Oxford Fizikçileri Schrödinger'in Kedisini Daha da Garipleştirdi

Hızlı Erişim / İçindekiler

• Yeni kuantum durumu neden önemli?
• Deney nasıl gerçekleştirildi?
• Kuantum bilgisayarlar için anlamı ne?

Kuantum mekaniği uzun yıllardır sezgilere meydan okuyan yapısıyla dikkat çekiyor. Bir parçacığın aynı anda birden fazla durumda bulunabilmesi, bu alanın en çok konuşulan özelliklerinden biri. Fizik dünyasında bu durumu anlatmak için sıkça kullanılan Schrödinger'in kedisi düşünce deneyi, Oxford Üniversitesi araştırmacılarının yeni çalışmasıyla farklı bir boyut kazandı. Ekip, şimdiye kadar kullanılan yöntemlerden ayrılan tamamen yeni bir kuantum üst üste binme durumu üretmeyi başardı. Çalışma yalnızca temel fiziğe katkı sunmakla kalmıyor, aynı zamanda geleceğin kuantum bilgisayarlarının daha dayanıklı hale gelmesine de kapı aralıyor.

Yeni kuantum durumu neden önemli?

Bugüne kadar laboratuvarlarda oluşturulan birçok kuantum üst üste binme durumu, klasik davranışa en yakın kuantum durumları kabul edilen "koherent durumlar" üzerine kuruluydu. Oxford ekibi ise farklı bir yol izledi. Araştırmacılar, başlangıç noktası olarak zaten son derece kuantum özellikleri taşıyan klasik olmayan bileşenleri kullandı. Böylece ortaya, daha önce üretilmemiş yeni bir kuantum durum ailesi çıktı.

Bu yaklaşım, kuantum sistemlerinin yalnızca 0 ve 1 arasında çalışan kübitlerden ibaret olmadığını bir kez daha ortaya koyuyor. Özellikle kuantum harmonik salınıcıları çok daha fazla enerji seviyesine sahip olduklarından, araştırmacılara çok daha geniş bir hareket alanı sunuyor. Işık, atom titreşimleri ve tuzaklanmış parçacık hareketleri gibi birçok fiziksel sistem de bu yapı ile açıklanabiliyor.

Deney nasıl gerçekleştirildi?

Deneyde tek bir tuzaklanmış iyon kullanıldı. Bu sistemin iç kuantum durumu kübit gibi davranırken, iyonun hareketi kuantum harmonik salınıcısı görevini üstlendi. Araştırmacılar önce iyonun iç durumu ile hareketini birbirine doladı. Daha sonra deney devam ederken gerçekleştirilen özel bir kuantum ölçümü sayesinde hareket durumu istenen kuantum süperpozisyonuna dönüştürüldü.

Çalışmanın başyazarı Dr. Sebastian Saner, geliştirilen yöntemin kuantum durumlarını neredeyse istenilen biçimde şekillendirmelerine imkan verdiğini belirtiyor. Deney sırasında bileşenlerin büyüklüğü, yönü ve birbirinden uzaklığı değiştirilebildi. Aynı deney düzeneğiyle birbirinden oldukça farklı çok sayıda kuantum durumu üretilebilmesi, yöntemin en dikkat çekici yönlerinden biri olarak öne çıkıyor.

Araştırmacılar daha sonra oluşturdukları durumları ayrıntılı biçimde analiz etti. Ölçümlerde gözlenen girişim desenleri ve Wigner negatifliği adı verilen özellikler, elde edilen yapıların klasik fizik kurallarıyla açıklanamayacağını doğruladı. Böylece gerçekten yeni ve klasik olmayan kuantum durumlarının başarıyla üretildiği gösterilmiş oldu.

Kuantum bilgisayarlar için anlamı ne?

Bugünkü kuantum bilgisayarların en büyük problemlerinden biri hata oluşumuna karşı son derece hassas olmaları. Yeni geliştirilen kuantum durumları, teorik olarak bu hatalara karşı daha dayanıklı sistemlerin geliştirilmesine katkı sağlayabilir. Bunun yanında hata düzeltme süreçlerinin de daha verimli hale gelmesi mümkün görünüyor.

Araştırmanın önemi yalnızca teknolojiyle sınırlı değil. Bilim insanları aynı zamanda klasik dünya ile kuantum dünya arasındaki sınırın tam olarak nerede başladığını anlamaya çalışıyor. Yeni oluşturulan bu durumlar, doğanın en temel kurallarını test etmek için farklı deneylerin önünü açabilir. Oxford ekibi de şimdi kuramsal fizikçilerle birlikte bu kuantum durumlarının sahip olduğu özellikleri daha ayrıntılı biçimde incelemeyi hedefliyor.

Kaynak: ScienceDaily Oxford physicists just made Schrödinger's cat even stranger

BilimBox Yorumu: Kuantum teknolojilerinde dikkat çeken gelişmelerin büyük bölümü doğrudan günlük yaşama yansımıyor. Ancak tarih, temel bilimde atılan küçük görünen adımların yıllar sonra büyük teknolojik dönüşümlere dönüştüğünü defalarca gösterdi. Bu çalışma da onlardan biri olabilir. Araştırmacılar yalnızca yeni bir kuantum durumu üretmedi; kuantum sistemlerini çok daha esnek biçimde tasarlayabileceklerini ortaya koydu. Eğer bu yöntem farklı platformlara da uyarlanabilirse, daha güvenilir kuantum bilgisayarlar geliştirmek mümkün hale gelebilir. Aynı zamanda evrenin en temel işleyişini anlamaya yönelik deneyler için de güçlü bir araç kazanılmış olacak.