10 Milyar Atomlu Kuantum Dolanıklık

Araştırmacılar kuantum fiziğinin iki mihenk taşını, Dolanıklık ve Bell eşitsizliğinin ihlallerini, makroskopik ölçekli mekanik rezonatörler aracılığıyla deneysel olarak gösterdiler.

[BAA – Maddenin Temel Hareketleri/ Çeviri]

Dolanıklık, belirli bir kuantum durumundaki parçacıkların, aralarında uzun mesafeler dahi olsa birbirinden bağımsız olmadığını ortaya koyan kuantum mekaniğine has fiziksel bir olgudur. Bu sayede bir sistemdeki parçacıklardan biri üzerinde ölçüm yapan deneyci, eşzamanlı olarak diğer parçacığın durumu hakkında da bilgi edinebilir.

Kuantum davranışlarının atomik sistemler ile sınırlı olduğunun bilinmesine rağmen, araştırmacılar daha büyük ölçekli sistemlerde de kuantum fiziğine dair ip uçları aramayı sürdürüyorlar. Hollanda’daki Delft Teknoloji Üniversitesi’nden Simon Gröblacher ve meslektaşları, son yayımlanan çalışmalarıyla kuantum tuhaflıklarının sınırlarını makroskopik ölçeğe kadar taşımayı başardı. Yaptıkları deneyle kuantum dolanıklığı ve Bell eşitsizliğinin (bir parçacığın üzerindeki tüm etkilerin yerel olduğunu ve parçacıkların durumlarının gözlemciden bağımsız olduğunu söyleyen ilkenin standart bir testi) ihlalini gösterdiler.  

Araştırmacılar, deneyde her biri yaklaşık 10 milyar atom içeren iki mekanik rezonatör kullandılar. Deneyde, silikon şeritlerinden yapılma 10 µm (mikrometre: metrenin milyonda biri) uzunluğunda iki rezonatör, 20 cm arayla bir optik girişimölçerin (interferometre) iki ayrı koluna yerleştirilmiş. İki rezonatörden biri, demet bölücüden geçirilen bir lazer atımıyla vurularak mekanik olarak uyarılmış (fakat hangisi olduğunu söylemek mümkün değil). Uyarılmış rezonatör bir foton yayımlamış ve bu foton ikinci bir demet bölücüden geçerek iki dedektörden biri tarafından kaydedilmiş. Araştırmacılara göre, bu fotonun yayımlanması iki rezonatörün mekanik durumlarındaki dolanıklığa işaret ediyor. İkinci bir lazer atımı ise uyarılmış rezonatörün uyarılmışlığını dedektör tarafından kaydedilen ikinci bir fotona dönüştürerek dolanıklığı doğrulamış.

Ekip, Nisan ayında iki mikroskopik rezonatörün dolanıklık durumunu  yaratabildiklerini doğrulayarak kullandıkları yöntemin başarısını gösterdiler. Son çalışmalarında ise fotonların her birinin iki dedektörden hangisi tarafından kaydedildiğini izleyerek iki mekanik salınıcının dolanıklığını incelediler. Ekip,  fotonların son varış yerlerindeki korelasyonu ölçerek iki rezonatörün ve iki fotonun dolanıklığının Bell eşitsizliğini standart sapması 4 olacak şekilde ihlal ettiğini gösterdiler.

Ekip, optomekanik sistemlerin daha karmaşık kuantum durumlarını oluşturarak kuantum mekaniğini daha da büyük ölçekte test etmeyi umuyor. Dahası, rezonatörlerdeki mekanik uyarımın, şu an sadece birkaç mikrosaniye ile sınırlı olan, ömrünün uzatılarak bu düzeneğin bir kuantum ağındaki hafıza düğümü olarak işletilebileceğini söylüyor.

Kaynaklar:

Araştırma Physical Review Letters Dergisi’nde yayımlandı.

https://physics.aps.org/synopsis-for/10.1103/PhysRevLett.121.220404