Fadel’in grubu, kristalin tek bir fonon ve sıfır fononun üst üste binmesini içerdiği bir durum yarattı. Fadel, “Bir anlamda kristal, aynı anda hareketsiz ve titreşen bir durumdadır” diyor. Bunu yapmak için, küçük bir süper iletken devrenin yüksek hassasiyetle kontrol edebilecekleri bir kuvvet alanı üretmesini sağlamak için mikrodalga darbeleri kullanırlar. Bu güç alanı, tekli titreşim fononlarını tanıtmak için kristale bağlı küçük bir malzeme parçasını iter. Bugüne kadar kuantum garipliği sergileyen en büyük nesne olarak, fizikçilerin kuantum ve klasik dünya arasındaki arayüzü anlamalarını zorluyor.
Deney özellikle kuantum mekaniğindeki “ölçüm problemi” olarak bilinen merkezi bir gizeme değiniyor. Kuantum mekaniğinin en popüler yorumuna göre, süperpozisyondaki bir nesneyi makroskopik bir cihaz (kamera veya Geiger sayacı gibi nispeten büyük bir şey) kullanarak ölçme eylemi, süperpozisyonu yok eder. Örneğin, çift yarık deneyinde, bir elektronu tespit etmek için bir cihaz kullanırsanız, elektronu tüm potansiyel dalga konumlarında değil, görünüşte rastgele, belirli bir noktada sabitlenmiş olarak görürsünüz.
Ancak diğer fizikçiler, kuantum mekaniğini açıklamaya yardımcı olacak, ölçüm içermeyen, çökme modelleri olarak bilinen alternatifler önerdiler. Bunlar, şu anda kabul edildiği şekliyle kuantum mekaniğinin yaklaşık bir teori olduğunu varsayar. Nesneler büyüdükçe, henüz keşfedilmemiş bazı fenomenler, nesnelerin süperpozisyon hallerinde var olmalarını engeller – ve bu, süperpozisyonları ölçme eylemi değil, çevremizdeki dünyada onlarla karşılaşmamızı engeller. Northwestern Üniversitesi’nde fizik profesörü olan ve deneyde yer almayan Timothy Kovachy, Fadel’in deneyinin kuantum süperpozisyonunu daha büyük nesnelere iterek bilinmeyen fenomenin ne olabileceğini kısıtladığını söylüyor.
Kristallerdeki bireysel titreşimleri kontrol etmenin faydaları, basitçe kuantum teorisini araştırmanın ötesine uzanır; pratik uygulamalar da vardır. Araştırmacılar, Fadel’in kristali gibi nesnelerdeki fononları hassas sensörler olarak kullanan teknolojiler geliştiriyorlar. Örneğin, Stanford Üniversitesi’nden fizikçi Amir Safavi-Naeini, bireysel fononları barındıran nesnelerin aşırı hafif nesnelerin kütlesini ölçebileceğini söylüyor. Son derece hafif kuvvetler, bu hassas kuantum hallerinde değişikliklere neden olabilir. Örneğin, Fadel’inkine benzer bir kristalin üzerine bir protein düşerse, araştırmacılar proteinin kütlesini belirlemek için kristalin titreşim frekansındaki küçük değişiklikleri ölçebilirler.
Buna ek olarak, araştırmacılar, süperpozisyonda kodlanmış bilgileri depolayan ve işleyen kuantum bilgisayarlar için bilgi depolamak üzere kuantum titreşimlerini kullanmakla ilgileniyorlar. Safavi-Naeini, titreşimlerin nispeten uzun süre dayanma eğiliminde olduğunu ve bu durumun onları kuantum hafızası için umut verici bir aday haline getirdiğini söylüyor. “Ses boşlukta yayılmaz” diyor. “Bir nesnenin yüzeyindeki veya içindeki titreşim bir sınıra çarptığında, orada durur.” Sesin bu özelliği, bilgiyi fotonlardan daha uzun süre koruma eğilimindedir; araştırmacıların hala fonon tabanlı teknoloji geliştirmeleri gerekse de, kuantum bilgisayar prototiplerinde yaygın olarak kullanılır. (Bilim adamları hala genel olarak kuantum bilgisayarların ticari uygulamalarını araştırıyorlar, ancak birçoğu artan işlem güçlerinin yeni materyaller ve farmasötik ilaçlar tasarlamada yararlı olabileceğini düşünüyor.)
Gelecekteki çalışmalarında, Fadel daha da büyük nesneler üzerinde benzer deneyler yapmak istiyor. Ayrıca yerçekiminin kuantum hallerini nasıl etkileyebileceğini de incelemek istiyor. Fizikçilerin yerçekimi teorisi, büyük nesnelerin davranışını tam olarak tanımlarken, kuantum mekaniği mikroskobik nesneleri tam olarak tanımlar. “Kuantum bilgisayarları veya kuantum sensörlerini düşünürseniz, kaçınılmaz olarak büyük sistemler olacaklar. Bu nedenle, kuantum mekaniğinin daha büyük boyutlu sistemler için işe yarayıp yaramadığını anlamak çok önemli” diyor Fadel.
Araştırmacılar kuantum mekaniğinin derinliklerine indikçe, tuhaflığı bir düşünce deneyinden pratik bir soruya dönüştü. Kuantum ve klasik dünyalar arasındaki sınırların nerede olduğunu anlamak, gelecekteki bilimsel cihazların ve bilgisayarların gelişimini etkileyecektir – eğer bu bilgi bulunabilirse. Fadel, “Bunlar temel, neredeyse felsefi deneyler” diyor. “Ama aynı zamanda geleceğin teknolojileri için de önemliler.”
