Kuantum Dolanıklığın Yeni Bir Formu Ortaya Çıkarıldı
Technion’da yapılan bir çalışma, nano ölçekli yapılarda hapsedilmiş fotonların toplam açısal momentumunda yeni keşfedilen bir kuantum dolanıklık biçimini ortaya çıkarıyor. Bu keşif, kuantum iletişim ve bilgi işlem bileşenlerinin gelecekte minyatürleştirilmesinde önemli bir rol oynayabilir.
Kuantum fiziği bazen çok alışılmadık tahminlere yol açar. Albert Einstein ve meslektaşları Boris Podolsky ve Nathan Rosen (daha sonra Technion’da Fizik Fakültesi’ni kurdular), aralarındaki mesafe ne kadar büyük olursa olsun, bir parçacığın durumunun bilinmesinin diğer parçacığın durumunu hemen etkilediği bir senaryo bulduklarında olan buydu. 1935 tarihli tarihi makaleleri, üç yazarının (Einstein-Podolsky-Rosen) adıyla EPR olarak adlandırıldı.
Bir parçacığın durumunun bilinmesinin, fiziksel etkileşim ve bilgi aktarımı olmaksızın, kendisinden çok uzakta bulunan başka bir parçacığı etkileyeceği fikri Einstein’a saçma geldi ve buna “uzaktan ürkütücü eylem” adını verdi.
Ancak bir başka Technion araştırmacısı olan Fizik Fakültesi’nden Araştırma Profesörü Asher Peres’in çığır açan çalışması, bu özelliğin gizli bir şekilde bilgi iletmek için kullanılabileceğini gösterdi – kuantum iletişiminin temeli olan kuantum ışınlama. Bu keşif Profesör Peres tarafından meslektaşları Charles Bennett ve Gilles Brassard ile birlikte yapılmıştır.
Bu fenomen daha sonra bilimsel olarak kuantum dolaşıklık adını aldı ve kuantum hesaplama ve kuantum iletişim olasılığını da içeren ölçümü ve sonuçları nedeniyle 2022 Nobel Fizik Ödülü Prof. Alain Aspect ve Anton Zeilinger ile daha önce Technion’dan fahri doktora unvanı almış olan meslektaşları Prof.
Kuantum dolanıklığı şimdiye kadar çok çeşitli parçacıklar ve bunların çeşitli özellikleri için gösterilmiştir. Işık parçacıkları olan fotonlar için dolanıklık, hareket yönleri, frekansları (renk) veya elektrik alanlarının işaret ettiği yön için var olabilir. Açısal momentum gibi hayal etmesi daha zor olan özellikler için de var olabilir.
Bu özellik, fotonun elektrik alanını döndürmesiyle ilgili olan spin ve fotonun uzaydaki dönme hareketiyle ilgili olan yörünge olarak ikiye ayrılır. Bu sezgisel olarak kendi ekseni etrafında dönen ve aynı zamanda güneşin etrafında dairesel bir yörüngede dönen Dünya’ya benzer.
Bu iki dönme özelliğini ayrı nicelikler olarak hayal etmek bizim için kolaydır ve gerçekten de fotonlar dalga boylarından çok daha geniş bir ışık demetine bağlanırlar. Ancak fotonları fotonik dalga boyundan daha küçük yapılara yerleştirmeye çalıştığımızda -ki bu nanofotonik alanının çabasıdır- farklı dönme özelliklerini ayırmanın imkansız olduğunu ve fotonun tek bir nicelikle, toplam açısal momentumla karakterize edildiğini keşfederiz.
Peki neden fotonları bu kadar küçük yapılara yerleştirmek isteyelim ki? Bunun iki ana nedeni var. Birincisi, ışığı kullanan cihazları minyatürleştirmemize ve böylece elektronik devrelerin minyatürleştirilmesine benzer şekilde küçük bir alan hücresine daha fazla işlem sıkıştırmamıza yardımcı olacağı açıktır.
Diğer neden ise daha da önemli: bu minyatürleştirme foton ile fotonun içinden geçtiği (ya da yakınında olduğu) malzeme arasındaki etkileşimi arttırarak “normal” boyutlarındaki fotonlarla mümkün olmayan olguları ve kullanımları üretmemizi sağlayacak.
Kaynak: https://phys.org/news
Kuantum Dolanıklık ve Bilinç: Nöronlar Arasındaki Gizemli Bağlantı