İspanya'nın Barselona kentindeki Fotonik Bilimler Enstitüsü'nden (ICFO) Prof. Morgan Mitchell liderliğindeki ekip tarafından ilk kez bir sıkıştırılmış ışık demetindeki farklı foton çiftleri arasında dolaşıklık saptandı.Bu araştırmadan elde edilen bulgular süperiletkenlik, süperakışkanlık, optik haberleşme ve kuantum hesaplamada kubit geliştirilmesi gibi alanlarda çalışılması gereken diğer makroskopik çok cisimli sistemler ve Bose-Einstein yoğuşuk maddesi gibi kuantum gazları için de ümit verici ilerlemeler sunuyor.

Kuantum dolaşıklık hep mikroskopik dünya ile ilişkilendirilir. Ancak ışığın sıkıştırılması ve hızlı trenlerin yerden yükselmesini sağlayan süper-iletkenlik gibi çok çarpıcı makroskopik etkileri de vardır. Sıkıştırılmış ışık fiziksel olarak bir sıkıştırmayı değil de, ışığın özelliklerinden birinin son derece kesin doğrulukla tanımlanışını belirtir; örneğin polarizasyonunun (kutuplanmasının). Normal ışıkla karşılaştırıldığında, bağımsız fotonlardan oluşan lazer ışığı aşırı küçük ama sıfırdan farklı bir kutuplanma belirsizliğine sahiptir. Bu belirsizlik yani "kuantum gürültü" doğrudan fotonların varlığıyla bağlantılıdır. Sıkıştırılmış ışığın ise bu düzeyden çok daha düşük bir belirsizliği vardır. Dolayısıyla optik haberleşmede sıkıştırılmış ışık, aynı sinyal-gürültü oranı ve aynı ışık gücü ile daha zayıf sinyaller gönderilmesine yardım edebilir. Ayrıca kuantum kriptografi ile iki farklı tarafa gizli şifre dağıtımında kullanılabilir.

Pek çok makroskopik görüngünün büyük ölçekli dolaşıklıktan kaynaklandığı görüşü uzun süreden beri düşünülse de, şimdiye dek bu bağlantı sadece kuramsal olarak öne sürülmekteydi. Öte yandan, bilgisayar ile yapılmakta olan dolaşık parçacık simülasyonlarında, gerekli bellek ve işlemci süresi dolaşık parçacık sayısı ile üstel olarak arttığından, buna ilişkin yeni özelliklerin anlaşılmasına yardımcı olmuyordu. Çalışmalar bir kaç parçacık ile sınırlı kalıyordu. Tüm bu meselelere rağmen, spin-sıkıştırıcı deneyler çok sayıda dolaşık atomun gözlendiği iddiasına olanak tanıdı. Ancak bunlar makroskopik özellikleri ölçüp dolaşıklık çıkarımı yapmak için kurama başvurduğu için dolaylı iddialardı.

Prof. Mitchell'ın yorumu şöyle: "Kuantum mekaniği beni hep heyecanlandırıyor. Sıkıştırılmış bir durum içinde dolaşık parçacıklar denizi olması gerektiğini söyleyen kuramsal öngörüler ortaya çıktığında çok şaşırdım. Bunu yakından görmek için deney yapmak zorunda olduğumuzu biliyordum." Şimdi ilk kez, ICFO bilimcileri bu bağlantıyı doğrudan ve deneysel olarak onaylamayı başardı.

Bunu yapmak için, öngörüye göre neredeyse bütünüyle dolaşık fotondan oluşan bir sıkıştırılmış ışık demeti ürettiler. Ardından az sayıda fotonu rastgele çıkardılar ve kuantum durumlarını ölçtüler; özellikle de foton çiftlerinin ortak kutuplanma durumlarını. Pek çok deneysel engeli aştıktan sonra buldukları şu oldu: Kuramsal öngörülere uygun biçimde, birbirine yakın bulunan herhangi iki atom dolaşık durumdaydı. Demetin yoğunluğunu değiştirerek, parçacıkların ancak az sayıda dolaşık eşleri varken güçlü bir dolaşıklıklarının olabildiği tek eşli dolaşıklığın etkilerini de gözlemlediler.

"Deney korkunç derecede zordu; sıkıştırma ile dolaşık foton algılamayı bir arada kullanmak zorundaydık. Çok sayıda çözülmemiş sorun vardı. Deneyi mümkün kılmak için bir sürü şey icat etmemiz gerekti; süper ince optik filtreler gibi," diyor ekipten Federica Beduini.

---

Makale Referansı:  Federica A. Beduini, Joanna A. Zielińska, Vito G. Lucivero, Yannick A. de Icaza Astiz, and Morgan W. Mitchell. Macroscopic quantum state analyzed particle by particle. Phys. Rev. Lett., 2015 (accepted)

Kaynak: ICFO-The Institute of Photonic Sciences. "First glimpse inside a macroscopic quantum state." ScienceDaily. ScienceDaily, 27 March 2015. <www.sciencedaily.com/releases/2015/03/150327091012.htm>.

---