Technion araştırmacıları, fotonların toplam açısal momentumu üzerinden ortaya çıkan yeni bir kuantum dolaşıklığı türünü keşfetti. Nanoölçekli yapılarda sıkışmış fotonlar üzerinde yapılan bu çığır açıcı çalışma, gelecekte kuantum hesaplama ve iletişim bileşenlerinin küçültülmesinde kritik bir rol oynayabilir.
Kuantum fiziği zaman zaman sezgilerimizi zorlayan sonuçlar doğurur. 1935’te Albert Einstein, Boris Podolsky ve Nathan Rosen, daha sonra EPR paradoksu olarak bilinecek fenomeni tanımladıklarında, birbirinden uzakta bulunan iki parçacığın anında birbirini etkileyebileceği fikrini ortaya attılar. Einstein bu etkiye “uzaktan ürkütücü eylem” adını vermişti.
Ancak yıllar sonra Technion’dan Profesör Asher Peres, bu etkinin kuantum iletişimde kullanılabileceğini gösterdi. Peres, Charles Bennett ve Gilles Brassard ile birlikte kuantum ışınlanması kavramını geliştirdi. Bu temel ilkeler, 2022 Nobel Fizik Ödülü’ne layık görülen Alain Aspect, Anton Zeilinger ve John Clauser’ın deneysel çalışmalarıyla doğrulandı ve kuantum dolaşıklığı artık kuantum teknolojilerinin merkezinde yer alıyor.
Bugüne kadar kuantum dolaşıklığı, çok sayıda parçacık türü ve bu parçacıkların çeşitli özellikleri üzerinde gösterildi. Fotonlar arasında dolaşıklık; kutuplarına, frekanslarına ve hatta açısal momentuma bağlı olarak gerçekleşebiliyor. Açısal momentum, fotonların uzaydaki dönme hareketi (yörünge momentumu) ile elektrik alanlarının kendi ekseni etrafındaki dönüşü (spin) olmak üzere iki bileşene ayrılıyor. Bu, Dünya’nın kendi etrafında dönmesiyle Güneş’in etrafında dönmesi arasındaki fark gibi düşünülebilir.
Bu iki özellik genellikle birbirinden bağımsız kabul edilse de, fotonlar nanoölçekli yapılara yerleştirildiğinde bu ayrım ortadan kalkıyor. Böyle sistemlerde fotonlar yalnızca toplam açısal momentumları ile tanımlanabiliyor.
Peki neden bu kadar küçük sistemlerle ilgileniyoruz? Bunun iki temel nedeni var: İlki, optik bileşenlerin boyutunu küçülterek daha kompakt ve işlevsel kuantum devreleri üretmek. İkincisi ve daha önemlisi, bu küçülme sayesinde foton ile madde arasındaki etkileşimi artırarak, klasik sistemlerde gözlenemeyen yeni fenomenler ve uygulamalar geliştirebilmek.
Nano Ölçekte Yeni Bir Kuantum Dolaşıklığı Türü Keşfedildi
Technion’dan doktora öğrencisi Amit Kam ve Dr. Shai Tsesses liderliğindeki ekip, Nature dergisinde yayımladıkları çalışmada, fotonların saç telinin binde biri boyutundaki nanoyapılarda dolaşabileceğini, ancak bu dolaşıklığın yalnızca toplam açısal momentum üzerinden gerçekleştiğini ortaya koydu. Diğer bir deyişle, fotonlar klasik spin veya yörünge momentumu gibi alt bileşenler üzerinden değil, birleşik bir nicelik aracılığıyla dolaşıklık sergiliyor.
Araştırma ekibi, foton çiftleri arasındaki kuantum korelasyonlarını deneysel olarak doğruladı, bu durumları haritaladı ve dolaşıklığın yalnızca nanoölçekli sistemlere özgü bir özellik aracılığıyla gerçekleştiğini gösterdi.
Bu çalışma, yirmi yılı aşkın süredir keşfedilen ilk yeni kuantum dolaşıklığı türü olması bakımından büyük önem taşıyor. Elde edilen sonuçlar, foton tabanlı kuantum bilgi işleme sistemlerinde daha küçük, daha hassas ve daha güçlü bileşenlerin tasarlanmasının önünü açabilir.
Kaynak: phys.org/news/2025-04-quantum-entanglement.html
