Geçen ay üç bilim adamları, kuantum dünyasının en mantıksız ama sonuçsal gerçeklerinden birini kanıtlayan çalışmaları nedeniyle Nobel Fizik Ödülü’nü kazandı. İki dolaşık kuantum parçacığının tek bir sistem olarak düşünülmesi gerektiğini gösterdiler – parçacıklar büyük mesafelerle ayrılmış olsalar bile – durumları amansız bir şekilde birbiriyle iç içe geçmiş durumda. Pratikte, bu “yersizlik” olgusu, önünüzdeki sistemin binlerce kilometre uzaktaki bir şeyden anında etkilenebileceği anlamına gelir.
Dolaşma ve yerel olmama, bilgisayar bilimcilerinin kırılmaz kodlar oluşturmasını sağlar. Cihazdan bağımsız kuantum anahtar dağıtımı olarak bilinen bir teknikte, bir çift parçacık birbirine dolanıyor ve ardından iki kişiye dağıtılıyor. Parçacıkların paylaşılan özellikleri artık, klasik şifreleme tekniklerini kırabilen kuantum bilgisayarlardan bile iletişimi güvenli tutacak bir kod işlevi görebilir.
Ama neden iki parçacıkta duralım? Teoride, kaç tane parçacığın dolanık bir durumu paylaşabileceği konusunda bir üst sınır yoktur. Teorik fizikçiler onlarca yıldır üç yollu, dört yollu, hatta 100 yollu kuantum bağlantıları -tamamen dağıtılmış kuantum korumalı internete izin verecek türden bir şey- hayal ettiler. Şimdi, Çin’deki bir laboratuvar, aynı anda üç parçacık arasında yerel olmayan bir karışıklık gibi görünen bir şeyi başardı ve potansiyel olarak kuantum kriptografisinin gücünü ve genel olarak kuantum ağlarının olanaklarını artırdı.
New Orleans Üniversitesi’nde kuantum bilgi teorisyeni olan Peter Bierhorst, “İki partili yerel olmama hali zaten yeterince çılgındır” dedi. “Ancak kuantum mekaniğinin, üç partiniz olduğunda bunun ötesine geçen şeyler yapabileceği ortaya çıktı.”
Fizikçiler daha önce ikiden fazla parçacığı karıştırdılar. Kayıt, kime sorduğunuza bağlı olarak 14 parçacık ile 15 trilyon arasında bir yerdedir. Ancak bunlar yalnızca kısa mesafelerdeydi, en fazla yalnızca birkaç santim aralıklıydı. Kanada, Waterloo’daki Perimeter Teorik Fizik Enstitüsü’nde kuantum teorisyeni Elie Wolfe, çok taraflı dolaşıklığı kriptografi için yararlı hale getirmek için bilim adamlarının basit dolaşıklığın ötesine geçmeleri ve yerel olmayanlığı göstermeleri gerekiyor – “ulaşılacak yüksek bir çıta” dedi.
Yerelsizliği kanıtlamanın anahtarı, bir parçacığın özelliklerinin diğerinin özellikleriyle (dolanıklığın ayırt edici özelliği) uyuşup uyuşmadığını test etmektir. Örneğin, dolaşmış ikizine hala fiziksel olarak yakın olan bir parçacık, diğerini etkileyen radyasyon yayabilir. Ancak aralarında bir mil uzaktalarsa ve pratik olarak anında ölçülürlerse, muhtemelen yalnızca dolaşıklıkla bağlantılıdırlar. Deneyciler, parçacıkların bağlantılı özellikleri için diğer tüm açıklamaları ekarte etmek için Bell eşitsizlikleri adı verilen bir dizi denklem kullanır.
Üç parçacıkla, yerelsizliği kanıtlama süreci benzerdir, ancak ekarte edilecek daha fazla olasılık vardır. Bu, bilim adamlarının üç parçacığın yerel olmayan ilişkisini kanıtlamak için atlamaları gereken hem ölçümlerin hem de matematiksel çemberlerin karmaşıklığını artırıyor. Bierhorst, “Ona yaklaşmak için yaratıcı bir yol bulmalısınız” dedi ve laboratuvarda tam olarak doğru koşulları yaratacak teknolojiye sahip olmalısınız.
Ağustos ayında yayınlanan sonuçlarda, Çin’in Hefei kentindeki bir ekip ileriye doğru çok önemli bir adım attı. İlk olarak, lazerleri özel bir kristal türü aracılığıyla çekerek, üç fotonu birbirine dolaştırdılar ve onları yüzlerce metre arayla araştırma tesisinin farklı alanlarına yerleştirdiler. Sonra aynı anda her fotonun rastgele bir özelliğini ölçtüler. Araştırmacılar ölçümleri analiz ettiler ve üç parçacık arasındaki ilişkinin en iyi üç yönlü kuantum mekansızlığıyla açıklandığını buldular. Bu, bugüne kadarki en kapsamlı üç yönlü yerel olmayan gösteriydi.
