Kuantum dolaşıklığın hızı ilk kez ölçüldü

Kuantum fiziği dünyasında olaylar şaşırtıcı bir hızla gelişiyor. Kuantum dolaşıklığı gibi daha önce bir anda gerçekleştiği düşünülen süreçler artık saniyenin en küçük kesirlerinde araştırılıyor.

Bu, göz önünde saklanan en küçük ayrıntıları ortaya çıkarmak için kısacık bir anı dondurmak gibidir.

Çin’den bir araştırmacı ekibiyle işbirliği içinde, Profesör Joachim Burgdorfer ve Çin’den meslektaşları Teorik Fizik Enstitüsü TU Wien’de kuantum dolaşıklığın gerçekte nasıl oluştuğunu anlamak için bu kısacık anları ölçüyoruz.

Bu bilim insanları kuantum dolaşıklığın varlığına odaklanmıyorlar ama bunun nasıl başladığını keşfetmeye hevesliler; iki parçacık tam olarak nasıl kuantum dolanıklaşır?

Kuantum dolaşıklığını anlamak

Gelişmiş bilgisayar simülasyonlarını kullanarak, attosaniye (saniyenin milyarda birinin milyarda biri) kadar zaman ölçeklerinde meydana gelen süreçleri görebilmeyi başardılar.

Kuantum dolaşıklığı, iki parçacığın tek bir durumu paylaşacak kadar birbirine bağlandığı garip ve harika bir olgudur.

Bu, her zaman aynı tarafta duran iki sihirli madeni paraya sahip olmak gibidir; birini çevirin, diğeri kilometrelerce uzakta olsa bile gizemli bir şekilde aynı sonucu gösterecektir.

Profesör Burgdorfer şöyle açıklıyor: “Parçacıkların bireysel özelliklere sahip olmadığını, yalnızca ortak özelliklere sahip olduğunu söyleyebilirsiniz. Matematiksel açıdan bakıldığında, tamamen farklı yerlerde olsalar bile birbirlerine güçlü bir şekilde aittirler.”

Bu, bir parçacığın ölçümünün, aralarındaki mesafeye bakılmaksızın diğer parçacığın durumunu anında etkilediği anlamına gelir.

Basit bir ifadeyle, dolaşık parçacıklar birbirleriyle anında “konuşmalarına” olanak tanıyan bir bağlantıyı paylaşırlar. Tek bir parçacığı ölçtüğünüzde onun ortağı hakkında hemen bir şeyler anlarsınız.

Bu garip davranış, dünyanın nasıl çalıştığına dair günlük anlayışımızı zorluyor ve dolanıklığı kuantum fiziğindeki en akıllara durgunluk veren kavramlardan biri haline getiriyor.

Lazer ve elektron deneyleri

Kuantum dolaşıklık kavramı her ne kadar anlaşılmaz görünse de artık doğru olup olmadığı tartışma konusu değil ve bu çalışmanın konusu da bu değil.

Araştırma ekibinden Profesör Eva Brezinova, “Öte yandan biz başka bir şeyle ilgileniyoruz; o da bu dolanıklığın ilk etapta nasıl geliştiğini ve çok kısa zaman ölçeklerinde hangi fiziksel etkilerin rol oynadığını bulmak” diyor. araştırmanın yazarları. Güncel gönderi.

Bunu araştırmak için ekip yoğun, yüksek frekanslı bir lazer darbesinin çarptığı atomlara baktı. Süper güçlü bir el fenerini bir atoma doğru tuttuğunuzu hayal edin.

Elektronlardan biri o kadar heyecanlanır ki serbest kalır ve uçup gider. Lazer yeterince güçlüyse, atomun içindeki başka bir elektron da sarsılarak daha yüksek bir enerji seviyesine hareket eder ve çekirdeğin etrafındaki yörüngesini değiştirir.

Dolayısıyla, bu yoğun ışık patlamasından sonra bir elektron kendi kendine kopuyor ve bir başkasını geride bırakıyor ama eskisi gibi değil.

Profesör Burgdorfer, “Bu iki elektronun artık kuantum dolanık olduğunu gösterebiliriz” diyor. “Onları ancak birlikte analiz edebiliyorsunuz ve aynı anda bir elektron üzerinde ölçüm yapıp diğer elektron hakkında da bir şeyler öğrenebiliyorsunuz.”

Zaman bulanıklaştığında

İşlerin gerçekten ilginçleştiği yer burası. Uçup giden bir elektronun atomdan ayrıldığında belirli bir anı yoktur.

Profesör Burgdorfer, “Bu, uçup giden elektronun doğum zamanının prensipte bilinmediği anlamına geliyor” diyor. “Elektronun kendisinin atomdan ne zaman ayrıldığını bilmediğini söyleyebilirsiniz.”

Bu, kuantum süperpozisyon adı verilen bir durumda, bu da aynı anda birden fazla durumda var olduğu anlamına geliyor.

Ama dahası da var. Bir elektronun ayrılma zamanı, geride kalan elektronun enerji durumuyla ilgilidir.

Geriye kalan elektronun enerjisi daha yüksekse, ayrılan elektronun daha erken ayrılmış olması muhtemeldir. Daha düşük bir enerji durumunda olsaydı, elektron muhtemelen daha sonra, yani ortalama 232 attosaniye sonra ayrılırdı.

Ölçülemeyeni ölçmek

Bir totosaniye o kadar kısa ki çoğu insanın anlaması mümkün değil. Ancak bu küçük farklılıklar sadece teorik değildir.

Profesör Burgdorfer, “Bu farklılıklar yalnızca hesaplanamaz, aynı zamanda deneylerle de ölçülebilir” diyor.

Ekip, bu yakalanması zor zamanlamayı yakalamak için iki farklı lazer ışınını birleştiren bir ölçüm protokolü geliştirdi.

Bu ultra hızlı dolaşıklıkları laboratuvarda test etmek ve izlemek isteyen diğer araştırmacılarla zaten işbirliği yapıyorlar.

Kuantum dolaşıklığı neden önemlidir?

Dolaşıklık formlarının kriptografi ve hesaplama gibi kuantum teknolojileri için nasıl önemli etkileri olabileceğini anlamak.

Bilim insanları artık dolanıklığı korumaya çalışmak yerine onun başlangıcını inceleyebiliyor. Bu, kuantum sistemlerini kontrol etmenin ve kuantum iletişiminin güvenliğini artırmanın yeni yollarına yol açabilir.

Yolculuk burada bitmiyor. Profesör Burgdorfer ve ekibi sonraki adımlar konusunda heyecanlı.

“Bu tür ultra hızlı dolaşıklıkları kanıtlamak isteyen araştırma ekipleriyle zaten görüşmelerde bulunuyoruz.”

Bu çok kısa zaman ölçeklerinde keşif yaparak sadece kuantum etkilerini gözlemlemekle kalmıyorlar, aynı zamanda gerçekliğin yapısını nasıl anladığımızı da yeniden tanımlıyorlar.

Kuantum dolaşıklığı ve gelecek

Kuantum dünyasında en kısa anların bile zengin miktarda bilgi içerdiği açıktır.

Eva Brezhenova, “Elektron sadece atomdan atlamıyor, tabiri caizse atomdan gelen bir dalgadır ve belirli bir zaman alır” diye açıklıyor.

“Dolaşıklık tam olarak bu aşamada meydana gelir” diye bitiriyor, “ve bunun etkisi daha sonra iki elektronun izlenmesiyle kesin olarak ölçülebilir.”

Dolayısıyla, bir dahaki sefere gözünüzü kırpıştırdığınızda, bu sürenin trilyonda birinden daha kısa bir sürede, tüm kuantum olaylarının ortaya çıktığını, teknolojinin geleceğini ve evren anlayışımızı değiştirebilecek sırları açığa çıkardığını unutmayın.

Araştırmanın tamamı dergide yayınlandı Fiziksel inceleme mektupları.

—–

Okuduklarımı beğendin mi? İlgi çekici makaleler, özel içerik ve en son güncellemeleri almak için bültenimize abone olun.

Eric Ralls ve Earth.com tarafından sunulan ücretsiz bir uygulama olan EarthSnap’te bizi ziyaret edin.

—–