Bu buluş kuantum fiziğine dair anlayışımızı daha da derinleştirecek ve  dalga-parçacık ikiliğinin yeni uygulamalarına ilişkin yeni arayışları da hızlandıracak.

Dalga-parçacık ikiliği ( wave-particle duality) bir kuantum objesinin bir dalga gibi davranış göstermesidir ancak eğer bu objenin yerini saptamaya çalışırsanız dalga davranışı da ortadan kalkar. Bu durum basitçe çift yarık deneylerinde görülebilir.



-Bu deneylerde, iki tane oldukça dar açıklığı olan bir ekrana ya da perdeye elektron gibi tekil parçacıklar tek tek gönderilir. Parçacıklar açıklıkların arkasında birikirler, öbek öbek olurlar ancak klasik anlamdaki objeler gibi bir öbekleşme olmaz, sonrasında ekranda dalga dalga (kesikli kesikli) ışığın dalga girişimlerinde olduğu gibi birikirler. -

Daha anlaşılır olabilmesi için aşağıdaki animasyonu izlemenizde fayda olduğu kanısındayım. Videoda çift yarıklı perdeye ilk olarak normal objeler gönderiliyor ve ekranda oluşturduğu hal gözleniyor. Daha sonrasında perdeye dalgalar gönderiliyor ve ekranda oluşturduğu girişim gözlemleniyor. Sonrasında ise çift yarıklı perdeye kuantum objeleri gönderiliyor ve ekrandaki girişim gözlemleniyor. Son olarak ise eğer bu kuantum objelerinin gelişi bir gözlemci tarafından izlenirse ekranda aynı görüntüyü oluşturmadığı gözlemleniyor.



Kuantum belirsizlik ilkesi ise bir parçacığın belirli bazı özelliklerinin tek bir an içerisinde ölçülebilmesinin mümkün olmaması ilkesidir. Bir parçacığın momentumu ile konumu tek bir an içerisinde tam doğrulukla ölçülemez. Örneğin;  bir atomun konumunu tam bir kesinlikle biliyorsun, ancak bu atom hareket ederken hızını daha az bir kesinlikle bilebilirsin. Bir parçacığın konumu ne denli doğrulukla ölçülürse (yani konumunun belirsizliği ne denli küçük olursa), buna karşılık momentumunun belirsizliği aynı oranda büyük olur. Tersine, momentumdaki belirsizlik küçüldükçe, aynı oranda konumunun belirsizliği büyür. Bu durumda kesin sonuçlardan değil, bir ortalama değer yakınlarında dalgalanan değerlerden söz edebiliriz. Çok fazla dağılmadan toparlayalım, bu yeni çalışma da; bir sistemin dalga-parçacık davranışı hakkında ne kadar şey öğrenebileceğinizin de tamamen aynı şekilde olduğunu gösteriyor.

Dalga-parçacık ikiliği ve belirsizlik ilkesi 1900'lerin başından beri kuantum fiziğinin temel konseptleridir.

Belirsizlik ilkesinden etkilenen bazı özelliklerin ne kadar öğrenebileceğini denklemler yazarak ortaya koymak mümkün. "Entropik Belirsizlik İlişkileri" olarak bilinen bazı denklemlerde oldukça usta olan Coles, Kaniewski ve Wehner  dalga-parçacık ikiliğini açıklamak için daha önceden kullanılan bütün matematiğin bu ilişkiler türünden ifadelerle yeniden formülize edilebileceğini keşfettiler.

Bunun "iki farklı dili birbirine bağlayan Rosetta Taşını" (rastlantı eseri anlamına gelen ifade)  keşfetmek gibi bir şey olduğunu söyleyen Coles, literatürün dalga-parçacık ikiliğinde adeta hiyeroglif gibi olduğunu ve bunu henüz ana dillerine çevirebildiklerini söylüyor.

Çünkü çevirilerinde kullandıkları entropik belirsizlik ilişkileri  aynı zamanda kuantum kriptografisinin - kuantum parçacıklarını kullanarak güvenli iletişim planları- güvenliğini de kanıtlamakta kullanılabilir. Araştırmacılar çalışmanın yeni kriptografi protokolleri yaymaya yardımcı olabileceğini söylüyorlar.

Önceki makalelerinde Wehner ve ekip arkadaşları, belirsizlik ilkesi ve diğer fizik yani kuantum yer bilmezliği ile termodinamiğin ikinci yasası arasındaki bağlantıyı bulmuşlardı.

---

Referans:

Patrick J. Coles, Jedrzej Kaniewski, Stephanie Wehner. Equivalence of wave–particle duality to entropic uncertainty. Nature Communications, 2014; 5: 5814 DOI: 10.1038/ncomms6814

Kapak Görsel: Timothy Yeo / CQT

---