Kuantum teorisinin öngördüğü egzotik korelasyonlar, 37 boyutlu bir yapıyla gerçekleştirilen yeni bir deneyde doğrulandı.
Kuantum mekaniğinin en önemli özelliklerinden biri olan dolanıklık, klasik fizik ile kuantum teorisi arasındaki temel uyumsuzlukları ortaya koyan bir kavram olarak biliniyor. Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi’nden bir grup araştırmacı, dolanıklık kavramını test eden Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ) tipi bir paradoksu, zaman alanında çalışan bir optik işlemci ile test etmeyi başardı. Araştırma sonuçları Science Advances dergisinde yayınlandı. Yapılan deneyde, 37 boyutlu bir yapı kullanılarak kuantum mekaniğinin öngördüğü egzotik korelasyonlar gözlemlendi. Bu çalışma, kuantum hesaplama ve bilgi işleme teknolojileri açısından büyük bir adım olarak değerlendiriliyor.
Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ) paradoksu, kuantum mekaniğinde klasik fizik ile çelişen bir durumu ortaya koyan önemli bir deneysel düşünce deneyi olarak tanımlanıyor. Bu paradoks, üç veya daha fazla parçacığın birbirleriyle “dolanık” bir şekilde hareket etmesini inceleyerek, klasik fiziğin öngördüğü sonuçlarla kuantum fiziğinin sunduğu sonuçların ne kadar farklı olduğunu gösteriyor.
GHZ paradoksu, özellikle “dolanıklık” (entanglement) kavramını vurguluyor; bu, bir parçacığın durumunun diğerlerinden bağımsız olarak belirlenemeyeceği anlamına geliyor. Deneyin temel amacı, kuantum mekaniği ile klasik gerçeklik arasındaki farkları ve kuantum korelasyonlarının klasik fizik ile açıklanamayacak kadar karmaşık olduğunu kanıtlamak.
GHZ tipi paradokslar, klasik ve kuantum sistemler arasındaki ayrımı net bir şekilde ortaya koyan mantıksal argümanlar içeriyor. Ancak, en güçlü kuantum-klasik ayrımı ortaya koyan ve en az dolanıklık içeren GHZ tipi paradoks uzun süredir bilinmiyordu. Bu yeni çalışmada, araştırmacılar yalnızca üç dolanıklık içeren bir GHZ paradoksu ortaya çıkardı. Bu sayı, kuantum teorisinin izin verdiği en düşük sınır olarak kabul ediliyor. Böylece, üç dolanıklığın bile klasik dünya ile kuantum dünyası arasındaki uyuşmazlığı göstermek için yeterli olduğu kanıtlanmış oldu.
37 boyutta kuantum deneyi
Araştırmacılar, fiber optik tabanlı bir sistem kullanarak yüksek hızlı modülasyon, konvolüsyon ve homodin algılama yöntemleri ile zaman-multiplekslenmiş (çoklu zaman dilimlerine bölünmüş) ışık darbeleri üzerinde deneyler gerçekleştirdi. Bu yöntem sayesinde, 37 boyutlu bir sistemde GHZ tipi dolanıklık başarılı bir şekilde gözlemlendi.
Bu tür bir optik platform, hem kuantum hesaplama hem de bilgi işleme uygulamaları için büyük bir potansiyele sahip. Daha önce büyük ölçekli dolanıklık (örneğin, küme durumlarının oluşturulması) ve ölçüme dayalı kuantum hesaplama için kullanılan bu teknik, gelecekte kuantum avantajı sağlayan yeni teknolojilere de öncülük edebilir.
Bu yeni çalışmanın sonuçları, dolanıklığın yalnızca temel fizik açısından değil, aynı zamanda pratik uygulamalar açısından da büyük önem taşıdığını gösteriyor. Özellikle, dolanıklığa dayalı kuantum avantajı, sığ kuantum devreleri (derinliği düşük kuantum algoritmaları) için kullanılarak kuantum hesaplamanın gücünü artırabilir. Çalışma aynı zamanda, uzay-zaman boyutlarını klasik algılayışımızın ötesinde genişleten egzotik kuantum korelasyonlarının daha iyi anlaşılmasına katkı sağlayabilir.
Bu araştırma, dolanıklık konusundaki gelecekteki çalışmalar için yeni sorular ortaya çıkarıyor. Üç dolanıklı GHZ tipi bir paradoksun keşfi, daha büyük dolanık sayılarına sahip yeni Kochen-Specker setlerinin (bir grup kuantum sistemi üzerinde, her bir ölçümün belirli bir “sistematik” sonuç verdiği durumlar) var olup olmadığı sorusunu gündeme getiriyor. Ayrıca, dolanıklığın kuantum hesaplama ve bilgi işleme alanlarında daha güçlü avantajlar sağlamak için nasıl kullanılabileceği konusu araştırılmaya devam edilecek.
Bu çalışma, zaman-multipleksleme tekniğinin sunduğu avantajlarla birlikte, gelecekte daha ölçeklenebilir ve ekonomik kuantum sistemlerinin geliştirilmesine de katkı sağlayabilir. Ancak mevcut deneyin bazı sınırlamaları da bulunuyor. Örneğin, şu anki sistemde ayrık olayları tespit eden bir algılama mekanizması bulunmuyor. Bu eksiklik, foton algılayıcılar kullanılarak giderilebilir ve dolanıklık deneyleri daha kesin sonuçlar verebilir.Sonuç olarak, bu araştırma, kuantum mekaniğinin temel ilkelerini test etmekle kalmayıp, aynı zamanda gelecekteki kuantum teknolojilerinin gelişmesine de ışık tutuyor. Kuantum dünyasının sınırlarını zorlayan bu tür çalışmalar, önümüzdeki yıllarda daha güçlü ve hızlı kuantum bilgisayarların geliştirilmesine büyük katkı sağlayabilir.
Kaynak: Science Advances
