Kuantum dolanıklık, kuantum dünyası ile makroskobik dünya arasındaki bilişsel olarak en sarsıcı kopukluklardan biridir. Elektronlar veya fotonlar gibi temel parçacıklar dolanık olduğunda, bir kuantum kimliği paylaşırlar ve bireysel varlıklar olarak tanımlanamazlar; en az biri ölçülene kadar sabit bir duruma sahip olmayan bir süperpozisyonda bulunurlar.
Bu durum fiziksel mesafeyi aşar. Ancak, bu sonuçlar rastgeledir ve ışıktan hızlı iletişim veya karmaşık yerel dolandırıcılık halkaları umutlarını boşa çıkarır.
Yine de dolanıklık, kuantum bilgi teknolojileri için kritiktir; yalnızca dolandırabileceğimiz parçacık sayısını ve bu sistemleri ölçme yeteneğimizi artırmamız gerekir.
Bu amaçla, Kyoto Üniversitesi ve Hiroşima Üniversitesi'nden fizikçiler, üç fotonla başlayan çoklu parçacık dolanık durumlarının konfigürasyonunu belirleyen dönüm noktası niteliğindeki bir çalışmada, yaklaşan kuantum geleceğimize bir veya birkaç adım daha yaklaştırdı.
Eylül 2025'te Science Advances'ta yayınlanan makalelerinde fizikçiler, nihayet sözde W-devleti dolanıklık türlerinin ölçümlerini gerçekleştirmek için yeni bir teknik bildirdi.
Daha önce bilim insanları, çoklu parçacık dolanıklık sistemlerinin iyi bilinen ve temel 'vanilya dondurması' olan Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ) durumlarını ölçüyorlardı.
Kuantum bilgi araştırmacısı Shigeki Takeuchi, "GHZ durumları için dolanık ölçümünün ilk önerisinden 25 yıldan fazla bir süre sonra, nihayet 3-foton W durumları için gerçek deneysel gösterimle birlikte W durumu için de dolanık ölçümü elde ettik" açıklamasında bulundu.
Ancak W durumu dolanıklıklarının 'çikolatalı kurabiye hamuru' daha fazla karmaşıklık ve GHZ durumlarından farklı ilginç bir özellik sergiler. W durumlarında, dolanık parçacıklardan biri kaybolursa, kalanlar kullanışlı dolanık durumlarını korur.
Önemlisi, parçacık dolanıklığı genellikle kuantum tomografisi olarak bilinen bir teknikle ölçülür. Vücudumuzun iskelet sırlarını ortaya çıkaran bilgisayarlı tomografi röntgeni gibi çalışır.
Çok sayıda ölçüm almayı ve ardından bu 'dilimleri' tutarlı bir görüntü haline getirmeyi içerir.
Ancak bu, iki pratik darboğazı ortaya çıkararak verimsiz ve zor olabilir.
İlk olarak, bilim insanları birçok özdeş dolanık sistem oluşturmalıdır, çünkü özelliklerini ölçmek (gözlemlemek) onları dolanık durumlardan çıkarır.
İkinci olarak, dolanık bir durumu yeniden oluşturmak için gereken ölçümler, dolanık parçacıkların sayısıyla üstel olarak artar.
Araştırmacılar, tüm dolanık sistemi tek bir adımda belirleyen tek atışlı bir ölçümle bu sorunları aşmayı başardılar.
Bunu, kendi yaptıkları ve gelişmiş bir interferometre görevi gören ayrık Fourier dönüşümü (DFT) optik devre cihazını kullanarak yaptılar.
Başka bir deyişle, bilinen polarizasyona sahip üç fotonu bu cihaza enjekte ettiler, bu da onları farklı yollara ayırdı ve dalga fonksiyonlarının zirveleri ve vadilerinin hizalanmasını görmek için birbirlerine çarpıştırdı, ya birleşerek ya da birbirini iptal ederek.
Bu, araştırmacıların W durumunun kuantum özelliklerinin simetrisine dayanan bir sistemin parmak izine benzeyen "döngüsel kaydırma simetrisini" keşfetmelerini sağladı.
"Döngüsel kaydırma" kısmı, dolanık sistemin yapısal tanımının, bireysel fotonları döngüsel bir şekilde kaydırıldığında değişmediği anlamına gelir.
Bir kamp ateşinin etrafında bir daire şeklinde oturan bir grup insan hayal edin. Aniden, her biri ayağa kalkar ve bir koltuk sola kayar (nedenini kim bilir, belki de alevlere olan atalarından kalma hayranlığını kaybetmemiş esoterik bir Borg benzeri zihin kontrolünün parçasıdırlar).
Sonuç olarak, döngüsel olarak kaydırılmış Borg çemberi aynı görünür.
Böylece araştırmacılar, ortalama ölçüm ayrım sadakatini (MDF) 0.871 ± 0.039 olarak açıkladı.
Üç parçacıklı dolanıklık ölçümünün gerçekleştirildiğini ve metodolojilerinin etkinliğini kanıtladığını göstermek için matematiksel eşik olan %66,7'yi (üçte iki) rahatlıkla aşarak W durumu koşulunu %87 oranında doğru bir şekilde tanımladılar.
Neden %100 değil?
Ekip, eksikliği foton hazırlama ve ölçüm kurulumundaki kusurlara atfediyor.
Araştırmacılar, "Bu sonuçların, fotonik kuantum hesaplama, kuantum iletişimi ve algılamada çoklu kübit dolanık ölçümlerinin daha geniş bir uygulamasında önemli bir kilometre taşını temsil ettiğine inanıyoruz" diye yazdı.
Buna göre, bu çalışma hem açık hem de kapalı aynı anda olan bir kuantum kapısı olmasa da -yani Schrödinger'in takılan parmağı- hesaplama ve kriptografide kuantum uygulamaları için kapıyı aralıyor.
Ekip şimdi bu dolanık ölçümler için çip üzerinde fotonik kuantum devreleri geliştirmeyi planlıyor.
Kuantum bilgisayarların devasa teknolojik uçurumu göz önüne alındığında, bu gelişmeler, örneğin hayat kurtaran ilaç araştırmalarını veya kişiselleştirilmiş sağlık stratejilerini iyileştirmek için bir araya gelebilir.
Ayrıca Pizza Hut ödül puanı hesaplarımızı her zamankinden daha güvenli hale getirebilirler - tabii biberli seven bir hacker'ın da kuantum bilgisayar erişimi yoksa.
Araştırma, Science Advances'ta yayınlanmıştır.
