Birbirine Dolanmış Işığın İçinde Gizli Bir Topolojik Evren Keşfedildi
Bir grup fizikçi, kuantum dolanıklığının en yaygın kullanılan kaynaklarından birinin içinde gizli bir topolojik yapı keşfetti.
Araştırmacılar , Huzhou Üniversitesi’nden bilim insanlarıyla birlikte çalışarak, yaygın olarak kullanılan bir kuantum optik tekniğinde beklenmedik bir özellik tespit ettiler. Laboratuvarlarda rutin olarak dolanık fotonlar üreten deneylerin, gizli topolojik yapılar içerdiği ortaya çıktı.
Ekip, şimdiye kadar herhangi bir fiziksel sistemde gözlemlenen en yüksek topoloji seviyesini rapor ediyor: 48 boyutu kapsayan ve 17.000’den fazla farklı topolojik imzaya sahip yapılar. Bu geniş desen kümesi, gürültünün varlığında bile kararlı kalacak şekilde kuantum bilgilerini kodlamak için güçlü bir yeni çerçeve olarak işlev görebilir.
Kuantum ışığının içindeki gizli topoloji
Çoğu kuantum optik laboratuvarında, dolanık fotonlar, kendiliğinden parametrik aşağı dönüşüm (SPDC) adı verilen bir işlem kullanılarak üretilir. Bu yöntem, ışığın uzamsal özelliklerinde doğal olarak dolanıklık oluşturur. Araştırmacılar, bu uzamsal serbestlik derecelerini inceleyerek, dolanık ışığın yapısının daha önce fark edilmemiş yüksek boyutlu topolojiler içerdiğini keşfettiler.
Bu yapılar, kuantum sistemlerinde bilgiyi temsil etmenin ve korumanın yeni bir yolunu sunarak, kuantum sinyallerinin gürültüye ve girişime karşı direncini potansiyel olarak artırabilir. Ekip, bu özellikleri, iki boyutlu durumların yanı sıra çok daha yüksek boyutlu konfigürasyonlarda da var olabilen ışığın yörünge açısal momentumunu (OAM) kullanarak gösterdi.
Nature Communications’da yayınlanan çalışma , birbirine dolanmış iki fotonun yörünge açısal momentumunun ölçülmesinin, dolanıklığın içine gömülü bir topolojik yapıyı ortaya çıkardığını gösteriyor. Yörünge açısal momentumu sınırsız bir değer aralığı alabileceğinden, olası topolojik konfigürasyonlar da fiilen sınırsızdır.
Wits Fizik Okulu’ndan Profesör Andrew Forbes, “Bu çalışmada önemli bir ilerleme kaydettik: Bir topoloji oluşturmak için yalnızca ışığın bir özelliğine (yörünge açısal momentumu) ihtiyacımız var, oysa daha önce en az iki özelliğe – genellikle yörünge açısal momentumu ve polarizasyona – ihtiyaç duyulacağı varsayılıyordu” diyor.
“Sonuç olarak, OAM yüksek boyutlu olduğundan, topolojisi de yüksek boyutludur ve bu da şimdiye kadar gözlemlenen en yüksek topolojileri rapor etmemizi sağladı.” Araştırmacılar ayrıca, topoloji iki boyutun ötesine uzandığında artık tek bir sayıyla tanımlanamayacağını da buldular. Bunun yerine, daha yüksek boyutlu sistemlerde ortaya çıkan daha büyük karmaşıklığı yansıtan bir dizi topolojik sayıya ihtiyaç duyulmaktadır.
Kuantum optiğinde evrensel bir kaynak
Keşfin en pratik yönlerinden biri, gerekli bileşenlerin zaten birçok mevcut laboratuvarda bulunmasıdır. Deneysel düzenek, kuantum optiği araştırmalarında standart olan kaynaklara dayanmaktadır; bu da bilim insanlarının bu etkileri incelemek için özel mühendislik sistemlerine ihtiyaç duymadıkları anlamına gelir. Pedro Ornelas şöyle açıklıyor: “Topolojiyi uzaydaki dolanıklıktan ücretsiz olarak elde ediyorsunuz. Her zaman oradaydı, sadece bulunması gerekiyordu.”
Huzhou Üniversitesi’nden baş yazar Prof. Robert de Mello Koch, konuyu şöyle açıklıyor: “Yüksek boyutlarda, topolojiyi nerede arayacağımız o kadar açık değil. Nereye bakacağımızı ve ne arayacağımızı tahmin etmek için kuantum alan teorisinden soyut kavramlar kullandık ve bunu deneyde bulduk!”
Yörünge açısal momentum dolanıklığı uzun zamandır birçok kuantum deneyinde araştırılmaktadır. Bununla birlikte, kuantum durumlarının kırılgan ve bozulmalara karşı hassas olabilmesi nedeniyle pratik kullanımı sınırlı kalmıştır.
Araştırmacılar, yörünge açısal momentum dolanıklığını topoloji perspektifinden incelemenin bu sınırlamanın üstesinden gelmenin bir yolunu sağlayabileceğini öne sürüyorlar. Bu daha derin yapısal özelliklere odaklanarak, bilim insanları laboratuvar koşulları dışında güvenilir bir şekilde çalışabilen kararlı kuantum teknolojilerine doğru yeni yollar açabilirler.
Derleyen: Feyza ÇETİNKOL
Kaynak: Birbirine Dolanmış Işığın İçinde Gizli Bir Topolojik Evren Keşfedildi
Bizi Diğer Yıldızlara Bağlayan Yıldızlararası Bir ‘Tünel’ Ortaya Çıkarıldı