1927’de formüle edilen Heisenberg belirsizlik ilkesi, bir parçacığın konumu ve momentumu gibi tamamlayıcı niceliklerinin aynı anda sınırsız doğrulukla bilinemeyeceğini söyler; pratikte birindeki hassasiyet artışı diğerinde keskinlik kaybı yaratır. Science Advances’ta yayımlanan yeni çalışmada, Sidney Üniversitesi Nano Enstitüsü ve Fizik Okulu’ndan Dr. Tingrei Tan’ın liderliğindeki ekip, bu sert dengeyi ‘yeni bir dağılımla’ yeniden kuran bir ölçüm stratejisini deneysel olarak hayata geçirdiklerini bildirdi. Yöntem, belirsizliği sistematik biçimde konum ve momentumun kaba, küresel bileşenlerine taşırken, ince yerel değişimleri eşi görülmemiş bir duyarlıkla görünür kılıyor.
BELİRSİZLİK YENİDEN DAĞITILDI
Araştırma ekibi, belirsizliği bir balondaki hava gibi düşünerek, patlatmadan sıkıştırıp ölçümlerde önemsenmeyen yönlere aktaran bir yaklaşım tasarladı. Klasik bir saat benzetmesi üzerinden, ‘modüler ölçüm’ fikriyle genel bağlamın (örneğin saat bilgisi) bir kısmını feda edip dakik ve yerel ayrıntılarda (dakika hassasiyeti) kazanç sağlayan bir denge kuruldu. Bu şema kuantum sistemlere uyarlandığında, hem konum hem momentumdaki küçük değişimler olağanüstü bir hassasiyetle birlikte izlenebiliyor.
TEORİDEN LABORATUVARA
Söz konusu strateji 2017’de teorik olarak önerilmişti. Dr. Tan’ın ekibi, daha önce hata düzeltmeli kuantum bilgisayarlar için geliştirilen teknolojiye yaslanarak ilk deneysel gösterimi gerçekleştirdi; bu sonuçlar Nature Physics’te de yayımlandı. RMIT Üniversitesi’nden Prof. Nicolas Menicucci ve Dr. Ben Baragiola’nın katkı sunduğu çalışmada, başlangıçta kuantum hesaplama için tasarlanmış fikirlerin kuantum algılamaya yeniden uyarlandığı, böylece sensörlerin kuantum gürültüsüne boğulmadan daha zayıf sinyalleri yakalayabildiği vurgulandı. Yöntemin, belirsizlik ilkesini ihlal etmediği, aksine kuantum mekaniği çerçevesinde belirsizliği ölçüm açısından az kritik açılara yönlendirdiği kaydedildi.
HAPSEDİLMİŞ İYON DENEYİ
Sidney ekibi, protokolü hapsedilmiş bir iyonun mikroskobik titreşim hareketi üzerinde uyguladı; bu, bir sarkaç hareketinin kuantum eşleniği olarak düşünülebilir. İyon, hata düzeltmeli hesaplamada kullanılan ‘ızgara durumları’nda hazırlandı. Böylece hem konum hem momentum, yalnızca klasik sensörlerle ulaşılabilecek en iyi sınır olan ‘standart kuantum sınırı’nın ötesinde eşzamanlı duyarlıkla ölçüldü.
MODÜLER OKUMA DÜZENİ
Deneysel düzenekte, ölçümün küresel (kaba) bileşenlerinden bilinçli feragat edilerek yerel değişimlerin çözünürlüğü artırıldı. Bu ‘ince karşılığı, kaba bedeli’ prensibi, küçük sinyallere odaklanan uygulamalarda üstün performans sağladı.
NAVİGASYONDA ÇIĞIR
Ultra hassas kuantum sensörler, GPS’in çalışmadığı denizaltı, yeraltı veya derin uzay ortamlarında ataletsel navigasyonu keskinleştirebilir. Atomik saatlerin telekomünikasyon ve navigasyonu dönüştürmesine benzer biçimde, bu yaklaşımın da yeni endüstrilerin doğmasına öncülük edebileceği değerlendiriliyor.
TIBBİ GÖRÜNTÜLEME VE MALZEME BİLİMİ
Düşük dozla biyolojik ve tıbbi görüntülemede çözünürlüğün artırılması, malzeme kusurlarının ve zayıf kuvvetlerin izlenmesi, yerçekimi gradyanlarının çok zayıf dalgalanmalarının tespiti gibi başlıklarda avantaj öngörülüyor. Astronomide zayıf sinyallerin daha net ayıklanması ve temel fiziğin yüksek hassasiyetli testleri de hedefler arasında.
ORTAK AKIL, HIZLI İLERİLEME
Proje, Sidney Üniversitesi’ndeki deneycilerle RMIT Üniversitesi, Melbourne Üniversitesi, Macquarie Üniversitesi ve Bristol Üniversitesi’nden teorisyenleri bir araya getirdi. Kurumlar ve sınırlar arası bu sinerjinin, Avustralya’nın kuantum araştırma ekosistemini güçlendirdiği ve keşif hızını artırdığı belirtiliyor.
ARAÇ SETİNE YENİ EK
Çalışma, mevcut kuantum algılama yöntemlerinin yerini almaktan ziyade, ‘araç setine tamamlayıcı bir modül’ kazandırıyor. Özellikle küçük sinyalleri hedefleyen protokoller için standart kuantum sınırının ötesinde çözünürlük sunan bir çerçeve sağlanmış durumda.
