3.000 Atom Tek Bir Fotonla Dolaşıklaştırıldı

MIT ve Belgrade Üniversitesi’nden fizikçiler, 3.000 tane atomu tek bir foton kullanarak dolaşık duruma getiren yeni bir teknik geliştirdi. Nature dergisinde yayınlanan sonuçlar, şimdiye dek dene..
Görsel Telif:

MIT ve Belgrade Üniversitesi’nden fizikçiler, 3.000 tane atomu tek bir foton kullanarak dolaşık duruma getiren yeni bir teknik geliştirdi. Nature dergisinde yayınlanan sonuçlar, şimdiye dek deneysel olarak birbirine dolaşıklaştırılan en yüksek parçacık sayısını veriyor.

Araştırmacılar, daha duyarlı atomik saatlerin gerçekleştirilmesinde kilit bileşen olan kalabalık dolaşık atom topluluklarının üretilmesinde, bu tekniğin gerçekçi bir yöntem sağladığını belirtiyorlar.

“Tek bir fotonun 3.000 tane atomun durumunu değiştiremeyeceği düşüncesinde olabilirsiniz, ama bu tek foton bunu yapıyor. Daha önce olmayan bağlaşıklıklar yapılandırıyor,” diyor MIT Fizik Bölümü’nden Prof. Vladan Vuletic, “Temel olarak, yeni bir elde edilebilir dolaşık durumlar sınıfı açmış olduk. Ancak daha araştırılacak çok fazla sınıf var.”

Vuletic’le birlikte makaleyi hazırlayanlar arasında MIT’den Robert McConnell, Hao Zhang, Jiazhong Hu ve Belgrade Üniversitesi’nden Senka Cuk da bulunuyor.

Atomik Dolaşıklık ve Zaman Ölçümü

Dolaşıklık çok ilginç bir olay: Kuramın belirttiği gibi, iki ya da daha fazla parçacık öyle bir bağlaşıklık içinde olabilir ki, birine uygulanan herhangi bir değişiklik, ne uzaklıkta olursa olsun diğerlerini de eş zamanlı bir değişime uğratır. Örneğin, dolaşık bir çiftteki atomlardan birinin dönüşü saat yönünde ayarlanırsa, diğeri eşzamanlı olarak saat yönünün tersinde spine sahip olur; fiziksel olarak birbirlerinden binlerce kilometre uzakta olsalar bile.

Albert Einstein tarafından “uzaktan hayaletimsi etki” olarak görmezden gelinmeye çalışılan dolaşıklık görüngüsü klasik fizik yasaları ile değil, parçacık etkileşimlerini nano ölçekte açıklayan kuantum mekaniği ile betimlenir. Böylesine küçük ölçeklerde parçacıkların davranışı, makro ölçekteki maddeden farklıdır.

Bilimciler bir süredir sadece çiftlerin değil, kalabalık atom topluluklarının dolaşık duruma getirilmesine çalışmaktaydı. Bu tür topluluklar, güçlü kuantum bilgisayarların ve daha duyarlı atomik saatlerin temelini oluşturabilirdi. Vuletic’in grubunu harekete geçiren de, atomik saat konusu oldu.

Günümüzde kullanılan en iyi atomik saatlerin temelinde, tuzaklanmış (sabitlenmiş) atomlardan oluşan bir bulut içindeki doğal salınımlar var. Atomlar salınım yaparken bir sarkaç gibi davranırlar, yani zamanlamaları değişmez. Saat içindeki bir lazer ışını atom bulutuna yönelmiştir ve atomların titreşimlerini algılayarak, tek bir saniyenin uzunluğunu belirleyebilir. Vuletic, Büyük Patlama’dan bu yana çalışıyor olsalar en fazla bir saniyelik yanılma payı olacak denli harika olan bu saatlerin de ötesini geçmeyi umuyor.

Atomik saatlerin doğruluğu, bulutta salınan atom sayısına bağlı olarak artıyor. Geleneksel atomik saatlerin duyarlılığı, atom sayısının karekökü ile orantılı. Örneğin, atom sayısını dokuz katına çıkarırsanız, saatin doğruluğu ancak üç kat artıyor. Eğer bu atomlar dolaşık olsaydı, saatin duyarlılığı doğrudan atom sayısına bağlı olurdu; yani dokuz kat daha doğru olurdu. Dolaşık parçacıkların sayısı ne denli arttırılırsa, saatin keskinliği de o kadar artardı.

Kuantum Gürültüyü Ayıklamak

Çalışmaların çoğu atom gruplarında sadece çifter çifter dolaşıklık üretse de, bilimciler çok sayıda atomu dolaşık duruma getirmeyi başarabilmişti. Sadece bir takım tarafından 100 tane atom başarılı biçimde birbirine karıştırılmış ve bu sayı her ne kadar tüm grubun küçük bir bölümü olsa da tarihe geçmişti.

Şimdi Vuletic ve meslektaşları 3.000 atom arasında dolaşıklık oluşturmayı başardı. Bu sayı neredeyse atom grubundaki tüm atomların sayısı kadar ve bu çok zayıf bir lazer ışığı kullanarak yapıldı. Hatta tek bir foton içeren atımlara kadar inildi. “Işık ne kadar zayıf olursa o kadar iyi,” diyen Vuletic, böylece buluttaki dağılmayı azaltıyor. “Sistem nispeten temiz bir kuantum durumunda kalıyor,” diye ekliyor.

Araştırmacıların yaptığı ilk önce bir atom bulutunu soğutup atomları bir lazer tuzağına düşürmek ve sonra buluta zayıf bir lazer atımı göndermek. Ardından ışın içindeki tek bir fotonu aramak için algılayıcı kullanıyorlar. Vuletic bunu şöyle açıklıyor: “Eğer bir foton, atom bulutundan herhangi bir olay olmadan geçerse, polarizasyonu (salınım doğrultusu) aynı kalır. Ancak eğer foton atomlarla etkileşime girerse, polarizasyonu biraz sapar. Bu da onun, dönen atomlar topluluğundaki kuantum “gürültü“den etkilendiğini gösterir. Gürültü, saat yönünde dönen atomlarla, saatin tersi yönünde dönen atomların sayıları arasındaki farka bağlıdır. “

“Arada bir öyle bir foton çıkışı gözlemliyoruz ki, o fotonun elektrik alan salınımı, giren fotonlarınkine tam dik doğrultuda oluyor. Böyle bir foton algıladığımızda, buna neden olan şeyin atom topluluğu olması gerektiğini biliyoruz ve şaşırtıcı biçimde bu algılama, atomlar arasında son derece güçlü bir dolaşıklık durumu üretiyor.”

Vuletic ile meslektaşları şu anda tekil foton algılama tekniği kullanarak, “standart kuantum limit” olarak bilinen kuantum sistemlerdeki ölçüm doğruluğu sınırını aşmayı ve böylece son model bir atom saati yapmayı umuyor.


Araştırma Referansı: Robert McConnell, Hao Zhang, Jiazhong Hu, Senka Ćuk, Vladan Vuletić.Entanglement with negative Wigner function of almost 3,000 atoms heralded by one photon. Nature, 2015; 519 (7544): 439 DOI: 10.1038/nature14293

Kaynak: Massachusetts Institute of Technology. “Thousands of atoms entangled with a single photon.” ScienceDaily. ScienceDaily, 25 March 2015. <www.sciencedaily.com/releases/2015/03/150325151903.htm>.


Etiket
  • Projelerimizde bize destek olmak ister misiniz?
  • Dilediğiniz miktarda aylık veya tek seferlik bağış yapabilirsiniz.
  • Destek Ol
Yorum Yap (0 )

Yorum yapabilmek için giriş yapmalısınız.

Bunlar da ilginizi çekebilir

Bağış Yap, Destek Ol!
Projelerimizde bize destek olmak isterseniz,
Patreon üzerinden
bütçenizi zorlamayacak şekilde aylık veya tek seferlik bağışta bulunabilirsiniz.
E-Bülten Üyeliği
Duyurulardan e-posta ile
haberdar olmak istiyorum.
Reklam Reklam Ver
Arşiv