Bilim İnsanları İlk Kez Karşı Olgusal Kuantum İletişimi Sağladılar

KARŞI-OLGUSAL İLETİŞİM

Klasik kuantum iletişiminin garipliğine, iki alıcı arasında herhangi bir parçacığın hareket etmediği kuantum iletişim türü olarak adlandırılan karşı-olgusal iletişim de katıldı.

Teorik fizikçiler uzun zamandır bu tür bir iletişimin mümkün olabileceğini öne sürdü, ancak araştırmacılar, herhangi bir fiziksel parçacık göndermeden bir yerden bir başka yere siyah-beyaz bir bitmap görüntüsü aktararak ilk defa deneysel olarak başarabildiler. Konuyu daha açık hale getirmek adına öncelikle, aynı zamanda kuantum ışınlanması olarak da bilinen standart kuantum iletişimi hakkında konuşalım, çünkü parçacık içermeyen bir bilgi aktarımı şekli fazlasıyla sıra dışı bir durumdur.

Bilinen kuantum ışınlanması, dolanıklık prensibine dayanır. Yani, birbirlerine ayrılmaz şekilde bağlanan iki parçacıktan birine bir şey olduğunda, aralarındaki mesafeye bakmaksızın diğer parçacık da aynı şekilde etkilenecektir. Bu durumu Einstein ‘uzaktan ürkünç eylem’ veya güncel tabir ile ‘uzaktan hayaletimsi eylem’ şeklinde ifade etmiştir ve bilim insanları, aşırı uzak mesafelere mesaj iletmek için bu yöntemi hala kullanmaktadırlar. Bu türde bir kuantum ışınlanması parçacıkların belli bir formda alıcıya iletimine dayanır. Genellikle her iki parçacık, mesajın karşı uçtaki insanlara gönderilmeden önceki dolanıklık durumunda birbirlerinden ayrılmamaya eğilimlidirler.

Kısacası, parçacıklar tek bir merkezden yola çıkmalı ve karşı taraf ile iletişim kurulabilmesi için hedef noktadaki parçacıklara ayrılmadan ulaşmalıdırlar. Kuantum dolanıklık yoluyla bilgi paylaşımında, çift parçacıklar aynı kuantum durumunu paylaşarak, başlangıçtaki dolanıklığı mesaj yerine ulaşana kadar sürdürürler. Mesaj bu şekilde bölünmeden ve alıcıya iletilir.

(Görsel 1)

Alternatif olarak, parçacıklar belirli bir mesafede dolanık olabilirler, ancak fotonlar gibi farklı parçacıklara ihtiyaç duyarlar. Bunun aksine, doğrudan karşı-olgusal kuantum iletişimi, kuantum dolaşımı dışında, Kuantum Zeno etkisi adı verilen bir olguya dayanıyor. Kuantum Zeno etkisi kararsız bir kuantum sistemi yinelenerek gözlemlendiğinde meydana gelmektedir.

Kuantum dünyasında, bir sistemi gözlemlediğinizde veya ölçmeye çalıştığınızda sistem sürekli olarak değişir. Kararsız parçacıklar gözlemlenirken herhangi bir bozulma veya değişim meydana gelmez. Bu nedenle Kuantum Zeno etkisi etkili bir şekilde korunmuş bir sistem yaratır.

Karşı-olgusal kuantum iletişimi de temelde Zeno etkisine dayanır ve aralarında herhangi bir parçacık aktarımı olmadan bir kuantum durumun bir merkezden diğerine iletilmesi olarak tanımlanır. Zeno etkisinin iki farklı merkez arasında kullanılabilmesi için bir kuantum kanalına ihtiyaç vardır; bu da bir kuantum parçacığının kanaldan geçebileceği ihtimalinin olduğunu gösterir ki, böyle bir durumda temel sistem yenilenir.

Böylesine karmaşık bir sistemi oluşturmak için, Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi'nden araştırmacılar, bir dizi ışın bölücünün çıkış portlarına iki adet foton algılayıcı yerleştirdiler. Kuantum Zeno etkisinden dolayı sistem belirli bir konumda sabitlendi, böylece çıkış portlarından fotonlar geçtiğinde algılayıcılardan hangisini tıklayacakları tahmin edilebilirdi. Gözlemlenmeyen iletim sırasında sistemin değişmediğinden emin olmak için, maddelerin kırılma indislerinin ölçümünde kullanılan girişimölçer (interferometre) kullanıldı. Deney başarılı oldu, çünkü kuantum dünyasında bütün ışık parçacıkları, dalga işlevleriyle tanımlanabilmektedir. Dolayısıyla, araştırmacılar mesajları ışığa gömdükleri için, herhangi bir parçacık göndermeden bilgiyi fotonlar aracılığıyla doğrudan iletebildiler.

(Görsel 2)

CEVAP IŞIKTA

Ekip, bu deneyin temel fikrinin holografik teknolojiden geldiğini belirtiyor.

Araştırmacıların National Academy of Sciences dergisinde de belirttiği gibi; holografi, 1940'lı yıllarda sadece ışık yoğunluğunu değil aynı zamanda ışık fazını da kaydetmek için yeni bir görüntüleme tekniği olarak geliştirildi. Ancak, ışık fazı görüntü aktarımı için de kullanılabilir mi? Cevap, evet.

Temel fikre dönecek olursak, biri Alice'e, kuantum dünyasında bir dalga olmayan ancak dalgaymış gibi davranan ışığı kullanarak bir görüntü göndermek istiyor. Alice, üç foton algılayıcısı tarafından algılanabilen iç içe geçmiş girişimölçere tek bir fotonu aktarır. Girişimölçerlerin isimleri ise D-0, D-1 ve D-F olsun.

Eğer D-0 veya D-1 tıklandıysa, Alice 1 veya 0’a dayalı mantıksal bir sonuca varabilir. D-F tıklandığında ise iletim sonuçsuz kabul edilir.

Christopher Packham’ın www.phys.org için yaptığı açıklamaya göre, tüm bitlerin iletişimi sonrasında araştırmacılar, Çin düğümünün tek renkli bir bitmapına ait görüntüyü yeniden bir araya getirebildiler. Siyah pikseller mantıksal olarak 0, beyaz pikseller ise 1 olarak tanımlandı. Işığın yoğunluğunun göz ardı edildiği deneyde, ışığın kendisi bilgi taşıyıcısı haline geldi.

Araştırmacıların gördüklerinin karşı-olgusal kuantum iletişiminin gerçek bir örneğini oluşturduğundan emin olmak için sonuçların bağımsız farklı araştırmacılar tarafından doğrulanması gerekecek. Ancak her iki durum da bize kuantum dünyasının ne kadar tuhaf ve keşfedilmeye açık olduğunu gösteriyor.

Makale Kaynağı: http://www.sciencealert.com/scientists-have-achieved-direct-counterfactual-quantum-communication-for-the-first-time

Görsel 1: http://cdn1.collective-evolution.com/assets/uploads/2016/07/QuantumPhysics-759x500.jpg
Görsel 2: http://www.sciencealert.com/images/articles/processed/Quantum-Entanglement4_1024.jpg