Kuantum görüntüleme, nesne ile hiçbir etkileşimi olmayan ışığı (fotonları) kullanarak görüntü ortaya çıkarıyor. Bu yolla bugün her alanda kullandığımız her elektronik alette bulunan klasik kameraların kalbi olan CCD’lerin (yükten bağlaşımlı aygıtların, ) boyutu küçülecek ve böylelikle sensörlerde daha küçük alana daha fazla piksel sıkıştırılarak daha yüksek çözünürlükte görüntü elde edilebilecek. Üreticilerle birlikte biz kullanıcıları da  heyecanlandıran bu çalışmanın açıklandığı makale, 28 Ağustos’ta Nature dergisinde yayımlandı.

Fizikçiler, fotoğraflanacak nesne ile hiçbir etkileşimde bulunmamış ışığı kullanarak resim çekmek için bir yol geliştirdi. Bu şekilde görüntüleme, “dolaşık (İng. entangled)” da denen, kuantum durumları ayrıştırılamaz biçimde birbirine karışmış halde hareket eden ikiz foton çiftlerini kullanıyor. Fotonlardan biri fotoğraflanan nesnenin içinden geçebilir ve yok olabilir durumdayken, diğeri bir dedektöre gidiyor ve aynı zamanda da ikizinin de neyi gördüğü bilgisine sahip. İşte bu sayede görüntü yaratılabiliyor.

Viyana’da bulunan Avusturya Bilimler Akademisi’nden bir fizikçi olan Anton Zeilinger, normalde görüntülemek istediğiniz nesneden gelen ışığın toplanması gerektiğini söylüyor ve ekliyor: “Şimdi, ilk kez olarak, buna ihtiyacınız yok.”

Tekniğin avantajlarından birisi iki fotonun ayn enerjide olmasının gerekmemesi. Yani objeye temas eden fotonun rengi (farklı renkteki ışıklar, farklı enerjilerdeki/frekanslardaki fotonlarda ötürü oluşur), dedektöre gelen (algılanan) fotondan farklı olabilir. Örneğin bir kuantum görüntüleyici, düşük enerjili fotonları içinden geçirerek çok hassas bir biyolojik örneği inceleyebilir ve aynı zamanda görülebilir aralıkta fotonlar ve geleneksel bir kamera kullanarak görüntü oluşturabilir.

Zeilinger ve çalışma arkadaşları bu tekniği, ilk kez 1991'de ortaya çıkan bir fikir üzerine (fotonun kullanabileceği iki ayrı yörünge olması ) kurdular. Bu iki yörünge de kuantum parçacıkları birbirine girmiş iki fotona çevirecek kristali barındırıyor.^{, 1}. Fakat yalnızca bir hal görüntülenecek objeyi içeriyor.

Avusturya Bilimler Akademisi’nden bir  fizikçi ve yazının yardımcı yazarlarından olan Gabriela Barreto Lemos’un açıklaması çalışmaya ışık tutar nitelikte : “Kuantum fiziği kanunlarına göre, eğer fotonun tuttuğu yörünge saptanmazsa , parçacık iki yörüngeyi de etkili bir şekilde kullanacaktır ve iki yörüngede de bir foton çifti oluşacaktır.”

Birinci yörüngede, iki fotondan biri görüntülenecek objeden geçiyor; diğeri geçmiyor. Nesneden geçen foton daha sonra –ikinci yörüngede yolculuk eden ve objeden geçmeyen- “muhtemel kendisi” ile tekrar bir araya geliyor ve yok oluyor. İkinci yörüngedeki diğer foton ise, birinci yörüngedeki “muhtemel kendisi” ile bir araya geliyor ve objeyle hiç temas etmeden görüntü oluşturacağı kameraya doğru yol alıyor.

Araştırmacılar silikon üzerinde aşındırarak oluşturduğu şekilleri -örneğin birkaç milimetrelik bir kedi şekli gibi- görüntülediler. Takım, kameralarının algılamayacağını bildikleri bir dalgaboyu kullanarak kedi kesidini inceledi. Zeilinger “Bu çok önemli, çalışıyor olduğunun göstergesi,” diyerek bütün takımı ve bizleri heyecanlandırdı.

Avusturyalı fizikçi Erwin Schrödinger‘in 1935 tarihli deneyinin şerefine (İçinde hayali bir kedinin bulunduğu hayali bir kutuya kimsenin zehir salınıp salınmadığını bilmediği bir durumda kedinin de aynı anda hem ölü hem yaşıyor olacağı), bu deneyde de örnek olarak kedi seçilmişti. Benzer şekilde, bu son deneyde Barreto Lemos şöyle söylüyor: “Fotonun tuttuğu yörünge hakkında bir bilgimiz yoksa, sonuçta oluşan fotonlardan biri hem nesnenin içinden geçmiş hem de geçmemiş olacak.” Unutmamak gerekir ki kuantum da bu belirsizliklerin teorisidir.

Glasgow Üniversitesi fizikçilerinden Mary Jacquiline Romero: “Eski deneylerde “Hayalet görüntüleme” olarak da bilinen benzer bir işlem denenmişti. Bu metot ise çok daha basit,” diyor. “Hayalet görüntüleme” de fotonlardan biri de nesneye temas etse görüntü elde etmek için ikisini de dedektörde toplamak gerekiyordu. Viyana’daki ekibin çalışmasında ise fotonlardan birinin saptanması yeterli. Hayalet görüntüleme de fotonların ikisinin de toplanmasının gerekliliği fizikçiler arasında bu durumu kuantum ile mi yoksa klasik fizik ile mi açıklayacakları konusunda bir sorgu başlamıştı. Yine de Zeilinger’in açıklamasına göre bu çalışma bu tartışmayı yürütmek için yeterli değil.

Rochester Üniversitesi fizikçilerinden Robert Boyd, kendi duygularını şöyle anlatıyor: “Araştırma o kadar ilgi çekici ki, keşke bunu ilk ben düşünseydim. Bu da bir bilimcinin yapabileceği en güzel iltifattır.”

---

Kaynak: Elizabeth Gibney, "Entangled photons make a picture from a paradox" <http://www.nature.com/news/entangled-photons-make-a-picture-from-a-paradox-1.15781>

Makale DOI: 10.1038/nature.2014.15781

---