Klasik termodinamiğin temel yasası olan 2. yasanın kuantum versiyonu keşfedildi. Çalışma, kuantum dolanıklıkta tam geri dönüş sağlıyor.
Kuantum dolanıklık (entanglement), en basit haliyle parçacıkların tek başına değil, birlikte bir bütün olarak davranmasını ifade ediyor. Bir parçacığın durumu bilindiğinde, onun dolanık olduğu diğer parçacığın durumu da otomatik olarak biliniyor. Ve bu, parçacıklar birbirlerinden ne kadar uzakta olursa olsun geçerli oluyor.
Şimdiye dek termodinamiğin ikinci yasasına karşılık gelen ve kuantum sistemlerde işlemlerin geri dönüşümlü olup olamayacağını tanımlayan bir yasa eksikti. Dolanıklık sadece tek yönlü olarak, yani geri döndürülemez biçimde manipüle edilebiliyordu.
ArXiv’de yayımlanan ve kısa süre önce Physical Review Letters’ta da yer bulan araştırma, klasik termodinamiğin ikinci yasasına benzer şekilde, dolanıklık dönüşümlerinin de geri döndürülebilir olabileceğini gösteriyor. Araştırma, dolanıklık için bir “ikinci yasa” sunarak, dolanıklığın da tıpkı ısı veya enerji gibi ideal koşullarda geri dönüşümlü biçimde kontrol edilebileceğini öne sürüyor.
Termodinamiğin ikinci yasasına göre; kapalı bir sistemde entropi zamanla azalmıyor, ya sabit kalıyor ya da artıyor. Entropi, sistemdeki düzensizliğin ölçüsüne deniyor. Bu yasayı örnekle açıklamak gerekirse, sıcak bir nesne soğuk bir nesneye temas ettiğinde, ısı sıcak olandan soğuk olana doğru akıyor ve bu süreç kendiliğinden tersine dönmüyor.
Kuantum araştırmadaki “dolanıklık manipülasyonu için ikinci yasa” benzetmesi de tam burada devreye giriyor: Tıpkı termodinamikteki enerji dönüşümlerinin sınırlı ve yönlü olması gibi, dolaşıklığın da nasıl değiştirilebileceği kurallara bağlı ve ideal koşullarda geri çevrilebilir hale getirilebiliyor.
Yeni çalışmanın temelinde “dolanıklık pili” adı verilen yardımcı bir kuantum sistem yer alıyor. Tıpkı enerji bataryasının enerji depolayıp aktarabilmesi gibi, dolanıklık bataryası da dolaşıklığı depolayıp sisteme aktarabiliyor.
Bu pil, iki taraf arasında yapılan dolanıklık dönüşüm sürecine dolanıklık ekleyip çıkarabilen, ancak süreç sonunda içindeki dolanıklık miktarı değişmeyen bir kaynak gibi çalışıyor. Böylece önceki modellerde kaçınılmaz görülen dolanıklık kaybının bu yaklaşımla tamamen aşılabiliyor olması.
Araştırmayı yürüten ekip, bu yeni çerçeveyi “kuantum termodinamiğin eksik halkası” olarak tanımlıyor. Dolanıklığın manipülasyonu artık geri döndürülebilir hale gelirken, bu ilke gelecekte kuantum ağların tasarımından kuantum bilgisayarların mimarisine kadar geniş bir etki alanı yaratacak gibi görünüyor.
Kaynak: Phys.org
