Fizikçiler, optik alanında Schrödinger’in kedilerini nasıl “yetiştirebileceklerinin” bir yolunu buldular. Bilim insanları ışığın klasik durumlarının süperpozisyonunu mikroskobik sınırların ötesine yükseltebilecek ve kuantum ile klasik dünyalar arasındaki sınırları belirlemeye yardımcı olacak bir yöntemi test ettiler.

CIFAR Kuantum Bilgi Bilimleri Alexander Lvovsky, Rusya Kuantum Merkezi ve Calgary Üniversitesi’nden araştırmacıların oluşturduğu bir ekibe önderlik etti ve ekip, ışığın klasik durumlarının süperpozisyonunu mikroskobik sınırların ötesine yükseltebilecek ve kuantum ile klasik dünyalar arasındaki sınırları belirlemeye yardımcı olacak bir yöntemi test etti.

1935 yılında Alman fizikçi Erwin Schrödinger bir düşünce deneyi öne sürdü. Bu düşünce deneyinde, gözlemcinin göremediği bir kedi, iki farklı durumun süperpozisyonu halindeydi: Kedi aynı anda hem ölü, hem de diriydi. Schrödinger’in kedisi, gördüğümüz makroskobik dünya ile kuantum fiziği yasalarıyla yönetilen mikroskobik dünya arasında ne kadar çarpıcı farklılıklar olduğunu göstermeyi amaçlıyordu.



Bununla beraber, kuantum teknolojilerinin gelişimi, daha da karmaşık kuantum durumlarını oluşturmayı mümkün kılıyor ve Schrödinger’in düşünce deneyi artık ulaşılmaz görünmüyor.

Calgary Üniversitesi’nde profesör ve Rusya Kuantum Merkezi’nde Kuantum Optik Laboratuvarı’nın sorumlusu olan Lvovsky; “Fiziğin en temel sorularından biri, kuantum ve klasik dünyalar arasındaki sınırlardır. Bir kuantum olgusu, ideal koşullar sağlandığı müddetçe makroskobik nesnelerde gözlenebilir mi? Teori, bu soruya hiç bir cevap vermiyor; belki de ortada böyle bir sınır da yoktur. İhtiyacımız olan şey, bunu ölçebilecek bir araç.” diye anlatıyor.

Tam da böylesi bir araç, Schrödinger’in kedisinin fiziksel bir benzeri, birbirine zıt iki farklı durumun kuantum süperpozisyonunda olan bir nesne tarafından sunuluyor. Optikte bu nesne, elektromanyetik dalgaların alanları aynı anda iki zıt yönü gösterdiği, iki faz uyumlu ışık dalgasının süperpozisyonudur. Şimdiye kadar, deneylerde böylesi süperpozisyonlar, kullanımlarını kısıtlayacak derecede küçük genliklerde elde edilebilmişti. Araştırma ekibi, yüksek genliklerde optik “kedileri” büyük bir başarıyla elde edebilmeyi mümkün kılan, bu kuantum durumlarını “yetiştirme” sürecini uyguladılar.

Çalışmanın yardımcı yazarı ve Calgary Üniversitesi’nde lisansüstü öğrencisi olan Anastasia Pushkina; “Aslında bu deney fikri, ilk defa 2003 yılında, Queensland Üniversitesi’nden Prof. Timothy Ralph’in ekibi tarafından öne sürüldü. Esasında, iki “kedinin”, ışın ayırıcısında birbirine karışmasına neden oluyoruz. Bu da ışın ayırıcısının iki farklı çıktı kanalında dolaşık bir duruma neden oluyor. Bu kanalların birine, özel bir detektör yerleştiriliyor. Detektörün belirli bir sonucu göstermesi durumunda, diğer kanalda, enerjisi başlangıçtakinin enerjisinin iki katından daha fazla olan bir “kedi” doğuyor diye açıklıyor.

Lvovsky’nin ekibi, bu yöntemi laboratuvarda test etti. Deneyde, genliği 1,15 olan bir çift negatif yönelimli sıkıştırılmış “Schrödinger kedisini”, genliği 1,85 olan pozitif yönelimli tek bir “kediye” dönüştürmeyi başardılar. Deney boyunca, binlerce bu türde büyütülmüş “kediler” ürettiler.

Çalışmanın başyazarı Demid Sychev; “İşlemin tekrar edilebilir olması önemli. Sırasıyla yeni ‘kediler’ ışın ayırıcısında üst üste bindirilebilir, böylece daha da yüksek enerjili yeni bir tane üretebilir ve bu böyle gider. Bu sayede, kuantum dünyasının sınırlarını adım adım zorlamak ve sonunda bir sınırı olup olmadığını anlamak mümkün hale gelir” diye açıklıyor.

Bu türden makroskobik “Schrödinger kedileri” kuantum iletişim, kuantum ışınlanma ve kuantum kriptografi alanlarında uygulama alanları bulabiliyor.

 

---

Kaynak: Physicists breeding Schroedinger cat states < https://phys.org/news/2017-05-physicists-schroedinger-cat-states.html >

Referans: Enlargement of optical Schrödinger's cat states < https://www.nature.com/nphoton/journal/vaop/ncurrent/full/nphoton.2017.57.html > DOI: 10.1038/nphoton.2017.57

---