Gündem

Ufacık davullar kuantum tuhaflığının sınırlarını zorluyor

0

Kuantum davul cihazı

Kotler’in ekibi tarafından kuantum dolaşıklığını göstermek için kullanılan minik alüminyum membranlar.Kredi: Florent Lecoq ve Shlomi Kotler / NIST

Fizikçiler, iki küçük davul çalarak, kuantum dolanmasının – normalde atom altı parçacıklarla ilişkili tuhaf bir etki – daha büyük nesneler için işe yaradığının en doğrudan gösterimini sağladılar.

İkide açıklanan bulgular Bilim 6 Mayıs tarihli gazeteler1,2, araştırmacıların benzeri görülmemiş hassasiyete sahip ölçüm cihazları ve herhangi bir sıradan bilgisayarın erişemeyeceği belirli hesaplamaları yapabilen kuantum bilgisayarlar yapmalarına yardımcı olabilir.

Kuantum mekaniğinin karşı-sezgisel kuralları, iki nesnenin ortak, ‘dolaşık’ bir durumu paylaşabileceğini öngörür. Bir nesnenin konumu veya hızı gibi ölçülebilir özellikleri, daha sonra klasik veya kuantum olmayan fizikte elde edilebilecek olandan daha güçlü bir korelasyon derecesi ile diğerininkilerle ilişkilendirilir.

Kuantum fiziğinin kanunlarındaki hiçbir şey bu tür kuantum tuhaflığını atom altı parçacıklarla sınırlamasa da, teori çok daha büyük ölçeklerde – örneğin bir kedinin boyutu – kuantum etkilerinin pratikte gözlemlenemeyecek kadar kaybolacak kadar küçük olması gerektiğini öngörüyor. Fizikçiler, bunun sadece duyularımızın ve araçlarımızın bir sınırlaması olup olmadığını veya makroskopik nesnelerin kuantum mekaniğinden temelde farklı olan kendi yasalarıyla yönetilip yönetilmediğini uzun süredir tartışıyorlar. Bu soruyu keşfetmek için araştırmacılar, kuantum etkilerini her zamankinden daha büyük ölçeklerde gözlemlemeye çalışıyorlar. “Araştırmamızın bir noktası, klasik dünyada kuantum var mı?” Finlandiya’daki Aalto Üniversitesi’nde fizikçi olan Mika Sillanpää diyor.

Kuantum davul

Boulder, Colorado’daki ABD Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü’nde yapılan bir deneyde, fizikçi Shlomi Kotler ve arkadaşları, her biri yaklaşık 10 mikrometre uzunluğunda iki küçük tambura benzeyen bir çift titreşimli alüminyum membran inşa ettiler.

Bu yapılar çıplak gözle zar zor görülebilmesine rağmen, her biri yaklaşık bir trilyon atomdan oluşan kuantum standartlarına göre çok büyüktür. Fizikçiler bir asır önce kuantum mekaniğini keşfettiklerinde, “insanlar bu kadar büyük bir şeyle deney yapabileceğinizi hayal etmiyorlardı”, diyor şu anda Kudüs’teki İbrani Üniversitesi’nde olan Kotler.

Ekip, membranları eşzamanlı olarak titreştirmek için mikrodalga fotonlarla gıdıkladı ve hareketleri kuantum dolaşık bir durumda olacak şekilde: herhangi bir zamanda, tamburlar aşağı yukarı sallanırken, düzten yer değiştirmelerini ölçerek tam olarak aynı konumdaydılar, ancak hızlarını araştırırken tam tersi değerler verdiler.

Diğer iki laboratuvar geçmişte makroskopik titreşimli nesneler üzerinde benzer ölçümler yapmış ve dolaşık durumların dolaylı kanıtlarını göstermişti.3,4. Ancak Kotler ve ekibi, sinyalleri cihazlarından çıktığı anda güçlendirerek dolaşmayı daha doğrudan ‘görebildiler’. Kotler bunun, eski plak oyuncularının sinyallerini amplifikatöre göndermeden önce önceden güçlendirerek tıslamayı azaltmaya yardımcı olmasıyla benzer olduğunu söylüyor. Ekip ayrıca daha önceki teknikleri geliştirerek daha güvenilir bir şekilde dolaşma yaratmalarına izin verdi.

Kotler, bu tür adımların, bir dizi zarın titreşimlerindeki bilgileri kodlayabilen kuantum bilgisayarlar gibi uygulamalar için çok önemli olacağını söylüyor – tipik olarak elektrik akımlarını veya atomik sistemleri içeren mevcut popüler yaklaşımlara radikal bir alternatif. Amazon kısa süre önce, kuantum bilgilerini kodlamak ve işlemek için titreşimli kristalleri kullanma olasılığını araştırdığını duyurdu.

Test sınırları

Kuantum davullarıyla yapılan ayrı bir deneyde, Sillanpää liderliğindeki bir grup, herhangi bir ölçümün mutlaka ölçülen nesnenin durumunu değiştirmesi gerektiğini belirten Heisenberg belirsizlik ilkesinin sınırlarını araştırdı.

Ekip ayrıca bir çift küçük alüminyum tambur yaptı ve hem senkronize bir titreşim modeline koymak hem de tamburların konumlarını okumak için mikrodalga frekanslı fotonlar kullandı.

Bu deneyin Kotler’in ekibinden farklı bir amacı vardı – araştırmacılar kuantum ve kuantum dışı davranış arasındaki sınırı araştırmak istediler. Salınan tamburları koordineli, ancak aynı olmayan bir şekilde hareket edecek şekilde ayarladılar, böylece ölçülebilir özelliklerinden bazıları tek, sanal, salınımlı bir tamburunkilerle aynıydı.

Bu şekilde, araştırmacılar sanal tamburun konumunu hızını etkilemeden ölçebildiler. Normal bir kuantum osilatörü için, Heisenberg belirsizlik ilkesi nedeniyle bu imkansız olurdu.

Kotler’in deneyinde olduğu gibi, iki davul birbirine dolanmış bir durumu paylaştı ve ölçüm tekniği, büyük nesnelerin birbirine dolanmasının kendiliğinden nasıl geliştiğini inceleme olasılığını açıyor. Sillanpää’nın Aalto’daki meslektaşı ve makalenin yazarlarından biri olan Laure Mercier de Lépinay, “Karmaşık durumları yok etmeden sürekli olarak ölçebiliriz” diyor.

Teknik, kuantum mekaniğinin ölçüme getirdiği sınırlamaları aşan enstrümantasyonun geliştirilmesine yol açabilir.

Profesör

Antik taş yapılardan oluşan geniş manzara keşfedildi

Previous article

Geri tepme üzerindeki Antarktika kayaları, deniz seviyesini beklenenden çok daha fazla yükseltebilir:

Next article

You may also like

Comments

Comments are closed.

More in Gündem