İki ya da daha fazla sistem, bazılarının kuantum durumları diğerlerinin kuantum durumlarından bağımsız olarak karakterize edilemeyecek şekilde üretildiğinde ya da etkileşime girdiğinde ortaya çıkan kuantum dolanıklık, bilim insanları tarafından giderek daha fazla incelenmektedir. Sistemler birbirlerinden uzakta olsalar bile yine de korelasyonludurlar. Araştırmalar, iletişim, kriptografi ve kuantum hesaplama alanlarındaki önemli uygulama potansiyeli nedeniyle teşvik edilmektedir. Sorun, sistemlerin çevreleriyle etkileşime girdiklerinde çok hızlı bir şekilde çözülmeleridir.
So Paulo Üniversitesi Fizik Enstitüsü’ndeki (IF-USP) Atom ve Işığın Tutarlı Manipülasyonu Laboratuvarı’ndan (Laboratory for Coherent Manipulation of Atoms and Light – LMCAL) Brezilyalı araştırmacılar, iki dolaşık ışık demeti üreten bir ışık kaynağı yaratmayı başardılar.
“Bu ışık kaynağı, normalde bir optik boşluk oluşturan iki aynadan ve aralarında doğrusal olmayan bir optik tepki kristalinden oluşan bir optik parametrik osilatör veya OPO idi. Makalenin son yazarı fizikçi Hans Marin Florez’e göre, kristal-ayna dinamikleri, ekipman üzerinde parlak yeşil bir ışın parladığında kuantum korelasyonlu iki ışık demeti yaratıyor.
Sorun şu ki, kristal tabanlı OPO’lar tarafından yayılan ışık, soğuk atomlar, iyonlar veya çipler gibi söz konusu sistemlerle aynı dalga boyuna sahip olmadığından, kuantum bilgi bağlamında ilgilenilen diğer sistemlerle etkileşime giremez.
Daha önceki bir çalışmada ekibimiz, kristal yerine atomların kendilerinin ortam olarak kullanılabileceğini göstermiştir.
Böylece, temel olarak rubidyum atomlarını kullanarak, güçlü kuantum korelasyonuna sahip iki ışına sahip ilk OPO’yu yarattık ve soğuk atomlar gibi kuantum bellek olarak çalışabilecek diğer sistemlerle etkileşime girebilecek bir kaynak elde ettik” dedi.
Ancak bu, ışınların iç içe geçtiğini kanıtlamadı. Kuantum korelasyonlarını göstermek için, ışık dalgası senkronizasyonuyla ilgili olan ışınların fazları da gerekliydi. Physical Review Letters’da yayınlanan son çalışmada bunu tam olarak başardık” dedi.
“Aynı deneyi, üretilen alanların genlik ve fazlarındaki kuantum korelasyonlarını ölçmemizi sağlayan yeni algılama prosedürleri ekleyerek tekrar gerçekleştirdik.
Sonuç olarak bunların birbirine bağlı olduğunu gösterebildik. Ayrıca, algılama yöntemi sayesinde dolaşıklık yapısının genellikle karakterize edilenden daha zengin olduğunu görebildik. Aslında yarattığımız şey, spektrumun sadece iki bitişik bandından değil, dört dolaşık spektral banttan oluşan bir sistemdi.
Bu durumda dalga genlikleri ve fazları birbirine karışmıştı. Bu, kuantum kodlu bilgileri işlemek ve iletmek için kullanılan birçok protokol için çok önemlidir. Bu potansiyel kullanımlara ek olarak, bu tür bir ışık kaynağı metrolojide de kullanılabilir. Florez’e göre, yoğunluğun kuantum korelasyonları yoğunluk dalgalanmalarında önemli bir azalmaya yol açarak optik sensörlerin hassasiyetini artırabilir.
“Herkesin aynı anda konuştuğu bir partide odanın karşısındaki birini duymaya çalışın. Herkes konuşmayı keser ve gürültü seviyesi yeterince düşerse, birinin ne söylediğini oldukça uzak bir mesafeden duyabilirsiniz.”
Potansiyel uygulamalardan biri de, insan beyni tarafından üretilen alfa dalgalarını ölçmek için kullanılan atomik manyetometrelerin hassasiyetini artırmaktır. Makalede rubidyum OPO’ların kristal OPO’lara göre ek bir avantajından da bahsediliyor.
Florez’e göre, iki ışının kristallerden daha verimli bir şekilde üretildiği atomik bir ortamın kullanılması, ışığı bu kadar uzun süre hapsetmek için aynalara olan ihtiyacı ortadan kaldırıyor. Florez, “Kristal OPO’ların, etkileşimin kuantum korelasyonlu ışınlar üretmesi için ışığı boşluk içinde daha uzun süre tutan aynalara sahip olması gerekir” dedi.
Florez’in ekibinden önce başka ekipler de atomları kullanarak OPO’lar yaratmaya çalışmış, ancak ürettikleri ışık demetlerinde kuantum korelasyonları gösterememişlerdi. Yeni deneyin sonuçları, bunu engelleyecek sistemik bir sınır olmadığını gösterdi. “Kuantum korelasyonlarını gözlemlemenin kritik ölçüde atomların sıcaklığına bağlı olduğunu bulduk. Araştırmacılar, daha yüksek sıcaklıklarda gerçekleştirildikleri için diğer denemelerdeki bağlantıları tespit edemediklerini söyledi.
Kaynak: phys.org/news
Kaynak: phys.org/new
