zarı ayrı kutulara koyup onları birbirine vurmak kadar basit değil. Gerçek bir laboratuvarda dolanık fotonlar oluşturmak için kullanılan işlemler birçok deneysel değişken tarafından sınırlandırılmıştır. Bunlar, deneylerde kullanılan lazer ışınlarının şeklini ve dolaşık fotonların oluşturulduğu küçük kristallerin boyutlarını içerir. Bunlar, araştırmacıların bir deney yapıldıktan sonra bazı ölçümleri seçici olarak atmasını gerektiren ortalamanın altında çıktılar veya ideal olmayan durumlar verebilir. Bu optimal bir durum değildir: fotonlar atılır ve böylece enerji boşa harcanır.
Ben de dahil olmak üzere laboratuvardan bir grup araştırmacı bu sorunu çözmek için yakın zamanda bir adım attı. Bir dergi makalesinde , bir deneycinin deneylerine başlamak isteyeceği karışık durumu mümkün olan en iyi şekilde oluşturmak için optimal lazer şeklinin ne olması gerektiğini matematiksel olarak hesapladık. Yöntem, deneyde daha sonra dolaşık foton oluşturma sürecini en üst düzeye çıkarmak için bir deneyin başında giriş lazer ışını şeklini değiştirmeyi önerir. Bu, deneyinizi istediğiniz şekilde gerçekleştirmek için daha fazla foton ve daha az başıboş foton anlamına gelir.
Önerilen gibi teknikleri kullanarak dolaşıklık yaratma ve manipülasyon sürecinin verimliliğini artırmak, kuantum kriptografi sistemleri ve daha önce bahsedilen diğer teknolojiler gibi bir dizi başka kuantum teknolojisinin verimliliğini optimize etmek için önemli olacaktır. Dördüncü sanayi devrimi küresel olarak ilerlerken ve özünde kuantum mekaniği olan teknolojiler kuşkusuz daha yaygın hale geldiğinden , bu özellikle önemlidir .