Osaka Üniversitesi Einstein’ı ‘korkutan’ kuantum dolanıklığı güçlü etkileşimli elektron sistemlerinde ölçen yeni bir formül geliştirdi.
Einstein’ın “uzaktan korkutucu etki” olarak tanımladığı kuantum dolanıklık, yeni araştırmalarla artık daha az “korkutucu” hale geliyor. Osaka Metropolitan Üniversitesi’nden fizikçiler, güçlü etkileşimde bulunan elektron sistemlerinde kuantum dolanıklığı ölçmek için yeni, daha basit formüller geliştirdi. Bu formüller, çeşitli nanomalzeme sistemlerinde de uygulandı ve kuantum davranışlarını anlamada yeni bir bakış açısı sundu. Bu bulgular, kuantum teknolojilerindeki ilerlemelere katkı sağlayabilir.
Kuantum dolanıklığı, iki parçacığın birbirine bağlandığında, aralarındaki mesafe ne kadar uzak olursa olsun, hala birbirlerine bağlı kalması durumu olarak tanımlanıyor. Bu temel özellik, kuantum bilgisayarları ve kuantum şifreleme gibi gelişmekte olan teknolojilerde önemli bir rol oynuyor.
Bilim insanları bu “gizemli” fenomeni anlamada büyük yol kat etmiş olsa da, hala çok karmaşık bir alan olarak görülüyor.
Osaka Metropolitan Üniversitesi’nden çalışmanın başyazarı Yunori Nishikawa “Önceki çalışmalar, genellikle manyetizma ya da süper iletkenlik gibi özellikler gösteren malzemelerde kuantum dolanıklığın evrensel özelliklerine odaklanıyordu,” ifadelerini kullandı.
Araştırma ekibi, farklı bir yaklaşım sergileyerek sadece bir ya da iki atom arasındaki kuantum dolanıklığı ve bu atomların etrafındaki sistemle olan ilişkisini incelemeye karar verdi. Güçlü etkileşimli elektron sistemleri, elektronlar arasındaki etkileşimlerin, sistemin davranışını belirlediği ve genellikle çok karmaşık ve yoğun kuantum durumlarına yol açan malzemeler olarak biliniyor. Bu sistemler, kuantum dolanıklığın keşfi için ideal bir ortam sunuyor.
Ekip, bu karmaşık etkileşimleri anlamak için, entanglement entropisi (dolanıklık ölçüsü), karşılıklı bilgi (sistemdeki iki bölüm arasındaki paylaşılan bilgi) ve göreli entropi (kuantum durumlarındaki farkları ölçen bir değer) gibi önemli kuantum niceliklerini hesaplamak için formüller türetti. Bu nicelikler, bir kuantum sisteminin farklı bölümlerinin nasıl etkileşime girdiğini ve birbirini nasıl etkilediğini anlamak için kritik öneme sahip.
Nishikawa bu durumu ifade etmek için “Dolanıklık entropisi için formülün beklediğimizden çok daha basit bir şekilde ifade edilebileceğini görmek çok hoş bir sürpriz oldu,” sözlerini kullandı.
Ekip, bu yeni formülleri test etmek için, doğrusal bir zincir halinde düzenlenmiş nano ölçekteki yapay manyetik malzemeler ve seyreltilmiş manyetik alaşımlar gibi farklı malzeme sistemlerine uyguladı. Yapay manyetik sistemlerde kuantum dolanıklığın beklenmedik desenlerini gözlemledi. Seyreltilmiş manyetik alaşımlarda ise, Kondo etkisini (manyetik bir yabancı maddeyle, iletim elektronu arasındaki etkileşimi) anlamada önemli bir nicelik olarak göreli entropiyi saptadı.
Nishikawa sözlerine “Yapay manyetik malzemelerdeki kuantum dolanıklığın davranışı, başlangıçta tahmin ettiğimizin tersine çıktı ve kuantum etkileşimlerini anlamada yeni yollar açtı,” diye devam etti. Bu çalışma, kuantum teknolojileri için yeni fırsatlar yaratabilecek daha derinlemesine kuantum dolanıklığı incelemelerinin önünü açıyor.
Nishikawa “Bu formüller, çeşitli fiziksel özelliklere sahip sistemlere de uygulanabilir. Daha fazla araştırmayı teşvik etmeyi ve farklı malzemelerdeki kuantum davranışları hakkında yeni anlayışlar sunmayı umuyoruz,” dedi.
Kaynak: Physical Review B
