Dolaşmadan bile kuantum ürkütücü olabilir miyiz?

Bir cihaz labirentinden geçen ışık parçacıkları, dolaşma için ünlü bir testten geçmiş gibi görünüyor – hiç dolaşmadan

Dolaşmış görünen parçacıklar, ünlü bir dolaşma testinde yüksek bir puan kazanmıştır. Deney, kuantum dünyasını bu kadar garip yapan şeylere yeni bir bakış sunabilir.

Yaklaşık 60 yıl önce, fizikçi John Stewart Bell, dünyamızın en iyi kuantum mekaniği veya bir dizi daha geleneksel teori tarafından tanımlanıp tanımlanmadığı konusunda bir test tasarladı. Temel fark kuantum teorisi “yerel olmayan” veya herhangi bir mesafeyi, hatta çok büyük olanları kapsayabilen etkileri içerir. Çarpıcı bir şekilde, Bell’in bugüne kadar testini uygulayan tüm deneyler, fiziksel gerçekliğimizin yerel olmadığını doğruladı, bu da bir kuantum dünyasında yaşadığımızı gösteriyor.

Bununla birlikte, bu deneyler kuantum dolaşım yoluyla ayrılmaz bir şekilde bağlanan parçacıkları içermektedir. Şimdi Çin’deki Nanjing Üniversitesi’ndeki Xiao-Song Ma ve meslektaşları, dolaşıklık kullanmadan çan testini yaptıklarını söylüyorlar. “Yeni çalışmamız, insanların yerel olmayan korelasyonları anlamalarına yeni bir bakış açısı sağlayabilir” diyor.

Deney, her biri lazerlerle aydınlatıldığında her biri iki ışık veya foton yayılan dört özel kristal ile başladı. Fotonlar, bir elektromanyetik dalga olarak görüldüğünde hafif kıpır kıpır kıpır kıpır kıpır kıpır kıpır kiler, araştırmacıların ölçebileceği çeşitli özelliklere sahipti. Araştırmacılar, bu fotonları bir dedektöre çarpmadan önce kristaller ve lensler gibi bir optik cihaz labirentinde seyahat ettiler.

Tipik bir çan test deneyinde, iki varsayımsal deneyci, Alice ve Bob, dolaşmış parçacıkların özelliklerini ölçer. Daha sonra Alice ve Bob, bulgularını bir “eşitsizlik” denklemine takarak parçacıkların yerel olmayan bir şekilde bağlanıp bağlanmadığını belirleyebilirler.

Yeni deney, her biri bir dizi optik cihaz ve dedektörle temsil edilen Alice ve Bob’u içeriyordu, ancak dolaşmış fotonlar değil. Aslında, araştırmacılar kurulumlarına parçacıkların frekanslarının ve hızlarının dolaşmasını engelleyen cihazlar eklediler. Yine de, araştırmacılar Alice’in ve Bob’un ölçümlerini eşitsizlik denklemine koyduklarında, fotonların herhangi bir yerel etki ile açıklanabileceğinden daha güçlü bir şekilde bağlandığını buldular.

Max Planck Almanya’daki Işık Bilimi Enstitüsü’ndeki Mario Krenn, bunun fotonların başka bir tek kuantum özelliğine sahip olması nedeniyle olduğunu söylüyor: Böyle bir şekilde yaratıldıklarını, hangi fotonun kristalin “doğduğunu” söylemek imkansız olduğunu ve yollarının ayırt edilemez olduğunu söylüyor. Geçmişte, Krenn, MA ve meslektaşları, fotonları doldurmak için “yol kimliğine göre ayırt edilemezlik” olarak adlandırılan bu mülkü kullandılar. Bununla birlikte, bu durumda, ayırt edilemezliğin mevcut tek kuantum gariplik türü olduğundan emin oldular.

Ekibin henüz tam bir teorisi yoktur, dolgunluk kullanmadan çan testinde dolaşma sonuçlarını neden yeniden üretebilecek, ancak MA, temel olarak diğer bazı kuantum fenomenlerinin bir gereklilik olarak ayırt edilemezliği olduğunu söylüyor. Bu nedenle, dolaşmayı içermeyen bir tarifte bile yerel olmayan korelasyonlar oluşturmak için gereken temel bir bileşen de olabilir.

Krenn ve MA, diğer fizikçilerin yeni alternatif teoriler ortaya koyabilmelerini ve çan testlerinde deneysel boşlukları belirleyebilmesini beklemektedir. Sonuçta, kanonik çan testinde olan budur – kuantum teorisini doğrulayan ilk deneyler ile tüm alternatif açıklamaların sıkı bir şekilde dışlandığı deneyler arasında yaklaşık 50 yıl geçti.

Danimarka’daki Kopenhag Üniversitesi’nde Stefano Paesani, bir sorun, sadece bazı foton tespitlerinin dikkate alındığı ekibin kullandığı “seçim sonrası” tekniği ile yatabilir. Ona göre, bu, telafi edilmeyen fotonlarının Bell testinde kesin olarak yerel olmayan olarak puanlanıp puanlanamayacağını belirsiz kılar. Seçim sonrası olmadan, deney, dolaşmanın mevcut olduğu daha standart senaryolarla eşleşeceğini söylüyor.

Kanada’daki Ottawa Üniversitesi’nden Jeff Lundeen, çan testinin ışığı, hatta kuantum olmayan bir ışık bile, alışılmadık derecede güçlü korelasyonlara sahip olduğu deneyler inşa etmenin mümkün olduğunu söylüyor. Fakat bu “evrenin veya gerçekliğin doğası için büyük bir etkisi yok”.

Bu gibi durumlarda, Alice ve Bob ya etkili bir şekilde aynı gözlemcidir ya da araştırmacıların yerel olmayan etkiler için hata yapabileceği korelasyonları iletişim kurma ve üretme şansına sahiptir. Lundeen, yeni denemenin Alice ve Bob’un yakalanma olasılığını yeterince dışlamadığını söylüyor. “Yani, deney, ünlü Bell’in eşitsizlik ihlali ile aynı etkilere sahip görünmüyor” diyor.

Kanada’daki Toronto Üniversitesi’nden Aephraim Steinberg, “Gerçekten 1990’ların ‘görkemli günlerinden’ olan dolaşmış fotonlar üzerindeki en çarpıcı dönüm noktası çalışmalarından birinin gerçekten güzel bir uzantısı” diyor. Ancak onun görüşüne göre, yeni deneyde hala bir araya gelme var. Bu foton seviyesinde değil, daha ziyade fotonlardan kaynaklanan kuantum alanlarında var.

İleride, ekip bu eleştirilerden bazılarından kaçınmak için cihazlarını geliştirmek istiyor. Örneğin, her kristali daha fazla foton üretmesi için almak, araştırmacıların seçim sonrası kullanmayı bırakmasına izin verecektir. “İşbirliği grubumuz zaten birkaç önemli potansiyel boşluk tanımladı ve bu gelecekte ele almayı dört gözle beklediğimiz bir şey” diyor Ma.