Kuantum Dolanıklık Nedir?

Kuantum dolanıklık (kısaca “dolanıklık” veya “dolaşıklık”), bir grup parçacığın her birinin kuantum durumunun, parçacıklar birbirinden çok uzak mesafeler boyunca ayrılmış olsalar bile, diğerlerinin durumundan bağımsız olarak tanımlanamayacağı şekilde oluşturulduğu, etkileştiği veya uzamsal yakınlığı paylaştığı zaman meydana gelen, fiziksel bir olgudur. Daha kısa tabiriyle kuantum dolanıklık, iki veya daha fazla parçacığın fiziksel özelliklerinin (“kuantum durumlarının”) aralarındaki mesafeden bağımsız olarak birbirini etkileyebilmesidir. Kuantum dolanıklık konusu, klasik fizik ile kuantum fiziği arasındaki uyumsuzluğun merkezinde yer alır: Dolanıklık, klasik mekanikte bir karşılığı olmayan ama kuantum mekaniğinde yer alan ana özelliklerden biridir.

Kuantum dolanıklık, aslında sadece atom altı parçacıklara özgü bir özellik değildir; fakat dolanıklığın yeterince uzun süreler ve yeterince uzak mesafeler boyunca korunmaya devam edebilmesi için, dolanık parçacıkların olabildiğince küçük seçilmesi gerekmektedir. Parçacıklar büyük seçilecekse de dolanıklığın bozulmayacağı şartların genellikle laboratuvar ortamında hassas bir şekilde yaratılması ve korunması gerekmektedir. Bugüne kadar bu şartlar altında kuantum dolanıklık, deneysel olarak, hem fotonlar gibi kütlesiz parçacıklar, hem nötrinolar ve elektronlar gibi hafif parçacıklar hem de buckyballs gibi büyük moleküller ve hatta küçük elmaslar ile gösterilmiştir.^{[7], [8], [9], [10], [11]} Kuantum dolanıklık; iletişim, hesaplama ve kuantum radarı gibi birçok sahada aktif olarak araştırılmakta ve geliştirilmektedir.

“Uzak Mesafeden Ürpertici Etkileşim”: Kuantum Dolanıklık Nedir?

Herhangi bir parçacık; konum, momentum, spin ve polarizasyon gibi fiziksel özellikleri üzerinden diğer parçacık veya parçacıklarla dolanıklık hâline sokulabilir. Bu bağlamda dolanıklık, iki veya daha fazla parçacığın birbiriyle anlık olarak ve kusursuz bir şekilde iletişim kurabilecek şekilde bağlı olduğu anlamına gelmektedir. Bunu, popüler literatürde en yaygın örnek olan spin üzerinden anlamaya çalışalım.

Tüm Reklamları Kapat

X

Spin Nedir?

Tüm temel parçacıkların bir “spin”i (“dönüş” veya “dönme”) vardır. Bu, aslında bir basketbol topunun yaptığı gibi gerçek bir “dönme” değildir; ancak bu benzetme, atom altı parçacıkların fiziksel durumunu hayal etmek açısından uygun bir benzetmedir: Tıpkı hareket halindeki bir basketbol topu gibi, bu parçacıkların da belli bir açısal momentumu ve uzayda belli bir yönleri vardır. Onlara “basketbol topu gibi dönmüyorlar” dememizin nedeni, atom altı parçacıkların teknik olarak bir basketbol topu gibi bir küre olmamasıdır: Kuantum parçacıkların spesifik bir şekli yoktur. Küre olmayan (ve spesifik bir şekli bulunmayan) parçacıkların kendi etrafında dönmelerinden de söz edemeyiz; dolayısıyla her ne kadar “elektron spini” dendiğinde aklımızda “ufacık bir topun kendi etrafında dönmesi” canlanıyor olsa da teknik olarak bu tür bir imge doğru değildir. Buna rağmen fiziksel anlatımlarda kuantum spin de bir topun dönmesi şekilde gösterilmektedir ve biz de burada bu şekilde göstereceğiz; fakat “spin” (“dönme”) sözcüğünün gerçekte sadece bir benzetim olduğu hatırlanmalıdır.

Elimizdeki parçacığın spinini ölçebiliriz; ancak tıpkı bir basketbol topunun ne yöne doğru ölçtüğünü ilân edebilmek için öncelikle bir “ölçüm yönü” seçmemiz gerekiyorsa, kuantum parçacıkların spinini ölçmek ve ilân etmek için de öncelikle ne taraftan ölçeceğimizi seçmemiz gerekmektedir. Eğer parçacıkları, tam da döndükleri eksen üzerinden ölçecek olursak, bu durumda ölçümün sadece iki sonucu olabilir: Ya parçacık ölçümün yapıldığı yönle örtüşecektir – ki buna “yukarı dönüş” (“spin up“) diyoruz, ya da parçacığın dönüşü ölçümün yapıldığı yönün tersine olacak ki buna da “aşağı dönüş” (“spin down“) diyoruz.

Elbette, ölçüm yönünü 180 derece döndürecek olursak, daha önceden yukarı spinli bir elektronu aşağı spinli olarak ölçerdik ama daha önceden aşağı spinli olarak ölçtüklerimizi de yukarı spinli olarak ölçerdik. Dolayısıyla elimizdeki fizik, aynen geçerli olmaya devam ederdi. Benzer şekilde, ölçüm yönü ile spin ekseni örtüşmeyebilir de… Yani bir parçacık, ölçtüğünüz yönden 30° sağa veya 81.47° sola yatık da olabilir. Bu şekilde sonsuz olasılık vardır. Fakat ölçüm, her zaman “kuzey-güney” veya “yukarı-aşağı” diyebileceğimiz bir eksene sahip olduğu için, tüm bu ara spin açıları da “yukarı” ve “aşağı” spinlerin bir kombinasyonu olarak tarif edilebilecektir. Yani “yukarı spin” ve “aşağı spin”, kullandığımız sistemin temel birimleridir.

Dolanıklığı Oluşturmak…

Şimdi, toplam spinleri sıfır olacak şekilde bir parçacık çifti oluşturduğumuzu hayal edelim. Bunun nasıl yapıldığının detaylarını yazının ilerleyen kısımlarında anlatacağız; fakat burada açık kalmaması adına bu üretimi şöyle düşünebilirsiniz: Atom altı bir parçacık, belli bir olasılık dahilinde, 2 yeni parçacığa bozunarak yok olabilir. Bu bozunma sırasında korunum yasalarına uyulmak zorundadır ve dolayısıyla üretilen iki parçacık, birbiriyle fazlasıyla ilişkili olacaktır: Yani bu iki parçacığın lineer momentumlarının, açısal momentumlarının, enerjilerinin ve spinlerinin toplamı, başlangıçtaki bozunan parçacığın ilgili fiziksel özelliklerini aynen yansıtmak zorundadır. Dolayısıyla örneğin başlangıçta bozunan parçacığımızı spini sıfırsa, onun bozunmasıyla oluşan iki parçacığın toplam spini de sıfır olmak zorundadır. Bu durumda, eğer ki parçacıklardan birinin spini “yukarı” yönlüyse, diğeri “aşağı” yönlü olmalıdır.

Kaynak : EVRİM AĞACI

Peki Kuantum Dolanıklık Terapisinde ben ne yapıyorum kısmına geçmeden önce analiz yaptırmalısınız.