Erwin Schrödinger kuantum dolaşıklığı "kuantum mekaniğini klasik kuramlardan ayıran başlıca özellik" olarak tanımlamıştı. Geçtiğimiz günlerde yayımlanan bir makalede, fizikçiler yeni bir dolaşık durumlar ailesini ele alarak, bunların "yerel gerçeklik" ilkesini ihlal ettiklerini gösteriyor. Yerel gerçeklik, klasik kuramlarda geçerli olup, kuantum kuramında tehlikeye düşer.

İki nesne dolaşık durumda olduğunda, birine yapılan ölçüm diğerini de eşzamanlı olarak etkiler; yani ışığın ikisi arasında yol almasından bile daha çabuk. Sağduyu ise bize bir nesnenin ancak yakın çevresinden etkilenebileceğini, başka bir deyişle nesneye etki edebilmek için ona belli bir yakınlık derecesinde olunması gerektiğini söyler. Buna bilim dilinde "yerellik" (İng. locality) adı verilir. Dolaşıklık, yerelliği ihlal ederek, evrenin öte ucundan bile anında etkisini gösterir.

Yıllardan beri fizikçiler dolaşık durumların yerel gerçekliğe aykırı davranıp davranmadığını net olarak ortaya koymayı deniyorlardı. Burada gerçeklik (İng. realism) terimiyle anlatılmak istenen, nesnelerin gözlemlenmedikleri zaman da var olduklarıdır.

Dolaşıklık yerelliği mi yoksa gerçekliği mi ihlal eder?

Her ne kadar uzun zamandan beri bazı dolaşık durumların yerel gerçekliğe aykırı olduğundan kuşkulanılsa da, Cenevre Üniversitesi'nden Nicolas Gisin tüm saf dolaşık durumların yerel gerçekliği ihlal etmek zorunda olduğunu niceliksel olarak 1991 yılında gösterebildi. Bugün bu sonucu Gisin Kuramı olarak adlandırıyoruz.

Kuantum mekaniğinde bir "saf" dolaşık durum net olarak tanımlı durumdur. Bununla birlikte, dolaşık durumların büyük çoğunluğu bir dereceye kadar "karışık" durumdadır. Yani çok sayıda saf durumun bir kombinasyonudur. Gisin Kuramı sadece saf durumlar için geçerli olsa da, fizikçiler başka tip durumların da yerel gerçekliği ihlal edebildiğini göstererek, ilerleyen yıllarda kuramı genişletmişlerdir.

Nature Scientific Reports'da yayımlanan yeni bir makalede, Çin Nankai Üniversitesi ve Singapur Ulusal Üniversitesi'nde çalışan Jing-Ling Chen liderliğindeki Çin ve Singapur enstitülerinden bir grup araştırmacı, belli bir yönlendirme özelliği olan tüm karışık durumların, yerel gerçekliğe aykırı olmak zorunda olduğunu gösteriyor. Yerel gerçekliği ihlal eden bu yeni karışık dolaşık durumlar ailesi, kuantum korelasyonlara ilişkin daha iyi bir anlayış geliştirilmesini sağlayabilir. Yanısıra, bazı kuantum enformasyon süreçlerinin basitleştirilmesine de olanak tanıyabilir.

Ekip lideri Chen, Gisin Kuramı'nın bu genişletilmiş versiyonunda, Gisin'in ele aldığı saf durumların bir özel durum olarak kuram içinde yer aldığını belirtiyor. "Werner'in 1989'da yayımladığı 'E-P-R korelasyonlu kuantum durumları bir gizli değişken modeline işaret ediyor' adlı makaleden beri, dolaşıklık ile yerel gerçekliğin ihlali iki ayrı kavram olarak biliniyordu. Bazı dolaşık kuantum durumları bir gizli değişken modeli ile uyumlu olup, yerel gerçekliği ihlal etmeyebiliyordu. Buradan önemli bir soru doğdu. Dolaşıklık ile yerel gerçekliğin ihlalini eşdeğer kılacak biçimde kuantum durumlarını sınırlayan bir koşul belirleyebilir miyiz? Olası koşullardan biri saflıktır. Tüm saf dolaşık kuantum durumları Bell Eşitsizlikleri'ne aykırı davranır. Bu da Gisin Kuramı olarak bilinir," şeklinde açıklıyor Chen.

"Ancak karışık durumların daha genel bir hâli için, araştırmacılar böyle bir koşul olmamasından endişe ediyordu. Daha genel bir koşul olması, sadece kuantum korelasyonlara ilişkin kuramsal bakış açısından daha derin bir anlayışa sahip olmak için önem taşımakla kalmıyor. Bir diğer önemi de, deneysel açıdan, yani kuantum enformasyon uygulamaları için gerekli olması. Kuantum sistemlerin çevreleriyle etkileşmesi kaçınılmaz olduğundan, kuantum durumlar pratikte her zaman bir dereceye kadar karışıktır. Bu çalışmada biz bu problemi ele aldık ve E-P-R yönlendirmesi kavramını, dolaşıklık ile yerel gerçekliğin ihlali arasında köprü kuran bir koşul olarak kullandık," diye ekliyor Chen.

Üç tür korelasyon

Chen'in sözünü ettiği gibi, dolaşıklık, yönlendirme ve yerel gerçekliğe aykırılığı kuatum korelasyonun üç farklı biçimi olarak düşünebiliriz. Bunlar hiyerarşik bir yapı oluşturur ve yerel gerçekliğe aykırılık en güçlü olan biçimdir. Yönlendirme ortanca biçim olup, dolaşıklık korelasyonlarını bir adım ileri taşıyarak sistemin, dolaşık partneri kontrol etmesine (yönlendirmesine) olanak tanır.

Fizikçiler bu çalışmada şunu gösteriyor: Eğer iki gözlemci, kendi kubitleri üzerinde ölçüm yapmak (ve dolayısıyla ötekinin durumunun eşzamanlı çökmesine neden olmak) suretiyle, partnerinin kubitlerini saf durumlara yönlendirebiliyorsa, kubitler başlangıçta karışık durumda olsalar bile yerel gerçekliğe aykırı davranırlar.

Bu çalışma, üç korelasyon türü olan ilişkili fakat farklı kavram arasında sağlam bir kriter sunması açısından büyük önem taşıyor. "Dolaşıklık, yönlendirme ve yerel gerçekliğe aykırılık kavramlarının bu hiyerarşik yapısında, ikinci ve üçüncü biçim ilkinin bir alt kümesi durumunda oluyor," diyor Chen.