Kuantum Dolanıklığı Doğrudan Makroskopik Ölçekte Gözlendi

Kuantum dolanıklığı, birbirinden çok uzakta olsalar bile iki parçacığın veya nesnenin birbirine bağlanmasıdır. Bu bağlantı klasik fizik kuralları altında mümkün olmayan bir bağlantıdır.

Bilim insanları için onu bu kadar büyüleyici yapan şey tuhaflığıdır. 2021 yılında yapılan bir çalışmada, kuantum dolanıklığı doğrudan makroskopik ölçekte gözlemlendi ve kaydedildi.

İlgili boyutlar bizim bakış açımızdan hala çok küçük – deneyler insan saçının beşte biri genişliğinde iki küçük alüminyum tambur içeriyordu – ama kuantum fiziği alanında kesinlikle çok büyükler.

Fotoğraf: Makroskopik mekanik tamburlar. (J. Teufel/NIST)

ABD'deki Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü'nden (NIST) fizikçi John Teufel, "İki tambur için konum ve momentum verilerini bağımsız olarak analiz ederseniz, her biri sıcak görünüyor" dedi. "Fakat onlara birlikte baktığımızda, bir tamburun rastgele hareketi gibi görünen şeyin, yalnızca kuantum dolanıklık yoluyla mümkün olacak şekilde, diğeriyle yüksek oranda ilişkili olduğunu görebiliriz."

Kuantum dolanıklığının makroskopik nesnelerle olamayacağını söyleyecek hiçbir şey yokken, bundan önce etkilerin daha büyük ölçeklerde farkedilmediği veya belki de makroskopik ölçeğin başka bir dizi kural tarafından yönetildiği düşünülüyordu.

Son araştırmalar durumun böyle olmadığını gösteriyor. Aslında aynı kuantum kuralları burada da geçerlidir ve gerçekte de görülebilir. Araştırmacılar, mikrodalga fotonları kullanarak minik tambur zarlarını titreştirdiler ve konumları ve hızları açısından senkronize bir durumda tuttular.

Kuantum durumlarıyla ilgili yaygın bir sorun olan dış müdahaleyi önlemek için, variller kriyojenik olarak soğutulmuş bir muhafaza içindeyken soğutuldu, dolaştırıldı ve ayrı aşamalarda ölçüldü. Tamburların durumları daha sonra radara benzer şekilde çalışan yansıyan bir mikrodalga alanında kodlandı.

Önceki çalışmalar da makroskopik kuantum dolaşıklığı bildirmişti, ancak 2021 araştırması daha da ileri gitti: Gerekli tüm ölçümler çıkarsama yapmak yerine kaydedildi ve karışıklık deterministik, rastgele olmayan bir şekilde oluşturuldu.

Birbiriyle bağlantılı fakat ayrı bir dizi deneyde, kuantum dolanıklık durumunda makroskopik tamburlar (veya osilatörler) ile çalışan araştırmacılar, aynı anda iki davul başlığının konumunu ve momentumunu ölçmenin nasıl mümkün olduğunu gösterdi.

Finlandiya'daki Aalto Üniversitesi'nden fizikçi Laure Mercier de Lepinay, "Çalışmamızda davul başlıkları kolektif bir kuantum hareketi sergiliyor" dedi. "Taburlar birbirine zıt fazda titreşir, öyle ki biri titreşim döngüsünün son konumundayken diğeri aynı anda zıt konumdadır."

"Bu durumda, iki tambur tek bir kuantum-mekanik varlık olarak ele alınırsa, tamburların hareketinin kuantum belirsizliği iptal edilir."

Bu haberi manşet yapan şey, Heisenberg'in Belirsizlik İlkesi'ni – konum ve momentumun aynı anda mükemmel bir şekilde ölçülemeyeceği fikrini – aşması. İlke, herhangi bir ölçümün kaydedilmesinin, kuantum geri eylemi adı verilen bir süreç aracılığıyla diğerine müdahale edeceğini belirtir.

Makroskopik kuantum dolaşıklığı gösteren diğer çalışmayı desteklemenin yanı sıra, bu özel araştırma parçası, kuantum geri eyleminden kaçınmak için bu dolanıklığı kullanır.

Her iki bulgu setinin gelecekteki potansiyel uygulamalarından biri, yeni nesil iletişim ağlarına güç verebilmeleri için nesneleri makroskopik bir ölçekte manipüle edebilmek ve dolaştırabilecek kuantum ağlarıdır.

Hem birinci hem de ikinci çalışma Science dergisinde yayınlandı.