Kuantum dolanıklığı makroskobik dünyaya adım atıyor. Avusturya’daki araştırmacılar santimetre boyutundaki garip bir metal kristalinde bu yeni keşfi yaptı. Bilim insanları kuantum etkilerini genellikle çok küçük sistemlerde izole ediyor. Bunlar tekil atomları, molekülleri veya fotonları kapsıyor. Ancak fizikçiler uzun zamandır önemli bir konuyu merak ediyordu. Devasa sayılarda parçacıktan oluşan çok daha büyük nesneler de belirgin kuantum davranışları sergileyebilir miydi? Araştırma ekibi bu zorlu sorunun cevabını nihayet buldu. Uzmanlar garip metal isimli büyük bir kristali detaylıca inceledi. Ekipler çalışmada yüksek düzeyde dolanıklık kanıtlarına ulaştı. Kuantum Fisher bilgisi hassas bir aracı temsil ediyor. Bilim insanları bu önemli ölçümü onun sayesinde mümkün kıldı. Sonuçlar katı hal fiziği ile kuantum fiziği arasında yepyeni bir köprü kuruyor. Araştırmacılar devasa bir malzemedeki dolanıklığı ilk kez doğrudan ölçüyor.
Kuantum Dolanıklığı Kedi mi Karınca mı?
Kuantum teorisinin tuhaf tahminleri günlük boyuttaki büyük nesnelere uyum sağlar mı? Bu soru kuantum mekaniğinin başlangıcına kadar uzanıyor. Erwin Schrödinger o yıllarda ünlü bir tartışma başlattı. Bir kedi aynı anda hem ölü hem de diri kalabilir miydi? Bilim dünyası o zamandan beri sayısız deney yapıyor. Uzmanlar giderek büyüyen sistemlerde kuantum etkilerini kasıtlı olarak üretmeyi amaçlıyor.
Çalışmanın yöneticisi olan fizik profesörü yaklaşımlarını şu sözlerle açıklıyor:
“Bizim yaklaşımımız tamamen farklı bir yol izliyor. Kristali bir bütün olarak iki durumun süperpozisyonuna getirmeye çalışmıyoruz. Bunun yerine, bileşenlerinin kolektif olarak böyle bir dolanıklık durumunda olup olmadığını soruyoruz.”
Deney bu nedenle Schrödinger’in kedisinden ziyade bir karınca yuvasının davranışına daha yakın duruyor. Bir karınca yuvası dışarıdan rahatsızlık hissettiğinde, tepki tek bir karıncadan gelmiyor. Koloni tamamen kolektif bir şekilde hareket ediyor.
Fisher Bilgisi ve Hassasiyet Artışı
Avusturyalı bir kuantum fizikçisi ve ekibi bu yöntemin teorik temelini geliştirdi. Bilim insanları Kuantum Fisher bilgisinin büyük sistemlerde bile durumu ortaya çıkarabileceğini gösterdi.
Araştırmanın yöneticisi bu süreci şöyle detaylandırıyor:
“Kuantum Fisher bilgisi, bir kuantum sisteminin bir değişikliğe ne kadar hassas tepki verdiğini ölçüyor. Bağımsız parçacıklardan oluşan bir koleksiyon için tepki sınırlı kalıyor. Çünkü her parçacık kendi başına katkıda bulunuyor. Ancak parçacıklar dolanık durumdaysa işler değişiyor. Tüm sistem tek tek parçalarının toplamından çok daha güçlü bir tepki veriyor. Kuantum metrolojisi son derece küçük sinyalleri en yüksek hassasiyetle tespit etmeyi amaçlıyor. Bu artan hassasiyet, dolanıklığı bahsi geçen alan için çok değerli bir kaynağa dönüştürüyor. Bir sistemin bir tedirginliğe ne kadar güçlü tepki verdiğini ölçebilirsiniz. Böylece malzemedeki dolanıklık derecesini doğrudan çıkarabilirsiniz.”
Kuantum Dolanıklığı İçeren Dokuz Parçacıklı Ağ
Araştırma grubu seryum, paladyum ve silisyum elementlerinden oluşan özel bir kristal yarattı. Malzeme garip bir metal sınıfına giriyor. Bu sınıf araştırmacıların henüz tam olarak anlayamadığı olağandışı özellikleriyle öne çıkıyor. Projede görevli bir doktora öğrencisi kristali nötronlara maruz bıraktı. Ardından sistemin nasıl tepki verdiğini dikkatle ölçtü.
Deneyi yürüten araştırmacı elde ettikleri bulguyu şöyle anlatıyor:
“Normal bir malzemede nötronun enerjisini tek bir parçacığa aktarmasını beklersiniz. Ancak verileri kuantum Fisher bilgisini kullanarak detaylıca analiz ettik. Böylece bağımsız parçacıkların kurallarıyla açıklayamadığımız bir tepki bulduk. Bu durum grupların kolektif olarak hareket ettiğini net bir şekilde gösteriyor. Bu gruplar en az dokuz kuantum dolanık varlıktan oluşuyor.”
Bu sonuç doğrudan güçlü ve çok parçalı dolanıklığın kanıtını sunuyor. Üstelik bu durum bir insanın elinde rahatça tutabileceği kadar büyük katı bir nesnede gerçekleşiyor.
Garip Metallerde Kuantum Dolanıklığı Sırları
Ekip, kristalin garip metal davranışını anlamak için bu önemli çalışmayı başlattı. Uzmanlar benzer davranışları diğer malzeme sınıflarında da gözlemliyor. Bunlara yüksek sıcaklık süperiletkenleri de dahil ediliyor. Araştırmacılar son yıllarda daha sıradışı özellikler keşfediyor. Böylece bu alandaki çalışmalar gün geçtikçe hız kazanıyor. Bilim insanları bu tür malzemelerdeki elektrik akımını daha önce incelemişti. Akımın şaşırtıcı derecede sessiz ve düşük gürültülü bir şekilde geçtiğini bulmuşlardı. Mevcut keşif bu duruma olası bir açıklama getiriyor. Parçacıklar tamamen kaybolmuyor, bunun yerine davranışlarını mükemmel bir şekilde koordine ediyor. Böylece akım dalgalanmalarını etkili bir biçimde bastırıyorlar.
Çalışmanın baş teorisyeni bu genel prensibi şöyle özetliyor:
“Burada gördüğümüz şey, belirli bir malzemenin ayrıntısı değil. Bu durum tamamen genel bir fiziksel prensibi temsil ediyor. Güçlü dolanıklık, garip metallerin olağandışı davranışıyla doğrudan bağlantılı görünüyor.”
Projenin lideri olan fizik profesörü ise gelecekteki hedeflerini şu sözlerle paylaşıyor:
“Sonuçlar bizim için büyük bir başarıyı ifade ediyor. Kuantum bilgi biliminden gelen yöntemleri katı hal fiziği çalışmalarında aktif olarak kullanıyoruz. Bu alışılmadık yaklaşımımızın temelden yeni içgörüler ortaya çıkarabileceğini doğruluyoruz. İki alan arasındaki bilgi aktarımının diğer yönde de kusursuz çalışmasını istiyoruz. Amacımız, garip metallerin kuantum teknolojilerinde uygulamalar bulup bulamayacağını keşfetmek.”
Haberi Derleyen: Dilara SİPAHİ
KAYNAKÇA:
scitechdaily.com/scientists-discover-quantum-entanglement-in-a-crystal-you-can-hold