Bir parçacığın kimliğini başka birine uzaktan iletmek için teorisyenler, kuantum ışınlanması adını verdikleri bir kavram geliştirdiler.
APS News ve Physics Magazine’in arşivlerinden kuantum fiziği tarihine dair hikayeler, Uluslararası Kuantum Bilimi ve Teknolojisi Yılı boyunca yeniden yayımlanıyor. Bu makale ilk olarak 8 Ocak 2010’da Physics Magazine’de yayımlandı.
Heisenberg belirsizlik ilkesine göre, bilinmeyen bir kuantum durumunu ölçme girişimi kısmi bilgi ile sonuçlanır; bu nedenle durumu ölçmek ve ardından doğru bir şekilde çoğaltmak imkansızdır. Ancak, 1993 yılında bilim insanları, bir parçacıktan diğerine bilinmeyen bir kuantum durumunu tam olarak kopyalamak için bir yöntem keşfettiler, koşul olarak durumun hala bilinmemesi şartıyla. Bu “ışınlanma” yeteneği, kuantum hesaplama gibi bilgi işleme teknolojileri için hayati öneme sahip olabilir.
Tekniği geliştiren altı yazardan biri olan Charles Bennett, ışınlanmanın kazara gerçekleştiğini iddia ediyor. William Wootters ve Asher Peres, 1992’de bir konferansta yaptıkları ilginç keşfi sundular. Örneğin, bilinmeyen polarizasyona sahip bir çift fotona baktılar; bu, iki özdeş ancak bilinmeyen kuantum durumudur. Wootters ve Peres, foton çiftine yapılan tek bir ölçümün, bireysel parçacıklar üzerindeki bağımsız gözlemler dizisinden gözlemcilere daha fazla bilgi verebileceğini keşfettiler.Fotonlar bir şekilde etkileşime girmeye zorlandıktan sonra, çift ölçümü yapılır. Gözlemcilere fotonların başlangıç polarizasyonunu belirleme konusunda en iyi şansı verecek bir yöntem önerdiler.
Altı araştırmacı, bu bulguyu konferans sırasında ve sonrasında e-posta ile tartışırken yeni bir dönemeç sağladılar. Çifti üzerinde optimal ölçüm yapmak için, Alice ve Bob adları verilen iki gözlemcinin her birinin aynı parçacıklardan birini ayrı bir yere götürmesini sağlayan bir yöntem geliştirdiler. Teknik, her gözlemciye bir parçacık eklenmesine dayanıyor. Fiziksel olarak ayrı olmalarına rağmen, bu yeni parçacıklar kuantum dolanıklığı olarak bilinen bir durumda hazırlanacak, bu da Alice’in yeni parçacığını ölçmesinin Bob’un yeni parçacığını ölçmesini etkilemesine olanak tanıyacaktır.
Süreç, Alice’in bilinmeyen polarizasyona sahip foton ve dolanık parçacık olmak üzere iki parçacığını ölçmesini içerir. Ölçüm sonuçlarını Bob’a geleneksel yöntemlerle verir ve ölçümü Bob’un dolanık parçacığının durumunu etkiler. Bob daha sonra Alice’in bulgularını kullanarak kendi çiftinde—dolaşık parçacık ve başlangıçtaki bilinmeyen foton durumunun kopyası bir ölçüm oluşturur. Sonunda, eğer birlikte olsalardı, orijinal çiftten doğrudan alabileceği aynı bilgilere sahip olur.
Bennett’e göre, işbirlikçilerin beklenmedik bir keşif yaptıklarını fark etmeleri ve tekniğin neden işe yaradığını anlamaları için daha fazla düşünme süresi gerekiyordu. Bob’un dolaşık parçacığı, süreç sayesinde Alice’in tanımlanmamış durumunun mükemmel bir kopyasına dönüştürülür. Bob şimdi iki özdeş parçacıkla aynı noktada, daha önce olduğu yere geri dönmüş durumda. Araştırmacılar, başlangıçtaki konudan çok, bir kuantum durumunun tam bir kopyasını bir yerden başka bir yere taşımakla daha çok ilgileniyorlardı. Peres, prosedürü tanımlamak için Yunan kökenli “telepheresis” kelimesini kullanmayı düşündü, ancak Bennett ona bilim kurgu yazarlarının zaten Yunan-Latin karışımı “teleportation” kelimesine meşruiyet kazandırdığını ikna etti.
Işınlanma yapmak için hem kuantum hem de klasik bilginin, ışık hızında maksimum iletim hızına sahip klasik kanallar aracılığıyla ve dolanık çift aracılığıyla gönderilmesi gerekir. Ayrıca, Alice’in ölçümleri onun başlangıçtaki bilinmeyen durumunu yok ettiğinden, kuantum fiziği tarafından yasaklandığı gibi, orijinal parçacığı etkilemeden “fotokopi” edilmez.
Birkaç yıl sonra, ilk ışınlanma gösterimleri gerçekleşti. Christopher Monroe’a göre, ışınlanma, kuantum tuhaflığının bir örneği olarak cazibesinin yanı sıra fiziksel nesneler arasında kuantum bilgisi transfer etmenin bir yolunu sunar. Eğer çalışır bir kuantum bilgisayarı inşa edilirse, birkaç tür kuantum biti kullanması gerektiğini, belki iletim için fotonlar ve depolama için atomlar kullanarak, iddia ediyor. Ona göre, bu unsurları bağlamak için ışınlanma mantıklı bir yaklaşım olacaktır.
Kaynak: physics.aps.org/articles/v18/52
Haberi Derleyen: Yusuf Havvat Çukurova Üniversitesi-Fizik Bölümü