Kuantum fiziği gizemli oluşu ve matematiğinin zorluğu ile ünlüdür. Bu nedenle, kuantum davranışı saptamak için kullanılabilecek yeni bir yöntemin tanıdık bir araç ile gerçekleştirilebilmesi size şaşırtıcı gelebilir. Geçtiğimiz günlerde New Journal of Physics dergisinde yayımlanan konuyla ilgili bir makalede, hemen herkesin bilgisayarında yüklü olan zip formatında veri sıkıştırma programı ile bunun anlaşılabileceği ileri sürüldü. Yani elinizdeki verinin klasik dünyaya mı, yoksa kuantum dünyasına mı ait olduğunu görmek için veriyi, sıkıştırma programında çalıştırmanız yeterli!

"Kuantum evren ile klasik evren arasındaki farkı görmek için yeni bir yol bulduk. Sıkıştırma programından başka bir şey gerekmiyor," diye anlatıyor Singapur Ulusal Üniversitesi'nden Dr. Dagomir Kaszlikowski. Yaptıkları çalışmada deneysel veriye sıkıştırma yazılımı uygulandığında, sistemin klasik çerçeveden kuantum fiziği çerçevesine geçtiği sınırın ortaya serildiğini gösteren ekip, tekniğin iki parçacık arasındaki kuantum dolaşıklığı da algılayabildiğini ekliyor.

Kuantum dolaşıklık durumundaki parçacıkların davranışı, birbirlerine ilettikleri sinyallerle ya da önceden belirlenmiş özelliklerle açıklanamayacak biçimde bağlantılıdır. Bu görüngüye daha önce pek çok deneyde rastlandı; fakat yeni yaklaşım ölçümlerde genellikle yapılmakta olan bir varsayıma başvurmuyor. "Bir varsayımı zayıflatmak, kulağa önemsiz bir şeymiş gibi gelebilir; ancak sözünü ettiğimiz bu varsayım kuantum fiziği hakkındaki düşüncelerimizin merkezinde bulunuyor," diyor ekipten Prof.Christian Kurtsiefer.

Kesinliği azaltılan varsayım şu: Bir deneyde ölçülen parçacıklar bağımsız ve özdeş dağılımlıdır (b.ö.d. ). Deneyler tipik olarak dolaşık parçacık çiftleri üzerinde, örneğin bir çift foton üzerinde gerçekleştirilir. Işık parçacıklarından biri ölçüldüğünde, rastgele gibi görünen sonuçlar elde edilir. Mesela fotonun kutuplanmasının (polarizasyon) aşağı veya yukarı yönlü olma şansı yarı yarıya olabilir. Dolaşıklığın işin içine girdiği, diğer parçacığın ölçümüyle kendini gösterir: Uyumlu bir sonuç elde edilir.

Bell teoremi olarak bilinen bir matematiksel bağıntı, kuantum fiziğinin klasik fizikten daha büyük olasılıkla uyumlu sonuçlara izin verdiğini gösterir. Daha önceki deneylerin yaptığı sınama buydu. Fakat teorem sadece tek bir parçacık çifti için türetilmişti; bilimcilerin ise pek çok çifti ölçerek olasılıkları istatistiksel olarak ele almaları gerekiyordu. Durumların eşdeğer olması ise ancak ve ancak her parçacık çiftinin özdeş ve birbirlerinden bağımsız olmaları ile (yani b.ö.d. varsayımı ile) mümkündü.

Yeni teknikte ölçümler aynı biçimde yapılıyor, ama sonuçlar farklı şekilde çözümleniyor (analiz ediliyor). Sonuçları olasılıklara dönüştürmek yerine, sıfırlar ve birler biçimindeki ham veri doğrudan girdi olarak sıkıştırma yazılımında kullanılıyor. Sıkıştırma algoritmaları verideki desenleri tanımlayarak ve onları daha verimli biçimde kodlayarak çalışır. Deneyden elde edilen veri kullanıldığında böyle bir algoritma, kuantum dolaşıklıktan ileri gelen bağlaşıklıkları (korelasyonları) gayet iyi algılayabilir.

Çalışmanın kuramsal bölümünde araştırmacılar, verinin alt kümeleri arasındaki normalize edilmiş sıkıştırma farkına dayanan, Bell Teoremi ile ilgili bir bağıntıyı hesapladı. Eğer evren klasikse bu nicelik sıfırdan küçük kalmalıydı. Bilimcilerin öngörüsüne göre kuantum fiziği ise söz konusu niceliğin 0,24 değerine kadar çıkmasına izin verebilirdi.

Kuramı sınamak için ekip önce binlerce dolaşık fotondan alınan ölçüm verilerini biriktirdi. Ardından açık kaynak kodlu bir sıkıştırma algoritması olan ve popüler 7-zip arşivleyicide kullanılan Lempel-Ziv-Markov zincir algoritmasından yararlanarak, normalize edilmiş sıkıştırma farklarını hesapladılar. Sıfırın üzerinde bir değer buldular: 0.0494 ± 0.0076. Bu da, sistemlerinin klasik-kuantum sınırını aşmış olduğunu gösteriyordu. Elde edilen değer, öngörülen en yüksek değerden daha düşük; çünkü sıkıştırma kuramsal sınıra ulaşmıyor ve kuantum durumların kusursuz olarak üretilip algılanması mümkün olmuyor.

Bu yeni tekniğin ne tür pratik uygulamalarının olabileceği henüz açık değil. Ancak araştırmacılar geliştirdikleri bu "algoritmasal" yaklaşımın, fizik hakkındaki düşünüş biçimimizi genişlettiğini düşünüyor.

 

---

Kaynak: Asian Scientist, "Unzipping The Quantum-Classical Boundary"
< http://www.asianscientist.com/2016/04/in-the-lab/zip-quantum-classical-boundary-bell-theorem/ >

İlgili Makale: New Journal of Physics, Poh et al. Volume 18, March 2016. "Probing the quantum–classical boundary with compression software"
< http://dx.doi.org/10.1088/1367-2630/18/3/035011 >

---