Geçtiğimiz günlerde Japonya'daki Tokyo Üniversitesi ve Avustralya'daki Griffith Üniversitesi'nin ortaklığında, Prof. Howard Wiseman liderliğinde gerçekleştirilen deneyde, Einstein'ın 'uzaktan hayaletimsi etki' olarak adlandırdığı olgu yani dolaşıklık gözlemlendi.

Einstein'ın gerçek olamayacağını düşünerek 'hayaletimsi' sıfatını yakıştırdığı "dalga fonksiyonunun yerel olmayan çöküşü", söz konusu çalışma ile deneysel olarak kanıtlanmış oldu. Bu hem kuantum mekaniğinin anlaşılması adına önemli bir adım, hem de bir fizik dehasının bile yanılgıya düşebileceğine bir örnek.

Tek Parçacık Dolaşıklığı

Tek bir parçacıkta görülen uzaktan hayaletimsi etki yani kuantum dolaşıklık, dolaşıklığın çok garip bir biçimi olup, kuantum hesaplama ve haberleşmede ilerleme sağlama konusunda büyük önem taşıyor. Birbirlerinin partneri olarak tanımlanan iki parçacık arasındaki alışılmış kuantum dolaşıklıktan farklı olarak, dolaşık tekil parçacıklar çok büyük uzaklıklara yayılan dalga fonksiyonuna sahip olmalarına rağmen, asla birden fazla yerde bulunmuyorlar.

"Bir başka deyişle, tekil bir dolaşık parçacık belli bir anda sadece tek bir yerde olabilir ama çok büyük bir alan içinde konumlandırılır. Parçacık ölçümü yapıldığında dalga fonksiyonu aniden çökerek tek bir konum verir," diye açıklıyor Lucy Ingham. Bunun gerçekleştiğini ise şimdiye dek kimse görmeyi başaramamıştı. Bu deneyde, dalga benzeri özellikleri ölçebilen homodin algılayıcılar kullanılarak, bir parçacığın dalga fonksiyonunun yerel olmayan çöküşü bütünüyle izlenebildi.

Yayımladıkları makalede, tek bir fotonu Avustralya ve Japonya'da bulunan iki laboratuvar arasında nasıl bölmeyi başardıklarını anlatan araştırma ekibi, ardından laboratuvarlardan birinde gerçekleştirdikleri ölçüm seçiminin, diğer laboratuvardaki yerel kuantum durumunda gerçekten de değişime neden olduğunu gösteriyor. Böylece Einstein'ın 1927 yılında "kuantum mekaniğinin işe yaramadığının kanıtı" olarak nitelediği 'tek parçacık dolaşıklığı' öngörüsünün doğruluğunu kanıtlıyorlar.

Dalga Fonksiyonunun Yerel Olmayan Çöküşü Söz Konusu

"Einstein geleneksel kuantum mekaniğini hiç kabul etmedi ve dayanak noktası da bu tek parçacık konusuydu. Bu nedenle, tek parçacık kullanarak dalga fonksiyonunun yerel olmayan çöküşünü göstermek çok önemli," diyor Prof. Wiseman. Einstein, bir parçacığın aynı anda birden fazla yerde olup da, biri onun durumunu ölçmeye kalkıştığı anda tek bir belli yere konumlanacağı (dalga fonksiyonunun çökeceği) düşüncesine karşı çıkıyordu. Çünkü eğer öyleyse, görünüşe göre ışıktan hızlı giden bir sinyalin varlığından söz etmek gerekecekti ki, bu da görelilik kuramına aykırıydı. Ona göre bir parçacığın tek bir yerde algılanmasını, parçacığın zaten belli bir anda sadece tek bir yerde olabileceği hipotezi ile açıklamak gerekti. Bu ne kadar basit ve akla yatkın görünse de, yeni araştırma durumun bundan çok daha karmaşık olduğunu kanıtlıyor.



Einstein'ın bu olaya ilişkin düşünce deneyi şöyleydi: Alice ve Bob adlı iki fizikçiye gönderilen iki dolaşık parçacık olsun. Eğer Alice kendisindeki parçacığın durumunu ölçerse, Bob'un ölçüm yapmasına gerek bile kalmadan diğer parçacığın durumu da bilinecekti. Bu da herhalde Alice'teki parçacığın Bob'takine ışıktan hızlı (eşzamanlı olacak biçimde) bir sinyal göndermesi ile olacaktı.

Işıktan Hızlı Sinyale Gerek Yok

İşte Einstein'ın kabul edemediği nokta, bu 'ışıktan hızlı sinyal' fikriydi. Fakat aslında ortada gönderilen herhangi bir sinyal yoktur. Alice'in ölçümü, evreni öyle bir biçimde değiştirmektedir ki, Bob'daki parçacık önceden sahip olmadığı ölçülebilir bir kuantum durumuna sahip olmaktadır. Dolayısıyla ışıktan hızlı sinyal gerekliliği olmayıp, göreliliğe aykırı bir durum yoktur.

Yapılan deneyin kuantum bilgi işleme açısından önem taşıyan bulgular elde ettiğini belirten Prof. Akira Furusawa şöyle açıklıyor: "Genelde iki tür kuantum bilgi işleme yapılır. Kubit türündeki sayısal bilgi işleme ile sürekli değişkenlerin kullanıldığı analog kuantum bilgi işleme. Biz bu ikisini birlikte kullanmak istiyoruz."

Kuantum haberleşme güvenliği alanındaki uygulamaları da ilgilendirdiğini belirttiği deneye ilişkin Wiseman şunları ekliyor: "Parçacığın varlığını ya da yokluğunu algılamaya çalışmak yerine, biz homodin ölçümler kullandık. Bu da bir taraf farklı ölçümler yaparken, diğer tarafın kuantum tomografi kullanarak bu seçimlerin etkilerini sınamasını sağladı. Farklı ölçümler yoluyla dalga fonksiyonu farklı biçimlerde çökerek, Einstein'ın bu konuda yanıldığını gösterdi."