Aralarındaki uzaklıktan bağımsız olarak bağlantılı olan yani "dolaşık" fotonların arasındaki narin ilişkiyi doğru biçimde irdelemek kuantum kriptografinin, hatta belki de ışınlanmanın (İng. teleportation) önemli öğelerinden biridir. Son çalışmaları ile A*STAR araştırmacıları bir "tanık ailesi" kullanarak dolaşık fotonları algılamak için optimize edilmiş yeni bir yöntem geliştirdi.

Dolaşıklık kavramı kuantum kriptografinin kritik yanlarındandır. Birbirlerinden ne kadar uzakta olurlarsa olsunlar, dolaşık iki fotondan birini etkileyen olay, diğerini de etkiler. Kuantum mekaniğinde bir şeyin dolaşık olup olmadığını kesin olarak saptamak için tanığa gerek duyulur. Bu bağlamda tanık, parçacığın durumunu ölçerek belirleyebilen herhangi bir şeydir. Bir kuantum durumunun dolaşık mı, yoksa ayrılabilir mi olduğuna hüküm vermek için çok sayıda tanık gerekir.

Bir tanığın "beklenen değeri"ni hesaplayarak dolaşıklık tahmini yapılabilir. Eğer değer negatif ise kuantum bitleri yani kubitler dolaşık demektir. Eğer beklenen değer sıfır ya da pozitif ise durumlar dolaşık da olabilir, ayrılabilir de olabilir. Bu durumda tanık güvenilir değildir ve bir başka tanık gerekli olur. İlişkisiz tanıkların beklenen değerlerini teker teker hesaplamak, sağlam bir yanıt üretmekten uzaktır. Fakat eğer tanıklar ilişkili olursa, o zaman dolaşıklık hem kesin hem de verimli biçimde belirlenebilir.

A*STAR Veri Depolama Enstitüsü ve Singapur Ulusal Üniversitesi'nden Leonid Krivitsky ile meslektaşları bir tanık ailesi kullanma düşüncesini hem kuramsal hem de deneysel bakımlardan incelemiş. "Bir tanık ailesi, tek bir deney düzeneği kullanarak ölçülebilen, her bir tanığın belli bir parametrenin farklı değeri ile belirlendiği bir tanıklar kümesidir," diye açıklıyor Krivitsky.

Ekip, 2-kubit bir sisteme odaklanmış ve sadece kutuplanma durumunu dikkate almış. Bu senaryoda tanık ailelerini ölçmek için ışın ayırıcılar, dalga düzlükleri ve algılayıcılardan oluşan girişimölçerlerden (interferometre) yararlanılmış. Her bir düzenek ayrı bir tanık ailesini ölçmek için kullanılmış. "Tüm aileleri bir seferde ölçtük. Daha önceki deneylerde tanıklar tek tek ölçülüyordu; bizim çalışmamızın farkı burada," diyor Krivitsky.

Rastgele ve uyumlu hâle getirilebilir ölçme stratejileri kullanarak çalışan ekip, hem fiziksel ölçümler hem de Monte Carlo simülasyonları kullanmış. Adapte edilebilir (önceki ölçümlerden gelen bilgiyi kullanarak ölçülecek bir sonraki aileyi seçen) ölçüm düzeneklerinin, dolaşıklığı doğrulamak için gereken tanık sayısını önemli ölçüde azalttığını görmüşler. Elde edilen bulguların kuantum durum tomografisi ölçümlerinin güvenilirliğini yükseltmesi mümkün görünüyor.

---

Kaynak: "Experimental detection of entanglement with optimal-witness families." Physical Review Letters 113, 170402 (2014). dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.113.170402

---